专利名称：主动型plc智能液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于PLC上的人机接口设备，尤其涉及一种主动型PLC智能液晶
显不器。
背景技术：
随着工业自动化的发展，基于PLC的自动化设备几乎遍布所有自动化控制领域。 在PLC的应用过程中，操作人员经常需要亲临现场检查设备的运行状态，对机器进行故障 的预防、分析和检修，同时根据现场状况随时修改PLC的某些继电器的状态或数值从而达 到优化现场生产过程的目的。但现场情况复杂，面对数量众多的各种型号的设备，操作人员 根本无法及时地获取各台设备的运行状况或数据，也不可能在紧急时刻对设备做出迅速的 反应，更不可能有效地预防PLC可能出现的各种故障，同时在出现故障的情况下检修的工 作量非常大、效率非常低，因此(1)如何能系统、全面、方便、准确、主动地了解、改变实时的 现场状况；(2)如何能高效、智能地进行故障预防、分析和排除以及现场保护，其中不但需 要诊断现场工作设备的故障，还需要诊断PLC自身的故障，都是目前亟需解决的问题。针对问题(1)目前解决此问题的方法有a、被动接收PLC发回的数据；b、向PLC申 请获取显示数据。a方法的原理是由PLC决定需要显示哪些继电器的数据或状态，并发给 显示设备，显示设备再做相应的显示。此方法中显示设备只是被动接收数据，PLC的CPU既 要控制现场设备又得向显示设备传递数据，这样一方面PLC的负担过重，无法保证传递数 据的实时性，另一方面操作人员也无法通过显示设备控制、调整现场的参数，互动性、实时 性都比较差。b方法的原理是显示设备和PLC进行互动通讯，首先由显示设备发出更新数 据请求，PLC将相应的继电器地址、数据、占用字节数等相关信息整合处理后以规定的格式 传送给显示设备，显示设备再按照用户的组态要求进行显示。数据的整合处理过程将占用 PLC的CPU的大量工作时间，并且CPU也只能在控制现场设备的空闲间隙做通讯应答工作， 这样就不能保证获取数据的实时性，也可能造成数据的丢失，可靠性、实时性都比较弱。针对问题(2)目前解决此问题的方法有a、人工凭经验检修；b、查专业的手册资料；C、请教相关专家；d、借助故障诊断仪。a方法只有经验丰富的专业技术人员才能做到， 面对复杂的现场设备，不同的专业技术人员可能会有不同的判断，再加上人的能力、精力有 限，不可能做到面面俱到，容易出现误操作。此方法的专业性要求过高，故障诊断时间长且 准确度低，很难满足工业现场的要求。b方法中当设备出现故障时，专业技术人员通过检查 PLC的相关状态，对应地查看相关的技术手册，然后进行相应的处理，此方法的专业性要求 也过高，效率也比较低。c方法则更耽误时间，需要与专家联系进行处理，这样故障的诊断、 处理时间都不能保证。d方法是借助于专业的故障诊断仪给出合理的诊断与分析结果，帮助 操作人员快速解决故障，此方法需要购买高额费用的诊断仪，且现场设备众多，不可能每台 设备都配置一台诊断仪，这样一方面费用比较高，另一方面也无法同时对多台机器进行故 障的预防与分析。上述几种方法都没有实现在紧急情况下对现场设备进行应急保护从而避 免更大损失的功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种主动型PLC智能液晶显示器，其不占用PLC的主控程序资源，可靠性和实时性提高，并且操作人员可以实时调整继电器信息，提高了交互性。为解决上述技术问题，本发明包括液晶显示器，液晶显示器前设置触摸屏，液晶 显示器和触摸屏连接CPU，CPU连接内存储器、程序存储器和输出通讯接口，所述的程序存 储器中固化如下步骤的组态软件(1) CPU通过输出通讯接口，请求PLC将PLC存储器中共用存储区中的所有设备数 据一次不中断的传回内存储器；(2)根据预先定义的内存分配表构造设备链表，并根据设备链表将各设备记录的 设备数据存入设备链表；(3)将显示设备映射表和控制设备映射表中各设备记录的当前数据项，根据设备 链表的相应设备记录的数据项进行更新，构造成完整的显示设备映射表和控制设备映射 表；(4)在CPU的控制下将显示设备映射表传给显示模块，同时将控制设备映射表传 给控制模块；(5)显示模块调用液晶显示器驱动在液晶显示器上，显示代表各设备的图元和图 元对应设备映射表中的设备记录的当前数据项；每隔90-100ms由CPU控制重复(1)_(5)的上述步骤；和(a)当用户通过触摸屏修改液晶显示器上显示代表特定设备的图元时，修改后的 新设备信息通过触摸屏驱动程序传给控制模块，控制模块更新控制设备映射表中图元对应 的设备记录的当前数据项，再根据新控制设备映射表更新设备链表，然后在CPU的控制下 将新设备链表通过输出通讯接口，传回给PLC存储器中共用存储区。