毕业设计基于触摸屏与PLC的八路抢答器设计

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1、 基于触摸屏与PLC的八路抢答器设计 学 生：学 号：专 业：班 级：指导教师： - II -摘 要用触摸屏与PLC（可编程序控制器）实现控制是现代工业控制中的一种新方法。文中基于西门子OP77B 6AV6641-0CA01-0AX0型触摸屏和西门子S7-200型PLC，提出了八路抢答器控制系统。根据触摸屏和PLC的工作原理及特点，阐述了控制系统硬件与软件设计方案，实现了对八路抢答器的监控。系统软件设计包括触摸屏端的画面运行系统的设计和基于梯形图的PLC控制程序设计。实际应用表明，该系统具有运行稳定、可靠性高、实用性强等特点。关键词：西门子OP77B 6AV6641-0CA01-0AX0型触摸

2、屏；西门子S7-200PLC；抢答器；梯形图；程序；设计- III -ABSTRACT It is a new control method based on touching screen and PLC in the modern industrial control system , and their applications are more and more widely . Based on the SIEMENS OP77B 6AV6641-0CA01-0AX0 touching screen and SIEMENS S7-200 PLC , a eight-way vying

3、 answer machine control system is proposed . This paper according to the working theory and characters of touching screen and PLC, and expatiates hardware and software designing scheme of the system , and implements the monitoring and controlling to the eight-way vying answer machine . The software

4、design includes graphic running system of touching screen and control PLCprogram based on ladder chart . The application indicates that the system has some advantages of running stably , high reliability and better practicability .Key words: SIEMENS OP77B 6AV6641-0CA01-0AX0 touching screen ; SIEMENS

5、 S7-200PLC ; vying answer machine ; ladder chart ; program ; design目 录摘 要.ABSTRACT.第 1 章 引 言.1第 2 章 抢答器的功能介绍.22.1 抢答器的功能分类.22.2 抢答器系统设计的控制要求.3第 3 章 系统设计方案确定.43.1 模/数抢答器.43.2 单片机抢答器.5 3.2.1 单片机抢答器硬件设计.5 3.2.2 单片机抢答器软件设计.63.3 PLC抢答器.6第 4 章 系统硬件设计.74.1 触摸屏的选型及设计.7 4.1.1触摸屏的基本原理.7 4.1.2触摸屏的特点.12 4.1.3 触

6、摸屏的选型及画面设计.124.2 PLC的选型及设计.18 4.2.1 PLC慨述.18 4.2.2 PLC功能指令.20 4.2.3 PLC的选型及硬件电路设计.23第 5 章 系统软件设计.255.1 工作流程.255.2 PLC程序设计.25 5.2.1 PLC程序设计基础.25 5.2.2梯形图程序设计方法.33 5.2.3 系统程序设计.385.3 程序调试.42第 6 章 结束语.43致 谢.44参考文献.45附录 程序指令表.46- -第1章 引 言抢答器是一种典型的电气控制产品，广泛应用在各种智力抢答竞赛中。现在市面上的抢答器，种类繁多，功能各异，控制方式也不尽相同。但绝大部分

7、是早期设计的，采用模拟电路、数字电路或者模数混合电路的产品。这些抢答器已相当成熟，但随着功能增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有，无法准确判断抢按按钮行为，也不便于参数调节及功能的升级换代。近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。可编程序控制器是以微机技术为基础发展起来的新一代控制装置，是实现自动化控制的理想工具之一，它有着传统继电接触控制无法比拟的优点。PLC具有：编程方法简单易学；功能强，性能价格比高；硬件配套齐全，用户使用方便，适用性强；可靠性高，抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修

8、工作量小，维修方便；维修工作量小，维修方便等特点，从而得到广泛运用13。触摸屏具有触摸屏用专用的画面制作软件生成画面。画面的生成是可视化的，不需要用户编程；触摸屏的按键在屏幕上的画面中；用触摸屏上软元件代替硬件按钮和指示灯等外部元件，可以节省PLC的输入点和输出点；触摸屏的画面制作软件带有丰富的图库；为了实现触摸屏与计算机或PLC之间的通信，只要对通信参数进行简单的设置，用户不用编写通信程序；触摸屏可以在恶劣的工业现场环境使用，其稳定性和可靠性与PLC相当等特点17。用触摸屏和PLC（可编程序控制器）实现抢答器的控制是现代工业控制中的一种新方法，与一般的控制方法相比，其结构简单，抗干扰能力强，

