实现触摸屏和PLC之间数据通信的方案

　　1、系统组成及设备之间的通信方式
　　
　　1.1系统组成
　　
　　系统由昆仑通态TPC7063E触摸屏、西门子S7-300模块，以及用于两者之间数据转换的PCAdapter等组成。TPC7063E不仅具有与众多硬件交互功能，它可以方便地读写各种PLC、智能仪表、智能模块、变频器等工控设备的数据，而且还具有强大的网络通信功能，支持串口通信及以太网通信方式。西门子S7-300模块用来完成数据采集、处理以及输入输出控制功能。PCAdapter完成将MPI通信信号转换为RS232串口信号，从而完成MPI数据通信功能。
　　
　　1.2触摸屏与PLC之间的通信方式
　　
　　触摸屏与S7300PLC之间采用MPI通信方式。
　　
　　MPI是多点接口（MultiPointInterface）的简称，是西门子公司开发的用于PLC之间通讯的保密的协议，它的物理层是RS-485。MPI通讯是当通信速率要求不高、通信数据量不大时，可以采用的一种简单经济的通讯方式。MPI网络的通信速率为19.2Kbps~12Mbps，zui多可以连接32个节点。MPI网络有一个网号，在组建MPI网络前，要为每一个节点分配一个MPI地址和1个zui高MPI地址，使所有通过MPI连接的节点能够相互通信。PLC通过此接口建立与触摸屏TP7063E通信。STEP7的用户界面提供了通信组态功能，使通信的组态比较简单。
　　
　　MCGS嵌入版组态软件支持TPC7063E触摸屏。其内的提供的S7300_400MPI构件用于MCGS软件通过MPI适配器读写西门子S7-300/400系列PLC设备的各种寄存器。驱动类型为串口子设备，须挂接在“通用串口父设备”才能工作，通信协议为MPI，通信方式为一主一从通令方式。驱动构件为主，PLC设备为从。
　　
　　2、系统设计与验证
　　
　　为了验证系统运行的可靠性，本方设计了一个控制系统。它由3部分组成，
　　
　　①现场级设备。包括温度、压力、水位传感器以及水泵运行控制柜；
　　
　　②PLC处理级设备。它们完成数据的下载、处理及通信功能，主要包括电源模块1、CPU模块2、以太网模块3和模拟模块4；
　　
　　③管理级设备。主要是采用昆仑通态的TPC7063E触摸屏，主要负责现场级设备数据的监测和控制。
　　
　　系统整体结构如图1所示。　　
　　通过S7-300PLC与昆仑通态TPC7063E触摸屏的MPI通信，控制系统方案要求实现以下基本功能：
　　
　　（1）触摸屏上的仪表可以显示温度、压力、及水位值；
　　
　　（2）通过操作触摸屏上的开阀、关阀命令，实现对水泵的控制；
　　
　　（3）通过操作起停按钮，触摸屏能正确反映各点的变化情况；
　　
　　（4）在触摸屏上输入设定的水位值，如果超过设定水位，开泵，反之关泵；
　　
　　（5）可以设定系统时间，并启动时间，以便正确显示年月日时分秒。
　　
　　2.1系统实现
　　
　　（1）硬件连接
　　
　　MCGS软件与设备通讯之前，必须保证通讯连接及适配器正确。通讯时，要使用标准西门子MPI适配器与上位机RS232口通讯。工程中常用的西门子MPI适配器有2种型号，分别为6ES7972-0CA23-0XA0和6ES7972-0CA20-0XA0。适配器的串口通讯的波特率可通过适配器上的DIP开关进行设置，且必须与上位机SetPG/PC中PCAdapter的本地连接设置一致。在与TPC7063E通讯前，根据需要附加通讯电缆与适配器的连接。其接线如图2所示。　　
　　（2）通信参数的设置
　　
　　在硬件组态时，通过点击CPU的属性按钮来设置MPI属性，包括站地址和通信速率，主站驱动构件的站地址为0，从站PLC站地址为2，zui高站地址为31，通信速率为187.5kbps。运行STEP7编程软件，选择主菜单的选项->设置PG/PC接口。选择PCAdapter（MPI），弹出通讯接口参数配置框，选择“本地连接”选项卡。设置本机串口的通讯参数，需要与MPI适配器的DIP拨码开关设置对应。此处设置连接到COM1，传输速率19200。
　　
　　上位机组态时，需要设置“通用串口父设备”和“西门子S7-300/400子设备”参数。父设备的通讯波特率为19200，数据位数为8，停止位为1，奇偶校验位为奇校验。子设备中需将PLC站地址设置为2，PLC槽号为2，PLC机架号为0，通信响应时间为800ms。通讯所用帧格式为格式A，本站地址为0，网络传输率为187.5kbps。zui高站地址仍为31。
　　
　　对于系统的通讯状态，用户可以在采集通道中查阅通讯状态值找出通信失败的原因，这样对于维护系统作用重大，当通信状态值为0时，表示当前通讯正常。
　　
　　（3）程序部分
　　
　　本系统PLC中包括模拟量采集程序、系统时间的设置和显示程序以及控制程序。模拟量采集程序实现水位、压力、温度信号的输入、转换及采样记录。
　　
　　传感器由于输出的是模拟信号，比如说4~20ma，0~5V或者0~10V。输出模拟量送到PLC模拟量输入口中，通过数模转换，完成数字量的转换，实现程序。
　　
　　根据实际情况，微调传感器，通过PLC中的存储器将模拟数据送到触摸屏上显示。系统时间设置和显示时间程序通过调用PLC内部的时钟函数SFC0与SFC1，实现在触摸屏上完成系统时间的设定，并显示出来。控制程序通过触摸屏对电磁阀进行远程操作。
　　
　　（4）上位机部分
　　
　　在该系统中触摸屏主要用于设置系统参数、显示数据、控制外设运行。用户可以通过在触摸屏上设置系统参数，然后通过MPI接口将数据传递到PLC中，PLC就会记忆设置的数据并按照给定的参数运行程序，实现系统的可调可控，并将设备的运行反馈信号传输到显示屏上。触摸屏将传感器采集的数值读回到交互画面上，主要包括水泵电机的温度值，出水口的压力值以及水仓水位的液位值，系统会以此数据作为水泵运行的条件。用户可以通过触摸屏实现对水泵的操作，系统也会依据水位高低变化，完成高水位自动起泵和低水位自动停泵的功能。
　　
　    3、系统应用
　　
　　MPI接口是西门子S7300PLC通用通信接口，RS232接口是触摸屏上常用接口。实现两者的通信，对于完成系统自动化控制意义重大。该通讯方式已在大中型煤矿的主井排水项目中得到广泛应用。
　　
　    4、结语
　　
　　本系统组合应用了触摸屏TPC7063E与西门子S7-300PLC，通过MPI实现数据的可靠通信。这样做不仅减少了电器元件的数量，省去了复杂的电气接线，使设备的检修更加方便，而且操作界面更加人性化，更容易实现电动设备监测控制。