所述的组态软件在步骤(2)运行的同时，还运行的故障分析应用程序包括如下步 骤(I)根据设备链表更新内存储器上存储的设备运行状态映射表中对应的设备记录 的当前数据项；(II)将设备的记录当前数据项与其预先设定的正常范围上限项和下限项进行比 较，如果设备记录当前数据项小于下限的30%，则产生故障代码等于1，如果设备记录当前 数据项大于下限的1.7倍，则产生故障代码等于2，如果设备记录当前数据项大于下限的 30%并且小于等于下限的70%，则产生故障代码等于3，如果设备记录当前数据项大于上 限的1. 3倍并且小于等于上限的1. 7倍，则产生故障代码等于4，如果设备记录当前数据项 大于下限的70%并且小于下限，则产生故障代码等于5，如果设备记录当前数据项大于上 限并且小于等于上限的1. 3倍，则产生故障代码等于6，将故障设备的故障代码与故障对应 代码表进行对比，如果故障码为1或2位为高等级故障，则将故障对应代码表中故障设备记 录中的紧急动作数据项的数值，通过输出通讯接口改变PLC存储器中公用存储区设备链表 相应设备的数据项进行智能保护，如果不是高等级故障，则显示故障内容和检修方法；依次对设备运行状态映射表中的每一设备记录进行步骤(II)的操作。
所述的组态软件在(I)的后面加入如下步骤(il)将设备运行状态映射表进行备份；所述的步骤(II)中如果不是高等级故障，在显示故障内容和检修方法的同时，通 过调用声卡驱动程序发出报警声。本发明利用PLC内部共用存储区的双向数据读写功能，在不占用PLC的主控程序 资源的前提下，通过PLC的通讯模块并根据共用存储区的地址从而定时地直接成批地获取 共用存储区内的数据内容，其中包括现场原始数据以及PLC内部运行状态、故障代码等，对 读取到的原始数据自动进行分析、运算等处理，然后按照用户的组态要求进行显示，对故障 代码等数据进行解析从而对PLC进行故障的预防与排除，具备主动控制功能，在实时获取 现场数据的同时又减轻了 PLC的工作负担；操作人员通过显示设备就可以监控现场各设备 的参数，互动性、可操作性较强；具备智能故障诊断、排除功能，当PLC出现故障或处于危险 状态时，本发明会自动报警提醒并给出诊断结果，帮助操作人员及时发现隐患、排除故障， 提高了现场的维护性、安全性；当出现紧急情况时，本发明会根据现场状况自动进行设备的 切换、暂停等保护动作，安全性较强；丰富的智能图文显示功能进一步提高了显示PLC设备 时的多样性、直观性、实时性、生动性、多层次性，同时以仿真现场设备运行情况的动态画面 形象地展示现场状态。
图1为本发明的第一种实施方式的硬件系统框图。图2为本发明的第一种实施方式软件系统结构图。图3为本发明的第一种实施方式组态处理软件程序流程图。图4为本发明的第二种实施方式组态处理软件中数据处理部分的程序流程图。图5为本发明的第二种实施方式故障分析应用程序的程序流程图。
具体实施例方式本发明的第一种实施方式如图1所示本发明采用液晶显示器，液晶显示器前设 置触摸屏，液晶显示器和触摸屏连接CPU，CPU连接SDRAM内存储器、FLASHR0M程序存储器 和输出通讯接口，CPU采用ARM9系列核心模块；液晶显示屏采用彩色高分辨率TFT ；触摸屏 配备4线电阻式触摸屏；输出通讯接口采用RS232接口与PLC实时通讯。CPU与内存储器 以及程序存储器的连接电路为现有技术，输出通讯接口电路也为现有技术。液晶显示器和 触摸屏与CPU的连接电路为现有技术。如图2所示本发明的软件部分结构，硬件驱动程序为现有技术，由硬件厂商提供。 专用嵌入式操作系统，采用现有的WinCE或Linux操作系统。采用VC编写组态软件，组 态软件采用面向对象方法，通过调用动态链接库文件，支持PLC各种通讯协议如Modbus、 hostlink-fins等，并对各PLC厂家的共用存储区的统一接口定义，使得本发明兼容市场上 主流的厂家的各种型号的PLC ；采用多线程技术使数据读写、画面显示等多项任务满足实 时需求；利用组件对象模型使用户可以方便地进行画面的编辑；丰富的图形元件库增强了 显示界面的实用性与美观性。如图3组态软件固化在液晶屏显示器的程序存储器中其步骤如下