9、运行稳定可靠，定时准确，编程容易，功能扩展方便，修改灵活，操作更加直观，更适合于高档的场合。本文以西门子OP77B 6AV6641-0CA01-0AX0型触摸屏和西门子S7-200型PLC控制八路抢答器为例，分别在介绍抢答器、触摸屏和PLC等基础知识的基础上，提出控制要求进行基于触摸屏与PLC八路抢答器的设计。对系统需实现的控制要求进行编程，并通过调试来介绍具体的实现方法。- 53 -四川理工学院毕业设计(论文)第2章 抢答器的功能介绍无论是在学校、机关、团体、工会、工厂、军队、行政和机关等部门还是在电视节目，都可能会举办各种各样的智力竞赛、文体娱乐活动（抢答活动），都会用到抢答器。通过抢答者

10、的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答。它是能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器14。2.1 抢答器的功能分类根据抢答器的主要功能大体可分为两种：（1）单一抢答功能的抢答器单一抢答功能的抢答器在竞赛中只起到抢答作用，可向主持人提供抢答成功组的组别，不具备记分的功能。（2）抢答、记分功能的抢答器抢答、记分功能的抢答器可向主持和观众展示抢答成功的组别，在竞赛过程中有抢答功能，又可给竞赛选手加分和显示分数的抢答器。记分抢答器根据其配置又可分为：手翻牌记分抢答器、电子记分抢答器、与计算机联机方便用户将其投影到大屏幕上等应用。 1、手翻牌记分抢答器手翻牌记分抢答器具备抢答功能可向主持人和

11、观众展示抢答成功的组别，每个竞赛选手面前放置一个手翻记分器。2、电子记分抢答器电子记分抢答器具备抢答功能可向主持人和观众展示抢答成功的组别，每个竞赛选手面前放置一个LED高亮度数码管电子记分屏，所有加分功能统一由一个记分控制台控制加减分数，常在大型各地电视台、工厂、机关、团体、工会、学校、部队、行政和机关等部门专业知识智力竞赛活动中使用。3、与计算机联机方便用户将其投影到大屏幕上等应用与计算机联机方便用户将其投影到大屏幕上等应用具备抢答功能可向主持人和观众展示抢答成功的组别，每个竞赛选手面前放置一个LED高亮度数码管电子记分屏，所有加分功能统一由计算机或由一个记分控制台控制加减分数，常在大型各

12、地电视台、工厂、机关、团体、工会、学校、部队、行政和机关等部门专业知识智力竞赛活动中使用。2.2 抢答器系统设计的控制要求根据本次设计要求设计一个由八组参赛组进行抢答的抢答器，各抢答组配备一个抢答按钮，主持人通过触摸屏软按钮实现开始、复位和限时的功能并监控比赛的进行。为了方便观众了解比赛的情况，抢答器应配置必要的指示和显示功能。抢答器的功能如下：1、比赛开始前，主持人按一下触摸屏上的复位按钮，使抢答器系统复位，所有参赛组的显示均灭。2、比赛开始后，主持人开始提问，提问结束，然后按一次触摸屏上的开始按钮，在设定时间T37（程序预定时间设为10S，可通过修改程序中T37的PT值来实现要求的时间）内

13、，如果某组先按下抢答按钮，则驱动蜂鸣器HA发出声响，提示抢答成功，同时指示灯L1(绿灯)亮，并且在七段数码管上显示出抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其它组再按下抢答按钮为无效。（如果出现两组同时按下抢答按钮，但这种几率一般较小，难免出现这种现象可通过再按一次复位按钮从新开始下一题抢答。）3、如果在时间T37（10S）内无人抢答，则驱动蜂鸣器HA发出声响，提示抢答失败，同时指示灯L2(黄灯)亮，表示抢答组均放弃该题。主持人都按一下复位按钮进入下一题抢答4、在抢答成功后，主持人要求开始答题并按一下触摸屏上的限时按钮，启动定时器，在设定的时间T38（程序预定时间设为60S，可通过修改程序中的T38

