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基于PLC和触摸屏的通信系统组合控制系统设计

发表时间：2021/7/1 来源：《建筑科技》2021年6月下作者：胡玉花

[导读] 通信系统的业务类型和结构越来越复杂，给通信系统的控制和管理带来了很大的困难。为此，提出了基于可编程控制器和触摸屏的通信系统集成控制系统的设计与研究。利用可编程控制器和触摸屏设计了一种通信系统组合控制系统。

身份证号码：45032219831******7 胡玉花

摘要：通信系统的业务类型和结构越来越复杂，给通信系统的控制和管理带来了很大的困难。为此，提出了基于可编程控制器和触摸屏的通信系统集成控制系统的设计与研究。利用可编程控制器和触摸屏设计了一种通信系统组合控制系统。其硬件单元包括可编程控制器选择单元、触摸屏通信单元和可编程控制器与触摸屏组合工作模式单元。软件模块包括PLC程序模块、触摸屏功能模块和组合控制程序模块。实验结果表明，与现有系统相比，所设计的系统覆盖范围更大，通信波特率一致性更强。通信系统的环境随时都在变化，增加了联合控制管理的难度。由于硬件和软件的限制，现有的通信系统组合控制系统存在覆盖率低、通信波特率一致性差的问题，已经不能满足社会和用户之间的通信需求。因此，本文提出了基于可编程控制器和触摸屏的通信系统组合控制系统的设计与研究。
关键词：通信系统；组合控制系统；设计
        1通信系统组合控制系统的硬件单元设计
        1.1PLC选型单元
        通信系统组合控制系统由4个模拟信号、5个数字输入和18个数字输出组成。根据设计系统的要求，可编程控制器选择单元选择S7-300系列可编程控制器硬件。该系列PLC硬件具有数据处理速度快、存储空间大、结构更加优化等优点。
        1.2触摸屏通信单元
        根据设计系统的要求，触摸屏采用Devin触摸屏，其数据帧结构分为帧头、指令、数据、帧尾四个数据块。帧头格式固定为0XAA。指令需要根据德文指令集确定；数据必须低于249b帧尾固定为0XCC、0X33、0X33和0X3C。Devin触摸屏的命令和数据格式都是十六进制格式。如果出现2字节的数据，高字节会向上传输，方向会向上或向下。当数据传输方向向上时，触摸屏将指令数据传输给PLC；当数据传输方向向下时，表示PLC将指令数据传输到触摸屏。
        1.3PLC与触摸屏组合工作方式
        PLC和触摸屏结合有两种工作模式：一种是PLC中的CPU直接与触摸屏连接，另一种是PLC的自由口接口RS-485直接与人机界面连接。上述过程已经完成了系统硬件单元的设计，但通信系统的联合控制仍然无法实现，因此系统软件模块是在硬件单元设计的基础上设计的。
        2通信系统组合控制系统的软件模块设计
        2.1PLC程序模块
        PLC使用自由口进行通信，其数据传输协议和所有通信任务由用户决定。在自由口通信模式下，S7-300系列PLC可以直接与串口阅读器、打印机、触摸屏等进行通信。通信波特率为1200 ~ 115 200位/秒，自由口通信模式的核心指令为发送指令和接收指令，记录为XMT和RCV。此外，自由口通信模式寄存器采用SMB30，可以独立设置字符数据位、通信波特率、校验选择和协议选择。S7-300系列PLC中，自由口接口为RS-485。为了满足可编程控制器和触摸屏的联合控制功能，有必要在可编程控制器和触摸屏之间建立通信线路。RS-485接口是半双工通信接口，XMT和RCV指令不能同时激活，所以需要寄存器来控制以上两条指令。如果可编程逻辑控制器在指定时间内没有收到信息，RCV指令将停止。
        2.2触摸屏功能模块
        当触摸屏按钮被按下时，会向PLC发送按钮位置坐标信息，PLC接收到按钮位置坐标信息后判断其正确性。如果按钮位置坐标信息正确，则执行显示指令，否则，执行修改指令。触摸屏接收到来自PLC的反馈指令后，显示曲线、实时参数等信息，或者修改曲线、实时参数和按钮位置坐标信息。
        2.3组合控制程序模块
        通信系统的联合控制是通过PLC和触摸屏实现的，但PLC的编程方式与常规程序操作员的思维有很大不同。常规程序运算符的编程方法主要分为语句表编程和梯形图编程。根据可编程控制器编程模式的要求，选择语句表编程模式编写组合控制程序，可以为通信系统的发展和应用提供更有效地保障。
        3系统应用性能分析
        为了验证所设计的系统是否能够解决现有系统存在的问题，采用MATLAB软件设计实验，通过覆盖率和通信波特率来反映系统的应用性能。具体实验结果的分析过程如下。
        3.1实验对象设置
        通信系统是实现信息传输过程的技术系统的总称。现代通信系统通过电磁波在导向介质和自由空间中传输。一般来说，通信系统由始发设备、接收设备和信道组成。从传输媒介来看，通信系统可分为有线电通信系统和无线通信系统；从通信业务的角度来看，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统。选择基础通信系统作为实验对象，其结构如图1所示。由于通信系统通常伴随着噪声，所以需要在实验前使用高通滤波器去除噪声，以提高实验结果的准确性。

        图1（实验对象结构图）
        3.2实验结果分析
        本文基于设定的实验对象进行了通信系统的组合控制实验，系统的应用性能通过覆盖率和通信波特率来体现。通过实验获得的覆盖数据如图2所示。

图2（实验获得的覆盖率）
如图2所示，在不同的通信速率下，现有系统的覆盖率为71.48% ~ 84.56%，设计的系统覆盖率为50.48% ~ 60.12%，表明设计的系统覆盖率较大。只有当PLC与触摸屏通信的波特率一致时，通信系统才能正常运行，获得最佳效果。实验得到的PLC与触摸屏通信的波特率误差数据如图3所示。

        图3（PCL与触摸屏的通信波特率误差）
        如图3所示，设计系统中PLC与触摸屏通信的波特率误差为0.00 ~ 0.10位/秒，现有系统中PLC与触摸屏通信的波特率误差为0.00 ~ 0.98位/秒，说明设计系统的通信波特率具有很强的一致性。上述实验结果表明，与现有系统相比，所设计的系统覆盖率更大，充分证明了所设计系统的可行性和有效性。
        结语：
        随着通信技术的飞速发展，通信系统中的业务种类越来越多，这对通信系统的控制和管理提出了更高的要求。本文利用PLC和触摸屏设计了一种新型的通信系统组合控制系统，不仅可以提高系统覆盖率和通信波特率的一致性，还可以为通信系统的组合控制提供更有效的支持，保证通信系统的发展和应用。
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