(1) CPU通过输出通讯接口，请求PLC将PLC存储器中共用存储区中的所有设备数 据一次不中断的传回内存储器；(2)根据预先定义的内存分配表构造设备链表，并根据设备链表将各设备记录的 设备数据存入设备链表；(3)将显示设备映射表和控制设备映射表中各设备记录的当前数据项，根据设备 链表的相应设备记录的数据项进行更新，构造成完整的显示设备映射表和控制设备映射 表；
(4)在CPU的控制下将显示设备映射表传给显示模块，同时将控制设备映射表传 给控制模块；(5)显示模块调用液晶显示器驱动在液晶显示器上，显示代表各设备的图元和图 元对应设备映射表中的设备记录的当前数据项；每隔90ms由CPU控制重复(1) - (5)的上述步骤；和(a)当用户通过触摸屏修改液晶显示器上显示代表特定设备的图元时，修改后的 新设备信息通过触摸屏驱动程序传给控制模块，控制模块更新控制设备映射表中图元对应 的设备记录的当前数据项，再根据新控制设备映射表更新设备链表，然后在CPU的控制下 将新设备链表通过输出通讯接口，传回给PLC存储器中共用存储区。PLC存储器内的设备链表为现有技术中已经公开的数据结构。1.显示设备映射表中各记录的数据格式如下
设备名设备地址 上一次数据ι当前数据2.控制设备映射表中各记录的数据格式如下
设备名 设备地址 上一次数据I当前数据图元为在显示器上用于代表设备和设备状态以及设备状态调整的图片、表格、文 字表达形式。图元通过链表与设备链表间建立对应关系，使图元与PLC现场设备间建立对 用关系，同时通过对图元属性的设置也可实现对设备的控制。图元的表示形式便于用户直 观的了解PLC控制的设备的状态，以及方便对设备进行必要的控制。如图4中，内存分配表为预先定义的记录与PLC连接的各种设备的在PLC地址的 数据库。内存分配表中记录的数据格式为设备名、地址、占用字节数。设备链表中记录的 数据格式为设备名、地址、占用字节数、数据。本发明的第二种实施方式第二种实施方式的硬件结构与第一种实施方式相同， 只是在第一种实施方式的组态程序中加入故障分析应用程序，如图3、图4和图5其步骤如 下(1) CPU通过输出通讯接口，请求PLC将PLC存储器中共用存储区中的设备链表一 次不中断的传回内存储器；(2)根据预先定义的内存分配表构造设备链表，并根据设备链表将各设备记录的设备数据存入设备链表；(3)将显示设备映射表和控制设备映射表中各设备记录的当前数据项，根据设备 链表的相应设备记录的数据项进行更新，构造成完整的显示设备映射表和控制设备映射 表；同时，(I)根据设备链表更新内存储器上存储的设备运行状态映射表中对应的设 备记录的当前数据项；(II)将设备的记录当前数据项与其预先设定的正常范围上限项和下限项进行比 较，如果设备记录当前数据项小于下限的30%，则产生故障代码等于1，如果设备记录当前 数据项大于下限的1.7倍，则产生故障代码等于2，如果设备记录当前数据项大于下限的 30%并且小于等于下限的70%，则产生故障代码等于3，如果设备记录当前数据项大于上 限的1. 3倍并且小于等于上限的1. 7倍，则产生故障代码等于4，如果设备记录当前数据项 大于下限的70%并且小于下限，则产生故障代码等于5，如果设备记录当前数据项大于上 限并且小于等于上限的1. 3倍，则产生故障代码等于6，将故障设备的故障代码与故障对应 代码表进行对比，如果故障码为1或2位为高等级故障，则将故障对应代码表中故障设备记 录中的紧急动作数据项的数值，通过输出通讯接口改变PLC存储器中公用存储区设备链表 相应设备的数据项进行智能保护，如果不是高等级故障，则显示故障内容和检修方法；依次对设备运行状态映射表中的每一设备记录进行步骤(II)的操作。