主動型plc智能液晶顯示器的製作方法
2023-10-06 20:54:59
專利名稱：：主動型plc智能液晶顯示器的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用於PLC上的人機接口設備，尤其涉及一種主動型PLC智能液晶顯示器。
背景技術：
：隨著工業自動化的發展，基於PLC的自動化設備幾乎遍布所有自動化控制領域。在PLC的應用過程中，操作人員經常需要親臨現場檢查設備的運行狀態，對機器進行故障的預防、分析和檢修，同時根據現場狀況隨時修改PLC的某些繼電器的狀態或數值從而達到優化現場生產過程的目的。但現場情況複雜，面對數量眾多的各種型號的設備，操作人員根本無法及時地獲取各臺設備的運行狀況或數據，也不可能在緊急時刻對設備做出迅速的反應，更不可能有效地預防PLC可能出現的各種故障，同時在出現故障的情況下檢修的工作量非常大、效率非常低，因此(1)如何能系統、全面、方便、準確、主動地了解、改變實時的現場狀況；(2)如何能高效、智能地進行故障預防、分析和排除以及現場保護，其中不但需要診斷現場工作設備的故障，還需要診斷PLC自身的故障，都是目前亟需解決的問題。針對問題(l)目前解決此問題的方法有a、被動接收PLC發回的數據；b、向PLC申請獲取顯示數據。a方法的原理是由PLC決定需要顯示哪些繼電器的數據或狀態，並發給顯示設備，顯示設備再做相應的顯示。此方法中顯示設備只是被動接收數據，PLC的CPU既要控制現場設備又得向顯示設備傳遞數據，這樣一方面PLC的負擔過重，無法保證傳遞數據的實時性，另一方面操作人員也無法通過顯示設備控制、調整現場的參數，互動性、實時性都比較差。b方法的原理是顯示設備和PLC進行互動通訊，首先由顯示設備發出更新數據請求，PLC將相應的繼電器地址、數據、佔用字節數等相關信息整合處理後以規定的格式傳送給顯示設備，顯示設備再按照用戶的組態要求進行顯示。數據的整合處理過程將佔用PLC的CPU的大量工作時間，並且CPU也只能在控制現場設備的空閒間隙做通訊應答工作，這樣就不能保證獲取數據的實時性，也可能造成數據的丟失，可靠性、實時性都比較弱。針對問題(2)目前解決此問題的方法有a、人工憑經驗檢修；b、查專業的手冊資料；c、請教相關專家；d、藉助故障診斷儀。a方法只有經驗豐富的專業技術人員才能做到，面對複雜的現場設備，不同的專業技術人員可能會有不同的判斷，再加上人的能力、精力有限，不可能做到面面俱到，容易出現誤操作。此方法的專業性要求過高，故障診斷時間長且準確度低，很難滿足工業現場的要求。b方法中當設備出現故障時，專業技術人員通過檢査PLC的相關狀態，對應地査看相關的技術手冊，然後進行相應的處理，此方法的專業性要求也過高，效率也比較低。c方法則更耽誤時間，需要與專家聯繫進行處理，這樣故障的診斷、處理時間都不能保證。d方法是藉助於專業的故障診斷儀給出合理的診斷與分析結果，幫助操作人員快速解決故障，此方法需要購買高額費用的診斷儀，且現場設備眾多，不可能每臺設備都配置一臺診斷儀，這樣一方面費用比較高，另一方面也無法同時對多臺機器進行故障的預防與分析。上述幾種方法都沒有實現在緊急情況下對現場設備進行應急保護從而避免更大損失的功能。
發明內容本發明的目的是提供一種主動型PLC智能液晶顯示器，其不佔用PLC的主控程序資源，可靠性和實時性提高，並且操作人員可以實時調整繼電器信息，提高了交互性。為解決上述技術問題，本發明包括液晶顯示器，液晶顯示器前設置觸控螢幕，液晶顯示器和觸控螢幕連接CPU，CPU連接內存儲器、程序存儲器和輸出通訊接口。