14、的PT值来实现要求的时间）内回答有效，当达到设定时间T38（60S）时，驱动蜂鸣器HA发出声响，提示答题超时，同时指示灯L3（红灯）亮，表示答题时间到。5、每答完一题、无人抢答和答题时间到后，在完成记分后主持人都必须按一次复位按钮进入下一题抢答，依次循环直到活动结束。6、答对一题加20分，答错一题和答题超时一次扣10分，按积分多少论胜负。（具体加减分由主持人给出）其中，加分和减分靠工作人员手动翻动记分牌进行记分，其余功能靠PLC实现。第3章 系统设计方案确定抢答器是一种典型的电气控制产品，广泛应用在各种智力抢答竞赛中。现在市面上的抢答器，种类繁多，功能各异，控制方式也不尽相同。下面将分别介绍各

15、类抢答器。3.1模/数抢答器这类抢答器电路组成一般由开关阵列电路、触发锁存电路、编码器、数字显示器几部分组成。构成框图见图3-1。1、开关阵列电路该电路由多路开关组成，每一竞赛者与与组开关相对应。开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。开关阵列电路解锁电路触发锁存电路阵数码显示器编码器七段显示译码器图3-1 模/数抢答器电路组成2、触发锁存电路当某一开关首先按下时，触发锁存电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可

16、能是它们中的任一个信号产生有效输出。3、编码器编码器的作用是将某一开关信息转化为相应的8421BCD码，以提供数字显示电路所需要的编码输入。4、七段显示译码器译码驱动电路将编码器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。5、数码显示器数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶(LCD)数码管。数码显示器件中的液晶数码管价格较高，驱动较复杂，并且仅能工作于有外界光线的场合，所以使用较少。大多情况下使用的是LED数码管15。3.2单片机抢答器3.2.1 单片机抢答器硬件设计硬件电路框架如图3-2所示：主要由单片机控制模块、按键模块、蜂鸣器模块和

17、和数码显示模块组成。单片机主持人按键八路按键MAX7219数码管蜂鸣器图3-2 单片机抢答器硬件电路框架1、单片机控制模块该模块采用AT89C51单片机作为核心控制元件，它对整个抢答器起控制作用。2、按键模块该模块主要由两部分组成，一部分是主持人按键，一部分是选手按键。3、蜂鸣器模块该模块主要是起到提醒和报警的作用。4、数码显示模块该模块主要显示两部分内容。一部分是参加选手的编号，另一部分是显示倒计时。它们都是由MAX7219驱动的共阴极数码管。3.2.2 单片机抢答器软件设计1、主程序主程序的功能是完成内部各存储单元的初始化。对MAX7219接口电路的初始化，内部定时器的初始化，中断的初始化

18、及调用显示程序对初始状态的显示以及对外部信号的等待处理，也就是谁完成前期的准备工作等待随时对外部信号进行响应。2、对开始抢答信号的处理当主持人按下开始键后开始抢答，程序部分采用中断方式进行处理。3、键盘处理程序主持人按键通过单片机RXD、TXD两个引脚进行控制，实现开始抢答和复位。4、数码管显示程序该模块采用MAX7219驱动芯片来实现数码管的显示16。（此处略做介绍，未给出程序）3.3 PLC抢答器通过以上模/数、单片机和PLC抢答器的比较，采用模拟电路、数字电路或者模数混合电路的产品。这些抢答器已相当成熟，但随着功能增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有，无法准确

19、判断抢按按钮行为，也不便于参数调节及功能的升级换代。近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。单片机控制系统存在一些缺陷,如灵活性差,人工操作较复杂等。而PLC可编程逻辑控制器是以微机技术为基础发展起来的新一代控制装置，是实现自动化控制的理想工具之一，专为工业环境应用而设计，它有着传统继电接触控制无法比拟的优点。具有强大的操作性,编程方便,扩展灵活,功能完善,可靠性高等特点，因此在现代工业生产中得到了广泛的应用,本文采用触摸屏和PLC（可编程序控制器）实现抢答器的控制是现代工业控制中的一种新方法，与一般的控制方法相比，其结构简单，抗

20、干扰能力强，运行稳定可靠，定时准确，编程容易，功能扩展方便，修改灵活，操作更加直观，更适合于高档的场合。第4章 系统硬件设计4.1 触摸屏的选型及设计20世纪90年代初出现了一种新的人机交互技术-触摸屏技术，触摸屏便是这种技术的具体体现。触摸屏是一种最直观的计算机的输入设备，使用者只要触摸屏幕上的图形对象，计算机便会执行相应的操作，这就摆脱了键盘和鼠标操作，大大提高了计算机的可操作行。触摸屏做为一种特殊的计算机外设，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；如电信局、税务局、

