2.1 PLC与触摸屏联合仿真入门

2.1.1 触摸屏概述

1.触摸屏系统的组成

触摸屏是一种可接收手指触控等输入信号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形或文字按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程序驱动各种连接装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的多媒体效果。触摸屏作为一种最新的计算机输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式，在工业上则是显示和控制PLC等外围设备的最理想的解决方案。

触摸屏系统的基本组成如图2-1所示，它包括编程计算机（含编程软件）、触摸屏、现场连接设备（如PLC、条码阅读器、温控器、打印机等）。

触摸屏从一出现就受到了广泛的关注，它显示直观，操作简单。它强大的功能及优异的稳定性使它非常适合应用于工业环境，如工业中的自动化控制设备、自动洗车机、天车升降控制、生产线监控等。目前在日常生活中，各个领域也已经在应用触摸屏，甚至智能大厦管理、会议室声光控制、温室温度调整等也都在应用触摸屏。

触摸屏是在操作人员和机器设备之间架起双向沟通的桥梁，操作人员可以自由地在触摸屏上组合文字、按钮、指示灯、仪表、图形、表格、测量数字等，来监控管理或显示机器设备的运行状态。在工业控制中，应用触摸屏前，电气控制设备的操作需要由操作人员根据控制设备上的一个个指示灯信号和数字显示屏上一串串的字母数字所代表的设备运行状态，去操作一个个按钮来控制设备的运行，不但显示不直观，故障率高，且很难提高工作效率、易误操作。使用了触摸屏后，屏幕能明确指示并告知操作人员机器设备目前的运行状况，使操作变得简单直观，并且可以避免操作上的失误，即使是新手也可以根据屏幕显示很轻松地操作整个机器设备；使用触摸屏还可以使整个机器设备的配线标准化、简单化，且可减少与之相连的PLC等设备的I/O接口数量，不但降低了生产成本，而且可大大地减少故障率，同时由于整个设备控制面板的小型化及高性能，也相对提高了整套设备的附加价值。

2.触摸屏的编程软件

从触摸屏编程软件的内涵上说，它是指操作人员根据工业应用对象及控制任务的要求，配置（包括对象的定义、制作和编辑，以及对象状态特征属性参数的设定等）用户应用软件的过程。

不同品牌的触摸屏或操作面板所开发的编程软件不尽相同，但都会具有一些通用功能，如画面、标签、配方、上传、下载、仿真等。

（1）编程基本功能

触摸屏编程的目的在于操作与监控设备或过程，因此，用户应尽可能精确地在人机界面上映射设备或过程。触摸屏与机器或过程之间通过PLC等外围连接设备利用变量进行通信，变量值写入PLC上的存储区域或地址，由人机界面从该区域读取，基本结构如图2-2所示。

（2）画面编辑制作

画面是触摸屏工程的重要组成部分，利用它们用户可以将机器或过程的状态可视化，并为操作机器或过程创建先决条件。用户可以创建一系列带有显示单元或控件的画面用于画面之间的切换，如图2-3所示。

对于画面的创建一定要从工程项目的全局考虑，并在编程之前就进行基本设置和拆分。图2-4所示为画面创建的基本模板，它包括固定窗口、事件消息窗口、基本区域、消息指示器、功能键分配。

画面是过程的映像，可以在画面上显示过程并指定过程值，图2-5显示了一个用于生产不同果汁的搅拌设备的实例。配料从不同容器注入搅拌器，然后进行搅拌，通过画面显示出容器与搅拌器中的液面。通过人机界面可以打开与关闭进口阀门、搅拌电动机等。

（3）联合仿真

联合仿真的目的就是在触摸屏和实体PLC投入正式使用之前，触摸屏从仿真PLC的本地地址读取数据，其数据是静态的，但联合仿真方便了用户直观地预览效果而不必每次都下载程序到PLC或触摸屏，可以极大地提高编程效率，节省大量的由于重复下载所花费的工程时间。

（4）下载

下载之前，都必须通过画面编程制作“工程文件”，再通过PC和触摸屏产品的串行通信口、USB或以太网口，把编制好的“工程文件”下载到人机界面的处理器中运行。

2.1.2 三菱GT Designer使用简介

三菱触摸屏编程软件GT Designer3是用于三菱电机自动化GOT1000、GOT2000系列图形操作终端的编程软件，同时配有GT Simulator3仿真软件，具有联合仿真的功能。下载GT Designer3软件请从官网或搜索获得，安装后共有2个图标，如图2-6所示，其中GT Designer3是工程设计软件，GT Simulator3是仿真软件。