本發明利用PLC內部共用存儲區的雙向數據讀寫功能，在不佔用PLC的主控程序資源的前提下，通過PLC的通訊模塊並根據共用存儲區的地址從而定時地直接成批地獲取共用存儲區內的數據內容，其中包括現場原始數據以及PLC內部運行狀態、故障代碼等，對讀取到的原始數據自動進行分析、運算等處理，然後按照用戶的組態要求進行顯示，對故障代碼等數據進行解析從而對PLC進行故障的預防與排除，具備主動控制功能，在實時獲取現場數據的同時又減輕了PLC的工作負擔；操作人員通過顯示設備就可以監控現場各設備的參數，互動性、可操作性較強；具備智能故障診斷、排除功能，當PLC出現故障或處於危險狀態時，本發明會自動報警提醒並給出診斷結果，幫助操作人員及時發現隱患、排除故障，提高了現場的維護性、安全性；當出現緊急情況時，本發明會根據現場狀況自動進行設備的切換、暫停等保護動作，安全性較強；豐富的智能圖文顯示功能進一步提高了顯示PLC設備時的多樣性、直觀性、實時性、生動性、多層次性，同時以仿真現場設備運行情況的動態畫面形象地展示現場狀態。圖l為本發明的第一種實施方式的硬體系統框圖。圖2為本發明的第一種實施方式軟體系統結構圖。圖3為本發明的第一種實施方式組態處理軟體程序流程圖。圖4為本發明的第二種實施方式組態處理軟體中數據處理部分的程序流程圖。圖5為本發明的第二種實施方式故障分析應用程式的程序流程圖。具體實施方式本發明的第一種實施方式如圖1所示本發明採用液晶顯示器，液晶顯示器前設置觸控螢幕，液晶顯示器和觸控螢幕連接CPU,CPU連接SDRAM內存儲器、FLASHR0M程序存儲器和輸出通訊接口，CPU採用ARM9系列核心模塊；液晶顯示屏採用彩色高解析度TFT;觸控螢幕配備4線電阻式觸控螢幕；輸出通訊接口採用RS232接口與PLC實時通訊。CPU與內存儲器以及程序存儲器的連接電路為現有技術，輸出通訊接口電路也為現有技術。液晶顯示器和觸控螢幕與CPU的連接電路為現有技術。如圖2所示本發明的軟體部分結構，硬體驅動程序為現有技術，由硬體廠商提供。專用嵌入式作業系統，採用現有的WinCE或Linux作業系統。採用VC編寫組態軟體，組態軟體採用面向對象方法，通過調用動態連結庫文件，支持PLC各種通訊協議如Modbus、hostlink-fins等，並對各PLC廠家的共用存儲區的統一接口定義，使得本發明兼容市場上主流的廠家的各種型號的PLC;採用多線程技術使數據讀寫、畫面顯示等多項任務滿足實時需求；利用組件對象模型使用戶可以方便地進行畫面的編輯；豐富的圖形元件庫增強了顯示界面的實用性與美觀性。如圖3組態軟體固化在液晶屏顯示器的程序存儲器中其步驟如下(1)CPU通過輸出通訊接口，請求PLC將PLC存儲器中共用存儲區中的所有設備數據一次不中斷的傳回內存儲器；(2)根據預先定義的內存分配表構造設備鍊表，並根據設備鍊表將各設備記錄的設備數據存入設備鍊表；(3)將顯示設備映射表和控制設備映射表中各設備記錄的當前數據項，根據設備鍊表的相應設備記錄的數據項進行更新，構造成完整的顯示設備映射表和控制設備映射表；(4)在CPU的控制下將顯示設備映射表傳給顯示模塊，同時將控制設備映射表傳給控制模塊；(5)顯示模塊調用液晶顯示器驅動在液晶顯示器上，顯示代表各設備的圖元和圖元對應設備映射表中的設備記錄的當前數據項；每隔90ms由CPU控制重複(1)_(5)的上述步驟；和(a)當用戶通過觸控螢幕修改液晶顯示器上顯示代表特定設備的圖元時，修改後的新設備信息通過觸控螢幕驅動程序傳給控制模塊，控制模塊更新控制設備映射表中圖元對應的設備記錄的當前數據項，再根據新控制設備映射表更新設備鍊表，然後在CPU的控制下將新設備鍊表通過輸出通訊接口，傳回給PLC存儲器中共用存儲區。PLC存儲器內的設備鍊表為現有技術中已經公開的數據結構。1.顯示設備映射表中各記錄的數據格式如下:tableseeoriginaldocumentpage62.控制設備映射表中各記錄的數據格式如下:tableseeoriginaldocumentpage6圖元為在顯示器上用於代表設備和設備狀態以及設備狀態調整的圖片、表格、文字表達形式。