21、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。尤其是公共场合信息查询服务，它的使用与推广大大方便了人们查阅和获取各种信息12。4.1.1 触摸屏的基本原理用户用手指或其他物体触摸触摸屏时，所触摸的位置（以坐标形式表示）被触摸屏控制器检测，并通过串行通信接口送到计算机或PLC的CPU，CPU将此坐标和触摸屏上的各个图形对象（代表特定信息）的坐标相对比，从此确定输入的信息17。触摸屏系统一般包括触摸屏控制器（卡）和触摸检测装置两个部分。触摸屏控制器（卡）的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触

22、点坐标，再送到计算机或PLC的CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行，例如直观动态地显示开关量和模拟量。触摸检测装置一般安装在显示器的前端，主要作用是检测用户的触摸位置，并传送给触摸屏控制器（卡）。触摸屏有以下5种类型：电阻式、红外线式、电容式、表面声波式和近场成像式。现在用的最多是电阻式触摸屏。1电阻触摸屏电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面相匹配的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小 (小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。当手指触摸

23、屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，这种接通状态被控制器侦测到后，进行AD转换，并将得到的电压值与5V相比即可得到触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。电阻类触摸屏的关键在于材料科技。电阻屏根据引出线数多少，分为四线、五线、六线等多线电阻触摸屏。电阻式触摸屏在强化玻璃表面分别涂上两层OTI透明氧化金属导电层，最外面的一层OTI涂层作为导电体，第二层OTI则经过精密的网络附上横竖两个方向的+5V至0V的电压场，两层OTI之间以细小的透明隔离点隔开。当手指接

24、触屏幕时，两层OTI导电层就会出现一个接触点，电脑同时检测电压及电流，计算出触摸的位置，反应速度为 10-20ms。五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料，外导电层由于频繁触摸，使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命，但是工艺成本较为高昂。镍金导电层虽然延展性好，但是只能作透明导体，不适合作为电阻触摸屏的工作面，因为它导电率高，而且金属不易做到厚度非常均匀，不宜作电压分布层，只能作为探层。电阻触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，它可以用任何物体来触摸,可以用来写字画画，比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。电阻触摸屏共同的缺点是因为复合薄膜的外层

25、采用塑胶材料,不知道的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废。不过,在限度之内，划伤只会伤及外导电层，外导电层的划伤对于五线电阻触摸屏来说没有关系,而对四线电阻触摸屏来说是致命的。2红外线触摸屏红外线触摸屏安装简单，只需在显示器上加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点距架框的四边排列了红外线发射管及接收管，在屏幕表面形成一个红外线网。用户以手指触摸屏幕某一点，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，电脑便可即时算出触摸点的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。早期观念上，红外触摸屏存在分辨率低、触摸方式受限制和易受环境干扰而误动作等技术上的局限，因

26、而一度淡出过市场。此后第二代红外屏部分解决了抗光干扰的问题，第三代和第四代在提升分辨率和稳定性能上亦有所改进，但都没有在关键指标或综合性能上有质的飞跃。采用声学和其它材料学技术的触屏都有其难以逾越的屏障。红外线触摸屏只要真正实现了高稳定性能和高分辨率，必将替代其它技术产品而成为触摸屏市场主流。 而最新的技术第五代红外屏的分辨率取决于红外对管数目、扫描频率以及差值算法，分辨率已经达到了1000X720，多层次自调节和自恢复的硬件适应能力和高度智能化的判别识别，可长时间在各种恶劣环境下任意使用。并且可针对用户定制扩充功能，如网络控制、声感应、人体接近感应、用户软件加密保护、红外数据传输等。原来媒体

27、宣传的红外触摸屏另外一个主要缺点是抗暴性差，其实红外屏完全可以选用任何客户认为满意的防暴玻璃而不会增加太多的成本和影响使用性能，这是其他的触摸屏所无法效仿的。红外线式触摸屏价格便宜、安装容易、能较好地感应轻微触摸与快速触摸。但是由于红外线式触摸屏依靠红外线感应动作，外界光线变化，如阳光、室内射灯等均会影响其准确度。而且红外线式触摸屏不防水和怕污垢，任何细小的外来物都会引起误差，影响其性能，不适宜置于户外和公共场所使用。3电容式触摸屏电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。此外，在附加的触摸屏四边均镀上狭长的电极，