(4)在CPU的控制下将显示设备映射表传给显示模块，同时将控制设备映射表传 给控制模块；(5)显示模块调用液晶显示器驱动在液晶显示器上，显示代表各设备的图元和图 元对应设备映射表中的设备记录的当前数据项；每隔IOOms由CPU控制重复⑴-(5)的上述步骤；和(a)当用户通过触摸屏修改液晶显示器上显示代表特定设备的图元时，修改后的 新设备信息通过触摸屏驱动程序传给控制模块，控制模块更新控制设备映射表中图元对应 的设备记录的当前数据项，再根据新控制设备映射表更新设备链表，然后在CPU的控制下 将新设备链表通过输出通讯接口，传回给PLC存储器中共用存储区。3.设备运行状态映射表各记录的数据格式如下
设备名 设备地址I正常范围I当前数据4.故障代码对应表的格式如下
设备名 设备 故障故障故障检修紧急动作 地址 代码等级 内容方法本发明的第三种实施方式第三种实施方式的硬件结构与第一种实施方式相同， 只是在第三种实施方式的组态程序中加入故障分析应用程序，如图3、图4和图5其步骤如 下(1) CPU通过输出通讯接口，请求PLC将PLC存储器中共用存储区中的设备链表一次不中断的传回内存储器；(2)根据预先定义的内存分配表构造设备链表，并根据设备链表将各设备记录的 设备数据存入设备链表；(3)将显示设备映射表和控制设备映射表中各设备记录的当前数据项，根据设备 链表的相应设备记录的数据项进行更新，构造成完整的显示设备映射表和控制设备映射 表；同时，(I)根据设备链表更新内存储器上存储的设备运行状态映射表中对应的设 备记录的当前数据项；(II)将设备运行状态映射表进行备份；(III)将设备的记录当前数据项与其预先设定的正常范围上限项和下限项进行比 较，如果设备记录当前数据项小于下限的30%，则产生故障代码等于1，如果设备记录当前 数据项大于下限的1.7倍，则产生故障代码等于2，如果设备记录当前数据项大于下限的 30%并且小于等于下限的70%，则产生故障代码等于3，如果设备记录当前数据项大于上 限的1. 3倍并且小于等于上限的1. 7倍，则产生故障代码等于4，如果设备记录当前数据项 大于下限的70%并且小于下限，则产生故障代码等于5，如果设备记录当前数据项大于上 限并且小于等于上限的1. 3倍，则产生故障代码等于6，将故障设备的故障代码与故障对应 代码表进行对比，如果故障码为1或2位为高等级故障，则将故障对应代码表中故障设备记 录中的紧急动作数据项的数值，通过输出通讯接口改变PLC存储器中公用存储区设备链表 相应设备的数据项进行智能保护，如果不是高等级故障，则显示故障内容和检修方法，并调 用声卡驱动程序发出报警声；依次对设备运行状态映射表中的每一设备记录进行步骤(III)的操作。(4)在CPU的控制下将显示设备映射表传给显示模块，同时将控制设备映射表传 给控制模块；(5)显示模块调用液晶显示器驱动在液晶显示器上，显示代表各设备的图元和图 元对应设备映射表中的设备记录的当前数据项；每隔95ms由CPU控制重复(1) - (5)的上述步骤；和(a)当用户通过触摸屏修改液晶显示器上显示代表特定设备的图元时，修改后的 新设备信息通过触摸屏驱动程序传给控制模块，控制模块更新控制设备映射表中图元对应 的设备记录的当前数据项，再根据新控制设备映射表更新设备链表，然后在CPU的控制下 将新设备链表通过输出通讯接口，传回给PLC存储器中共用存储区。本发明在运行组态应用程序前，通过电脑连接本发明，并通过现有技术中后台软 件编辑组态应用程序的界面和对内存储器中的各数据表进行初始化负值。在本发明在工作 过程中定时主动读取PLC共用存储区的原始数据，组态应用程序则对读取到的原始数据进 行分析、运算、转换等处理，使数据与用户定义的设备相关联，将结果以图表、动画、文字等 界面的方式在TFT IXD上显示出来，并且把这些数据进行存贮，以备日后查看。操作人员通 过触摸屏进行操作可以对现场参数进行优化。智能分析程序将自动记录设备运行参数，发 现设备存储区的数据有变化或根据数据库判定有异常情况时，以声、光，图、文本等方式发 出视觉、听觉警告，通知操作人员及时处理，确保操作人员及设备的安全，当出现故障时，智能分析程序将给出可能的故障点以及解决方案，帮助操作人员快速准确地找到病症，节约了时间，降低了成本；当出现紧急情况时，本程序将自动进行一些暂停、设备切换、断电等操 作，并以形象的方式通知操作人员，从而避免更大的事故和损失。