图2-7所示为三菱触摸屏GOT1000和GOT2000的外观，两者均使用GT Designer3进行编程，可与三菱FX3U PLC、三菱Q系列PLC、欧姆龙C系列PLC、富士N系列PLC、松下FP系列PLC、AB－SLC500系列PLC、西门子S7－200/300系列PLC等PLC通信连接。

GT Designer3使用步骤如下所示：

1）进入工程选择画面，使用“新建”或“打开”（见图2-8），如果是第一次使用或是新的工程文件，则使用“新建”。

2）新建工程向导。如图2-9所示，可以很方便地对触摸屏进行必要的设置。

3）系统设置。如图2-10所示，可以选择触摸屏的型号或颜色数等。

如图2-11所示，触摸屏机种选择包括GT16、GT15、GT14、GT12、GT11、GT10等，更新的版本支持GT27、GT23等，请及时更新触摸屏相关软件。本书中的联合仿真均采用GT12**－V（640×480）（以下简称GT12）。完成后，请按图2-12所示进行系统设置确认。

4）连接机器设置。如图2-13所示，选择触摸屏连接机器（主要是PLC、变频器、伺服、仪表等）。

三菱触摸屏支持大部分主流的机器品牌，除自身外，还有欧姆龙、KEYENCE、光洋电子、夏普、东芝、日立、安川电机、AB、GE、西门子、MODBUS等（见图2-14）。

三菱机种选择如图2-15所示，其中本书将主要选择为MELSEC－FX和MELSEC－QnA/Q/QS这两种。

这里机器品牌就意味着不同的通信协议，如图2-16所示，三菱“MELSEC－FX”I/F（通信接口）选择为标准I/F（标准RS－422/485）。

5）画面切换。如图2-17所示，设置画面切换软元件，如基本画面GD100、重叠窗口GD101等。

最后，确认完成后的设置如图2-18所示，图2-19所示为GT Designer3编辑画面。

【例2-1】交通灯触摸屏应用

任务要求 ：如图2-20所示，某交通灯采用FX3U和触摸屏进行控制，要求动作具体如下：

1）通过触摸屏的按钮进行启动与停止控制。

2）当触摸屏启动按钮动作后，绿灯亮25s，然后黄灯亮3s，最后红灯亮20s；接下来进入下一轮周期，一直到停止按钮动作。

实施步骤：

步骤1：根据表2-1所示进行软元件分配，并进行梯形图编程。

图2-21所示的梯形图程序说明如下：

步0：通过触摸屏启动按钮M0置位M2（交通灯处于激活状态）和绿灯。

步3：当触摸屏停止按钮M1按下时，复位所有中间变量和所有交通灯。

步14、19：当M2和绿灯亮时，T0开始定时25s；定时到时置位黄灯，复位T0和绿灯Y0。

步24、29：与绿灯动作相似，当M2和黄灯亮时，T1开始定时3s；定时到时置位红灯，复位T1和黄灯Y1。

步34、39：与绿灯动作相似，当M2和红灯亮时，T2开始定时20s；定时到时置位绿灯，复位T2和红Y1。这样就进入了循环动作，即后续的扫描中依次执行步14～39，直到按下停止按钮M1。

步骤2触摸屏组态：第一步是进行交通灯三个位指示灯的组态，如图2-22所示，进行菜单“对象→指示灯→位指示灯”选择。

单击触摸屏上的位指示灯，图2-23所示为编程软件左侧的位指示灯公共信息，包括X坐标、Y坐标、宽度、高度等。

双击位指示灯，就可以进入图2-24所示的基本设置，包括指示灯种类、软元件编号、图形形状、ON或OFF时的图形属性（边框色、指示灯色、背景色、填充图样、闪烁等）。图2-25所示选择绿灯为Y0。依次可以组态黄灯、红灯。

第二步就是组态触摸屏按钮，选择菜单“对象→开关→位开关”，可以出现 这样的按钮。双击后进行位开关基本设置，如图2-26所示。这里为点动按钮动作设置。

最后完成后的触摸屏组态画面如图2-27所示。

步骤3：PLC和触摸屏联合仿真。第一步是在GX Works2中选择“调试→模拟开始/停止”，如图2-28所示，直至出现图2-29所示的PLC写入和PLC运行画面，且“POWER”“RUN”灯亮。

第二步是在触摸屏组态软件中选择“工具→模拟器→启动”，如图2-30所示。如果出现连接不上的情况，则需要在图2-31所示的GT Simulator3中进行“模拟→选项”设置，必须将连接方法选项设置为GX Simulator2（见图2-32），否则无法正常仿真。

第三步，就是仿真。单击相应的按钮，实现交通灯触摸屏应用（见图2-33）。