- 核心概念：什么是PLC？什么是触摸屏？它们各自扮演什么角色？
- 协同工作原理：PLC和触摸屏是如何“对话”的？
- 典型应用场景：它们在哪些地方被使用？
- 项目开发流程：一个完整的项目是如何从零开始的？
- 关键技术点：在开发中需要掌握哪些技能？
- 发展趋势：这个领域未来的方向是什么？
核心概念
PLC (Programmable Logic Controller) - 可编程逻辑控制器
- 定义：它是一种专为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出,控制各种类型的机械设备或生产过程。
- 角色：“大脑”或“心脏”，PLC负责执行自动化控制的核心逻辑，它接收来自传感器（如按钮、光电开关、温度计）的信号，根据预先编写好的程序进行判断和运算，然后输出信号去驱动执行器（如电机、电磁阀、指示灯、报警器）。
- 特点：
- 高可靠性：抗干扰能力强,能在恶劣的工业环境下稳定工作。
- 编程灵活：可以通过修改程序来改变控制逻辑,无需改动硬件接线。
- 模块化设计：由CPU模块、电源模块、输入/输出模块等组成,方便扩展和维护。
- 实时性强：能够快速响应现场信号,对时间要求苛刻的控制任务非常适用。
HMI (Human Machine Interface) / 触摸屏
- 定义：人机界面，通常指带有触摸功能的液晶显示屏,它是操作员与自动化系统之间进行信息交互的窗口。
- 角色：“脸”和“手”，触摸屏负责“显示”和“操作”。
- 显示：将PLC的运行状态、生产数据、报警信息、工艺流程图等直观地展示给操作员。
- 操作：操作员可以通过触摸屏上的按钮、输入框等控件，向PLC下达指令，如启动/停止设备、设定参数、手动操作等。
- 特点：
- 直观易用：图形化界面,无需专业培训即可上手操作。
- 信息集中：将复杂的控制信息集中在一个屏幕上,方便监控。
- 减少硬件：替代了大量的物理按钮、指示灯和开关,使控制柜更简洁。
- 数据记录：可以记录历史数据、生成报表,方便追溯和分析。
协同工作原理 (PLC与触摸屏的“对话”)
PLC和触摸屏通过一种标准化的通信协议进行连接，最常见的协议是 Modbus RTU/TCP，它们之间的关系是 “主从站” 或 “客户端-服务器” 结构。
（图片来源网络，侵删）
- 通信流程：
- 连接：通常通过一根网线或串口线（如RS485）将PLC和触摸屏连接起来。
- 配置：在触摸屏的组态软件中，设置好PLC的型号、通信协议（如Modbus-RTU）、站号、通信波特率等参数。
- 数据交换：
- 触摸屏读取PLC数据（从PLC到HMI）：
- 触摸屏作为“主站”（或客户端），向PLC（“从站”或服务器）发送读取请求。
- 请求中包含了要读取的PLC内部寄存器地址（如
D100）。 - PLC收到请求后，将地址
D100中的数据（当前温度值）发送回触摸屏。 - 触摸屏接收到数据后，将其显示在屏幕上的相应控件（如一个数字显示框或仪表盘）上。
- 触摸屏写入数据到PLC（从HMI到PLC）：
- 操作员在触摸屏上输入一个目标值（如设定温度
80）。 - 触摸屏将这个值和对应的PLC寄存器地址（如
D200）打包成写入请求,发送给PLC。 - PLC收到请求后，将值
80写入到自己的内部寄存器D200中。 - PLC的控制程序会不断检测
D200的值，并据此调整加热器的输出,从而实现温度设定。
- 操作员在触摸屏上输入一个目标值（如设定温度
- 触摸屏读取PLC数据（从PLC到HMI）：
简单比喻：
- PLC 是一个黑盒子，里面有各种抽屉（寄存器），存放着各种数据（温度、压力、开关状态）。
- 触摸屏 是一个聪明的管家。
- 它会定期跑去问PLC：“温度抽屉（D100）里是什么？” 然后把结果写在墙上的仪表盘上。
- 当你告诉管家：“请把设定温度抽屉（D200）改成80。” 管家就会跑去PLC,把80放进那个抽屉里。
典型应用场景
PLC+触摸屏的组合几乎无处不在,是现代工业自动化的标准配置。
- 工厂自动化生产线：汽车装配线、食品包装线、饮料灌装线等，触摸屏显示生产节拍、产量、设备状态，操作员可通过它启停产线、切换模式。
- 过程控制：化工、冶金、电力等行业的生产过程监控，触摸屏实时显示温度、压力、流量、液位等关键参数,并能进行设定和报警。
- 机械设备：机床、注塑机、起重机、电梯等，触摸屏提供手动/自动模式切换、参数设置、故障诊断、运行状态显示等功能。
- 智能楼宇：楼宇的空调、给排水、安防、消防系统的监控中心。
- 环境与能源监控：污水处理厂、垃圾焚烧厂的监控，以及太阳能、风能发电场的运行数据采集与控制。
项目开发流程
一个典型的PLC+触摸屏项目开发流程如下：
- 需求分析：与客户沟通，明确控制要求（需要哪些传感器、哪些执行器）、人机交互要求（需要显示什么、操作什么）、安全要求等。
- 方案设计：
- 硬件选型：根据I/O点数、功能需求选择合适的PLC型号和模块；根据屏幕尺寸、功能需求选择触摸屏品牌和型号。
- 电气原理图设计：绘制PLC的I/O接线图、系统供电图等。
- 网络拓扑设计：规划PLC、触摸屏、变频器、伺服驱动器等设备之间的通信方式。
- 软件编程：
- PLC程序开发：使用PLC的编程软件（如西门子的TIA Portal/STEP 7，罗克韦尔的Studio 5000，三菱的GX Works）编写逻辑控制程序，通常使用梯形图、结构化文本或功能块图。
- HMI画面组态：使用触摸屏的组态软件（如西门子的WinCC Comfort/Advanced，罗克韦尔的FactoryTalk View，威纶通的EasyBuilder Pro）设计界面。
- 创建画面：主画面、报警画面、参数设置画面、趋势图画面等。
- 添加控件：按钮、指示灯、输入框、仪表盘、报警列表、数据曲线等。
- 建立变量连接：将HMI控件与PLC的寄存器地址进行关联。
- 仿真与调试：
- 软件仿真：在PLC和HMI软件中内置的仿真器上运行程序,检查逻辑和画面是否正确。
- 现场联调：将程序下载到实际的PLC和触摸屏中，进行通电测试，分步测试各个功能,解决现场出现的各种问题。
- 文档编写：整理项目资料，包括电气图纸、程序清单、操作手册、维护手册等。
- 交付与培训：将系统交付给用户,并对操作员和维修人员进行培训。
关键技术点
- PLC技术：
- 梯形图编程：最基础的编程语言，符号电气原理图,易于理解。
- 顺序功能图：用于描述流程控制的图形化语言，结构清晰,适合复杂流程。
- PID控制：用于过程控制中实现温度、压力、流量等闭环控制的核心算法。
- 运动控制：控制伺服电机、步进电机的位置、速度、加减速。
- 通信协议：熟练掌握Modbus, Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT等主流工业总线。
- 触摸屏技术：
- 界面设计：如何设计出美观、直观、符合操作习惯的界面。
（图片来源网络，侵删）
