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。PC Adapter 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S7 300PLC 之间采用MPI 通信方式。

　　MPI 是多点接口（Multi Point Interface）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19.2 Kbps~12 Mbps，最多可以连接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 个最高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。

　　1.3 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。

1.4 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6ES7 972 -0CA23-0XA0 和6ES7 972-0CA20-0XA0。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Set PG/PC 中PC Adapter 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，最高站地址为31，通信速率为187.5 kbps。运行STEP7 编程软件， 选择主菜单的选项->设置PG/PC 接口。选择PC Adapter（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19 200。

　　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19 200，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800 ms。通讯所用帧格式为格式A，本站地址为0，网络传输率为187.5 kbps。最高站地址仍为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4~20 ma，0~5V 或者0~10 V。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。

　　1.5 系统应用

　　MPI 接口是西门子S7 300 PLC 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。

　　2 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。