圖元通過鍊表與設備鍊表間建立對應關係，使圖元與PLC現場設備間建立對用關係，同時通過對圖元屬性的設置也可實現對設備的控制。圖元的表示形式便於用戶直觀的了解PLC控制的設備的狀態，以及方便對設備進行必要的控制。如圖4中，內存分配表為預先定義的記錄與PLC連接的各種設備的在PLC地址的資料庫。內存分配表中記錄的數據格式為設備名、地址、佔用字節數。設備鍊表中記錄的數據格式為設備名、地址、佔用字節數、數據。本發明的第二種實施方式第二種實施方式的硬體結構與第一種實施方式相同，只是在第一種實施方式的組態程序中加入故障分析應用程式，如圖3、圖4和圖5其步驟如下(1)CPU通過輸出通訊接口，請求PLC將PLC存儲器中共用存儲區中的設備鍊表一次不中斷的傳回內存儲器；(2)根據預先定義的內存分配表構造設備鍊表，並根據設備鍊表將各設備記錄的設備數據存入設備鍊表；(3)將顯示設備映射表和控制設備映射表中各設備記錄的當前數據項，根據設備鍊表的相應設備記錄的數據項進行更新，構造成完整的顯示設備映射表和控制設備映射表；同時，(I)根據設備鍊表更新內存儲器上存儲的設備運行狀態映射表中對應的設備記錄的當前數據項；(II)將設備的記錄當前數據項與其預先設定的正常範圍上限項和下限項進行比較，如果設備記錄當前數據項小於下限的30%，則產生故障代碼等於l，如果設備記錄當前數據項大於下限的1.7倍，則產生故障代碼等於2，如果設備記錄當前數據項大於下限的30%並且小於等於下限的70%，則產生故障代碼等於3，如果設備記錄當前數據項大於上限的1.3倍並且小於等於上限的1.7倍，則產生故障代碼等於4，如果設備記錄當前數據項大於下限的70%並且小於下限，則產生故障代碼等於5，如果設備記錄當前數據項大於上限並且小於等於上限的1.3倍，則產生故障代碼等於6，將故障設備的故障代碼與故障對應代碼表進行對比，如果故障碼為1或2位為高等級故障，則將故障對應代碼表中故障設備記錄中的緊急動作數據項的數值，通過輸出通訊接口改變PLC存儲器中公用存儲區設備鍊表相應設備的數據項進行智能保護，如果不是高等級故障，則顯示故障內容和檢修方法；依次對設備運行狀態映射表中的每一設備記錄進行步驟(II)的操作。(4)在CPU的控制下將顯示設備映射表傳給顯示模塊，同時將控制設備映射表傳給控制模塊；(5)顯示模塊調用液晶顯示器驅動在液晶顯示器上，顯示代表各設備的圖元和圖元對應設備映射表中的設備記錄的當前數據項；每隔100ms由CPU控制重複(1)-(5)的上述步驟；禾口(a)當用戶通過觸控螢幕修改液晶顯示器上顯示代表特定設備圖元時，修改後的新設備信息通過觸控螢幕驅動程序傳給控制模塊，控制模塊更新控制設備映射表中圖元對應的設備記錄的當前數據項，再根據新控制設備映射表更新設備鍊表，然後在CPU的控制下將新設備鍊表通過輸出通訊接口，傳回給PLC存儲器中共用存儲區。3.設備運行狀態映射表各記錄的數據格式如下:tableseeoriginaldocumentpage84.故障代碼對應表的格式如下:tableseeoriginaldocumentpage8本發明的第三種實施方式第三種實施方式的硬體結構與第一種實施方式相同，只是在第三種實施方式的組態程序中加入故障分析應用程式，如圖3、圖4和圖5其步驟如下(1)CPU通過輸出通訊接口，請求PLC將PLC存儲器中共用存儲區中的設備鍊表一次不中斷的傳回內存儲器；(2)根據預先定義的內存分配表構造設備鍊表，並根據設備鍊表將各設備記錄的設備數據存入設備鍊表；(3)將顯示設備映射表和控制設備映射表中各設備記錄的當前數據項，根據設備鍊表的相應設備記錄的數據項進行更新，構造成完整的顯示設備映射表和控制設備映射表；同時，(I)根據設備鍊表更新內存儲器