28、在导电体内形成一个低电压交流电场。用户触摸屏幕时，由于人体电场、手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而其强弱与手指及电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素给触摸屏造成影响。电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用，当有导体靠近与夹层ITO工作面之间耦合出足够量容值的电容时，流走的电流就足够引起电容屏的误动作。因此，当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不是触摸时就能引起电容屏的误动作，在潮湿的天气，这种情况尤为严重，手扶住显示器、手掌靠

29、近显示器7厘米以内或身体靠近显示器15厘米以内就能引起电容屏的误动作。电容屏的另一个缺点用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为增加了更为绝缘的介质。电容屏更主要的缺点是漂移：当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确。例如：用户触摸屏幕的同时另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移；电容触摸屏附近较大的物体搬移后回漂移，你触摸时如果有人围过来观看也会引起漂移；电容屏的漂移原因属于技术上的先天不足，环境电势面（包括用户的身体）虽然与电容触摸屏离得较远，却比手指头面积大的多，他们直接影响了触摸位置的测定。此外，理论上许多应该线性的关系实际上却是非线性，如

30、：体重不同或者手指湿润程度不同的人吸走的总电流量是不同的，而总电流量的变化和四个分电流量的变化是非线性的关系，电容触摸屏采用的这种四个角的自定义极坐标系还没有坐标上的原点，漂移后控制器不能察觉和恢复，而且，4个A/D完成后，由四个分流量的值到触摸点在直角坐标系上的X、Y坐标值的计算过程复杂。由于没有原点，电容屏的漂移是累积的，在工作现场也经常需要校准。电容触摸屏最外面的矽土保护玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲击，敲出一个小洞就会伤及夹层ITO，不管是伤及夹层ITO还是安装运输过程中伤及内表面ITO层，电容屏就不能正常工作了。4表面声波触摸屏表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或

31、是柱面的玻璃平板，安装在CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，区别于别类触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递，声波能量经过屏体表面，再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给X-轴的接收换能器，接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。当发射换能器发射一

32、个窄脉冲后，声波能量历经不同途径到达接收换能器，走最右边的最早到达，走最左边的最晚到达，早到达的和晚到达的这些声波能量叠加成一个较宽的波形信号，不难看出，接收信号集合了所有在X轴方向历经长短不同路径回归的声波能量，它们在Y轴走过的路程是相同的，但在X轴上，最远的比最近的多走了两倍X轴最大距离。因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置，也就是X轴坐标。发射信号与接收信号波形在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时，X轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收，反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口。接收波形对应手指

33、挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口位置即得触摸坐标控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定X坐标。之后Y轴同样的过程判定出触摸点的Y坐标。除了一般触摸屏都能响应的X、Y坐标外，表面声波触摸屏还响应第三轴Z轴坐标，也就是能感知用户触摸压力大小值。其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到。三轴一旦确定，控制器就把它们传给主机。表面声波触摸屏一个特点是抗暴，因为表面声波触摸屏的工作面是一层看不见、打不坏的声波能量，触摸屏的基层玻璃没有任何夹层和结构应力（表面声波触摸屏可以发展到直接做在CRT表面从而没有任何屏幕），因此非常抗暴力使用，适合公共场所。表面声波第二个特点反应速度快，是所有触摸屏中反

34、应速度最快的，使用时感觉很顺畅。表面声波第三个特点是性能稳定，因为表面声波技术原理稳定，而表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置，所以表面声波触摸屏非常稳定，精度也非常高，目前表面声波技术触摸屏的精度通常是40964096256级力度。表面声波触摸屏的第四个特点是控制卡能知道什么是尘土和水滴，什么是手指，有多少在触摸。因为：我们的手指触摸在40964096256级力度的精度下，每秒48次的触摸数据不可能是纹丝不变的，而尘土或水滴就一点都不变，控制器发现一个触摸出现后纹丝不变超过三秒钟即自动识别为干扰物。表面声波触摸屏第五个特点是它具有第三轴Z轴，也就是压力轴响应，这

35、是因为用户触摸屏幕的力量越大，接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深。目前在所有触摸屏中只有声波触摸屏具有能感知触摸压力这个性能，有了这个功能，每个触摸点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个简单状态，而是成为能感知力的一个模拟量值的开关了。这个功能非常有用，比如在多媒体信息查询软件中，一个按钮就能控制动画或者影像的播放速度。表面声波触摸屏的缺点是触摸屏表面的灰尘和水滴也阻挡表面声波的传递，虽然聪明的控制卡能分辨出来，但尘土积累到一定程度，信号也就衰减得非常厉害，此时表面声波触摸屏变得迟钝甚至不工作，因此，表面声波触摸屏一方面推出防尘型触摸屏，一方面建议别忘了每年定期清洁触摸屏。5近场成像触摸屏近场成像