权利要求
一种主动型PLC智能液晶显示器，包括液晶显示器，液晶显示器前设置触摸屏，液晶显示器和触摸屏连接CPU，CPU连接内存储器、程序存储器和输出通讯接口，其特征在于所述的程序存储器中固化如下步骤的组态软件(1)CPU通过输出通讯接口，请求PLC将PLC存储器中共用存储区中的所有设备数据一次不中断的传回内存储器；(2)根据预先定义的内存分配表构造设备链表，并根据设备链表将各设备记录的设备数据存入设备链表；(3)将显示设备映射表和控制设备映射表中各设备记录的当前数据项，根据设备链表的相应设备记录的数据项进行更新，构造成完整的显示设备映射表和控制设备映射表；(4)在CPU的控制下将显示设备映射表传给显示模块，同时将控制设备映射表传给控制模块；(5)显示模块调用液晶显示器驱动在液晶显示器上，显示代表各设备的图元和图元对应设备映射表中的设备记录的当前数据项；每隔90-100ms由CPU控制重复(1)-(5)的上述步骤；和(a)当用户通过触摸屏修改液晶显示器上显示代表特定设备的图元时，修改后的新设备信息通过触摸屏驱动程序传给控制模块，控制模块更新控制设备映射表中图元对应的设备记录的当前数据项，再根据新控制设备映射表更新设备链表，然后在CPU的控制下将新设备链表通过输出通讯接口，传回给PLC存储器中共用存储区。
2.根据权利要求1所述的主动型PLC智能液晶显示器，其特征在于所述的组态软件 在步骤(2)运行的同时，还运行的故障分析应用程序包括如下步骤(I)根据设备链表更新内存储器上存储的设备运行状态映射表中对应的设备记录的当 前数据项；(II)将设备的记录当前数据项与其预先设定的正常范围上限项和下限项进行比较，如 果设备记录当前数据项小于下限的30%，则产生故障代码等于1，如果设备记录当前数据 项大于下限的1. 7倍，则产生故障代码等于2，如果设备记录当前数据项大于下限的30%并 且小于等于下限的70%，则产生故障代码等于3，如果设备记录当前数据项大于上限的1. 3 倍并且小于等于上限的1. 7倍，则产生故障代码等于4，如果设备记录当前数据项大于下限 的70%并且小于下限，则产生故障代码等于5，如果设备记录当前数据项大于上限并且小 于等于上限的1. 3倍，则产生故障代码等于6，将故障设备的故障代码与故障对应代码表进 行对比，如果故障码为1或2位为高等级故障，则将故障对应代码表中故障设备记录中的紧 急动作数据项的数值，通过输出通讯接口改变PLC存储器中公用存储区设备链表相应设备 的数据项进行智能保护，如果不是高等级故障，则显示故障内容和检修方法；依次对设备运行状态映射表中的每一设备记录进行步骤(II)的操作。
3.根据权利要求2所述的主动型PLC智能液晶显示器，其特征在于所述的组态软件 在(I)的后面加入如下步骤(il)将设备运行状态映射表进行备份；
4.根据权利要求2所述的主动型PLC智能液晶显示器，其特征在于所述的步骤(II)中如 果不是高等级故障，在显示故障内容和检修方法的同时，通过调用声卡驱动程序发出报警声。
全文摘要
本发明涉及一种用于PLC上的人机接口设备，尤其涉及一种主动型PLC智能液晶显示器。它包括液晶显示器，液晶显示器前设置触摸屏，液晶显示器和触摸屏连接CPU，CPU连接内存储器、程序存储器和输出通讯接口，程序存储器中固化组态软件，组态软件定时主动读取PLC共用存储区的原始数据对其进行分析、运算、转换等处理，其不占用PLC的主控程序资源，可靠性和实时性提高，并且操作人员可以实时调整继电器信息，提高了交互性。
文档编号G05B19/05GK101819419SQ20091006429
公开日2010年9月1日 申请日期2009年2月27日 优先权日2009年2月27日
发明者刘文敬, 吴晓北 申请人:郑州紫辰科技开发有限公司