上存儲的設備運行狀態映射表中對應的設備記錄的當前數據項；(II)將設備運行狀態映射表進行備份；(III)將設備的記錄當前數據項與其預先設定的正常範圍上限項和下限項進行比較，如果設備記錄當前數據項小於下限的30%,則產生故障代碼等於l,如果設備記錄當前數據項大於下限的1.7倍，則產生故障代碼等於2，如果設備記錄當前數據項大於下限的30%並且小於等於下限的70%，則產生故障代碼等於3，如果設備記錄當前數據項大於上限的1.3倍並且小於等於上限的1.7倍，則產生故障代碼等於4，如果設備記錄當前數據項大於下限的70%並且小於下限，則產生故障代碼等於5，如果設備記錄當前數據項大於上限並且小於等於上限的1.3倍，則產生故障代碼等於6，將故障設備的故障代碼與故障對應代碼表進行對比，如果故障碼為1或2位為高等級故障，則將故障對應代碼表中故障設備記錄中的緊急動作數據項的數值，通過輸出通訊接口改變PLC存儲器中公用存儲區設備鍊表相應設備的數據項進行智能保護，如果不是高等級故障，則顯示故障內容和檢修方法，並調用音效卡驅動程序發出報警聲；依次對設備運行狀態映射表中的每一設備記錄進行步驟(III)的操作。(4)在CPU的控制下將顯示設備映射表傳給顯示模塊，同時將控制設備映射表傳給控制模塊；(5)顯示模塊調用液晶顯示器驅動在液晶顯示器上，顯示代表各設備的圖元和圖元對應設備映射表中的設備記錄的當前數據項；每隔95ms由CPU控制重複(1)-(5)的上述步驟；和(a)當用戶通過觸控螢幕修改液晶顯示器上顯示代表特定設備的圖元時，修改後的新設備信息通過觸控螢幕驅動程序傳給控制模塊，控制模塊更新控制設備映射表中圖元對應的設備記錄的當前數據項，再根據新控制設備映射表更新設備鍊表，然後在CPU的控制下將新設備鍊表通過輸出通訊接口，傳回給PLC存儲器中共用存儲區。本發明在運行組態應用程式前，通過電腦連接本發明，並通過現有技術中後臺軟體編輯組態應用程式的界面和對內存儲器中的各數據表進行初始化負值。在本發明在工作過程中定時主動讀取PLC共用存儲區的原始數據，組態應用程式則對讀取到的原始數據進行分析、運算、轉換等處理，使數據與用戶定義的設備相關聯，將結果以圖表、動畫、文字等界面的方式在TFTLCD上顯示出來，並且把這些數據進行存貯，以備日後查看。操作人員通過觸控螢幕進行操作可以對現場參數進行優化。智能分析程序將自動記錄設備運行參數，發現設備存儲區的數據有變化或根據資料庫判定有異常情況時，以聲、光，圖、文本等方式發出視覺、聽覺警告，通知操作人員及時處理，確保操作人員及設備的安全，當出現故障時，智能分析程序將給出可能的故障點以及解決方案，幫助操作人員快速準確地找到病症，節約了時間，降低了成本；當出現緊急情況時，本程序將自動進行一些暫停、設備切換、斷電等操作，並以形象的方式通知操作人員，從而避免更大的事故和損失。權利要求1.一種主動型PLC智能液晶顯示器，包括液晶顯示器，液晶顯示器前設置觸控螢幕，液晶顯示器和觸控螢幕連接CPU，CPU連接內存儲器、程序存儲器，其特徵在於CPU連接輸出通訊接口。專利摘要本實用新型涉及一種用於PLC上的人機接口設備，尤其涉及一種主動型PLC智能液晶顯示器。它包括液晶顯示器，液晶顯示器前設置觸控螢幕，液晶顯示器和觸控螢幕連接CPU，CPU連接內存儲器、程序存儲器和輸出通訊接口，程序存儲器中固化組態軟體，組態軟體定時主動讀取PLC共用存儲區的原始數據對其進行分析、運算、轉換等處理，其不佔用PLC的主控程序資源，可靠性和實時性提高，並且操作人員可以實時調整繼電器信息，提高了交互性。文檔編號G05B19/05GK201355436SQ200920088750公開日2009年12月2日申請日期2009年2月27日優先權日2009年2月27日發明者劉文敬,吳曉北申請人:鄭州紫辰科技開發有限公司