36、(NFI, Near Field Imaging)触摸屏的传感机构是中间有一层透明金属氧化物导电涂层的两块层压玻璃。在导电涂层上施加一个交流信号，从而在屏幕表面形成一个静电场。当有手指（带不带手套均可）或其他导体接触到传感器的时候，静电场就会受到干扰。而与之配套的影像处理控制器可以探测到这个干扰信号及其位置并把相应的坐标参数传给操作系统。近场成像触摸屏非常耐用，灵敏度很好，可以在要求非常苛刻的环境中使用，也比较适用于无人值守的公众场合，但其不足之处是价格比较贵。4.1.2 触摸屏的特点1、触摸屏用专用的画面制作软件生成画面。画面的生成是可视化的，不需要用户编程。在画面中用文字或图形动态地显示P

37、LC中开关量状态和数字量的数值，还可以实现某些动画功能。通过各种输入方式，将操作人员的开关量命令和数字传送到PLC。2、触摸屏的按键在屏幕上的画面中。每个画面可以设置不同大小和个数的按键，每个按键均可以设置明确的意义的文字或图形提示。3、用触摸屏上软元件代替硬件按钮和指示灯等外部元件，可以节省PLC的输入点和输出点。4、触摸屏的画面制作软件带有丰富的图库。使用图库中的元件，可以方便地生成各种画面。5、为了实现触摸屏与计算机或PLC之间的通信，只要对通信参数进行简单的设置，用户不用编写通信程序。在生成的画面时将图形对象与控制器中的存储器地址联系起来，就可以实现PLC与触摸屏之间的通信12。4.1

38、.3 触摸屏的选型及画面设计四川理工学院毕业设计(论文)触摸屏选用西门子OP77B 6AV6641-0CA01-0AX0型触摸屏图形操作终端,它是基于PLC的软硬一体人机界面,能以图形界面方式实现各种工作状态的显示,并具有使用方便、人机对话界面友好、组态技术易掌握、与PLC可进行良好通信的功能。西门子OP77B 6AV6641-0CA01-0AX0型触摸屏含有两个通信接口：RS-232接口；RS-422接口，与PLC通信（通过画面实时监控PLC的运行）。本文中的触摸屏操作画画是用西门子公司专用的画面制作软件制作的。为了达到用触摸屏操作画面实时监控PLC的运行的目的，必须将操作画面中的图形对象与

39、PLC中编程软件联系起来。触摸屏操作画面如图4-1所示。由于缺乏触摸屏，本文采用组态王软件进行仿真。打开组态王软件，新建项目，见图4-1。图4-1 新建项目 新建项目完成后，进入组态王软件设置界面，见图4-2。图4-2 组态王软件界面然后进行参数设置，双击图4-2中的COM2,将波特率改为19200。见图4-3。图4-3 参数设置设置完参数后，进行设备配置设置。双击图4-2中新建图标，便出现下图4-4。图4-4 设备配置设置界面 选中图4-4中的PLC，然后选择西门子中的S7-200，选择PPI。见图4-5。图4-5 设备配置设置 设置完后，见图4-6。图4-6 设备配置设置完成 设备配置设置

40、完成后，进行变量设置。双击图4-2中的数据词典，出现下图4-7，逐一设置各参数图4-7 变量设置 变量设置完成后，见下图4-8。图4-8 变量设置完成 变量设置完成后，便可以进行画面制作。双击图4-2中的画面，新建一个抢答器画面，见图4-9。图4-9 新建画面然后进行画面制作，打开图库，找出相应的元件进行布局，添加文字注释，便可完成画面制作，见图4-10。图4-10 触摸屏操作画面操作画面中的1#、2#.8#分别为八个抢答组的标签指示器，开始、复位和限时则为触摸键。完成画面制作后，还需要在元件中添加对应的变量名。双击对应的元件，出现下图4-11所示对话框，点变量名后的？找出对应的变量名。图4-

41、11 添加变量名触摸屏操作画面制作完成后，再通过计算机的RS-232C串行通信口将操作画面下载到触摸屏中。4.2 PLC的选型及设计现代社会要求制造业对市场要求作出迅速的反应，生产小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，PLC正是顺应这一要求出现，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。4.2.1 PLC慨述（1）PLC的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。1、CPU模块：主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU

42、模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信息，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。2、I/O模块：输入模块和输出模块简称为I/O模块，它相当于人的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。3、编程器：用来生成用户程序，并用来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。4、电源：PLC使用AC220V电源或DC24V电源1。（2）PLC的特点与应用领域一、PLC的特点1、编程方法简单易学梯形图是使用最多的PLC的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语

43、言，并用来编制用户程序。2、功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成千上万个可供用户使用的的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器控制系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制、集中管理。3、硬件配套齐全，用户使用方便，适用性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。4、可靠性高，抗干扰能力强传统的的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器、时间继电器，外部仅剩下与输

44、入和输出有关的少量硬件元件，因触点接触不良造成的故障大为减少。5、系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能编程使工作柜的设计、安装、接线工作量大大减少。在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比、继电器少得多。6、维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。7、维修工作量小，维修方便小型的PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，而且配线少得很，故可以节省大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上体积的缩小，可以节省大量的费用。二、PLC的应用领域1、数字量逻辑控制PLC用“与”、“或”、“非”等逻辑控制指令来实现触点和电路的串、并

45、联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制和顺序逻辑控制。数字量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动化生产线。2、运动控制PLC使用专用的运动控制模块，对直线运动和圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，可以实现单轴、双轴和多轴位置控制，是运动控制与顺序控制有机地结合在一起。3、闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。4、数据处理现代的PLC具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、为操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。5、通信联网PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其他智能控制设备之间的通信。PLC与其他智能控制设

46、备一起可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统1。4.2.2 PLC的功能指令(1) 梯形图中的网络与指令在梯形图中，程序被划分为网络(Network)的独立的段，一个网络中只能有一块独立电路。如果一个网络中有两块独立电路，在编译时将会显示“无效网络或网络太复杂无法编译”。梯形图编辑器自动给出了网络的编号，能流只能从左到往右流动，网络中不能有断路、开路和反方向的能流。允许以网络为单位给梯形图程序加注释。STL程序可以不使用网络，但是只有将STL程序正确地划分为网络，才能将STL程序转换为梯形图程序。必须有能流输入才能执行的功能块或线圈指令称为条件输入指令，它们不能直接连接到左侧母线上。如

47、果需要无条件地执行这些指令，可以用接在左侧母线上的SM0.0(该位始终为1)的常开触点来驱动它们。有的线圈或功能块的执行与能流无关。触点比较指令没有能流输入时，输出值为0，有能流输入时，输出与比较结果有关。在输入语句表指令时，值得注意的是，必须使用英文的标点符号。(2) 程序控制指令1、条件结束指令与停止指令条件结束指令END，见表4-1。根据前面的逻辑关系终止当前的扫描周期。只能在主程序中使用条件结束指令。表4-1 程序控制指令梯形图 语句表 描述END END 程序的条件结束STOP STOP 切换到STOP模式WDR WDR 看门狗JMP JMP n 跳到定义的标号LBL LBL n 定

48、义一个跳转的标号 - CALL n(N1,) 调用子程序RET CRET 从子程序条件返回FOR FOR INDX,INIT,FINAL 循环NEXT NEXT 循环结束DIAG_LED DLED 诊断LED停止指令STOP使PLC从运行(RUN)模式进入停止（STOP）模式，立即终止程序的执行。如果在中断程序中执行停止指令，中断程序立即终止，并忽略全部等待执行的中断，继续执行主程序的剩余部分，并在主程序的结束处，完成从运行方式至停止方式的等待。2、监控定时器复位指令监控定时器又称看门狗（Watchdog），它的定时时间为500ms，每次扫描它都被自动复位一次，正常工作时扫描周期小于500ms

49、，它不起作用。3、循环指令FOR语句表示循环开始，NEXT语句表示循环结束，并将堆栈的栈顶值设为1。驱动FOR指令的逻辑条件满足时，反复执行FOR与NEXT之间的指令。在FOR指令中，需要设置INDX（或称为当前循环次数计数器）、起始值INIT和结束值FINAL，它们的类型均为整数。4、跳转与标号指令5、诊断LED指令（见表4-1）(3) 数据处理指令1、比较指令比较指令用来比较两个数IN1与IN2的大小。在梯形图中，满足比较关系式给出的条件时，触点导通。“”表示不等于，触点中间的B、I、D、R、S分别表示字节、字、双字、实数（浮点数）和字符串比较。2、数据传送指令1）、字节、字、双字和实数的

50、传送2）、字节立即读写指令3）、字节、字、双字块传送指令4）、字节交换指令3、移位与循环指令4、数据转换指令5、表功能指令6、读写实时时钟指令7、字符串指令(4) 数学运算指令1、数学运算指令2、浮点数函数运算指令3、逻辑运算指令(5) 中断程序与中断指令中断功能用中断程序及时处理中断事件，中断事件与用户程序执行时序无关，有的中断事件不能事先预测何时发生。中断程序不是由用户程序调用，而 是在中断事件发生时由操作系统调用。中断程序是用户编写的。中断指令包括全局性中断允许指令与中断禁止指令和中断连接指令与中断分离指令。(6) 高速计数器与高速脉冲输出指令1、编码器编码器包括增量编码器和绝对式编码器

51、。2、高速计数器1（由于篇幅所限，以上指令此处不做详细阐述）4.2.3 PLC的选型及硬件电路设计（1）PLC的I/O分析 1、输入端 输入端开始、复位和限时按钮由触摸屏操作画画中的开始、复位和限时触摸键代替，不占PLC的输入点；八个参赛组共八个抢答按钮，因此，PLC应该配置八个输入点。2、输出端输出端采用一个共阴极的七段数码管（可采用八段数码管也可，其中和h段不用），见图4-12。显示参赛组的序号，七段数码管直接由PLC输出端驱动，占七个点；再加上一个绿灯、一个黄灯、一个红灯和一个蜂鸣器共四个负载，因此， a f b g e c d 图4-12 七段数码管示意图PLC应该配置十一个输出点。另

52、外，PLC与触摸屏之间只有连接专用的通信电缆便可。数码管的编码见表4-2表4-2 数码管编码表组号a(Q0.0)b(Q0.1)c(Q0.2)d(Q0.3)e(Q0.4)f(Q0.5)g(Q0.6)1 0 1 1 0 0 0 0 2 1 1 0 1 1 0 1 3 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 1 0 0 1 1 5 1 0 1 1 0 1 1 6 0 0 1 1 1 1 1 7 1 1 1 0 0 0 0 8 1 1 1 1 1 1 1 (2)PLC的I/O地址分配I/O地址分配见表4-3 表4-3 I/O地址分配 输入端子分配 输出端子分配 1号抢答组SB1 I0.0 七段数码管a

53、 Q0.0 2号抢答组SB2 I0.1 七段数码管b Q0.1 3号抢答组SB3 I0.2 七段数码管c Q0.2 4号抢答组SB4 I0.3 七段数码管d Q0.3 5号抢答组SB5 I0.4 七段数码管e Q0.4 6号抢答组SB6 I0.5 七段数码管f Q0.57号抢答组SB7 I0.6 七段数码管g Q0.6 8号抢答组SB8 I0.7 蜂鸣器HA Q1.0 复位按钮（触摸屏） I1.0 L1(绿灯) Q1.1开始按钮（触摸屏） I1.1 L2(黄灯) Q1.2 限时按钮（触摸屏） I1.2 L3(红灯) Q1.3注：I1.0、I1.1、I1.2由触摸屏设置为输入按钮 (3) PLC

54、的外部接线PLC的外部接线如图4-13图4-13 PLC的外部接线图第5章 系统软件设计5.1 工作流程根据控制要求，绘制抢答器的工作流程图。见图5-1初始状态绿灯亮，蜂鸣器发出声响数码管显示抢答成功组序号抢答环节（T37限时）答题环节（T38限时）黄灯亮，蜂鸣器发出声响红灯亮，蜂鸣器发出声响运行按下开始按钮抢答成功按下限时按钮答题时间到按下复位按钮无人抢答按下复位按钮 图5-1 系统工作流程图5.2 PLC程序设计5.2.1 PLC程序设计基础（1）PLC的编程语言与程序结构一、PLC编程语言的国际标准IEC于1994年5月公布了PLC标准（IEC61131）,它由一下5部分组成：通用信息、设备与检测要求、编程语言、用户指南和通信。其中第3部分（IEC61131-3）是编程语言标准,详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言,见图5-21、顺序功能图（ Sequential Function Charts）；2、梯形图（Ladder Diagram,LD）；3、功能块图（Function Block Diagram,FBD）；4、指令表（Instruction List,IL）；5、结构文本（Structured Text,ST）。