基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏及编程系统的制作方法

本实用新型涉及一种触控显示屏，特别涉及一种基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏及编程系统。

背景技术：

轨道工程车，是一类特殊的铁路机车，由内燃机车及所搭载的施工机械组成。根据其功能，轨道工程车可分为捣固清筛车、移动焊轨车、钢轨打磨车、接触网架设车等多种工程车，主要用于新建线路的物料运输、各类施工作业和既有线路的检修养护作业，是铁路工务、电务部门的重要装备。轨道工程车显示屏用于显示机车及车载设备的运行状态信息，配合按键等输入装置完成交互式操作。由于不同类型的轨道工程车在动力系统、搭载的工程机械上存在显著差异，需显示的内容及实现的交互功能也大相径庭。由于显示屏供应商对轨道工程车的作业流程，控制要点并不明确，故轨道工程车主机厂一般采购显示屏后根据车型，参考显示屏的编程手册在指定的平台软件上自行编写程序。

如图3所示，现有技术中的轨道工程车的触控显示屏的编程系统，包括操作系统，以及分别与操作系统连接的显示屏和硬件平台。目前，轨道工程车的车载显示屏大多基于Linux及Windows等嵌入式操作系统开发，部分使用组态软件开发，这些显示屏及编程系统在实际应用中暴露出以下四点缺陷。

一、不支持可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)的编程语言。由于轨道工程车上的控制器大多采用PLC进行控制，其程序设计语言为梯形图等PLC编程语言。而现有的车载显示屏常用的开发语言是C、C++、C#等编程语言。工程车辆的主机厂的显示屏程序设计人员需要熟悉了解对应的开发环境及编程语言后才能展开研发工作，导致设计、维护等软件研发周期长。

二、程序可移植性差，不能跨操作系统使用。现有技术中基于某一种型号的车载显示屏编写的程序高度依赖于其使用的操作系统的类型，无法实现跨操作系统的程序复用。即使操作系统不变，硬件电路、组件有所更改时也需要修改相应的驱动代码，使得主机厂的显示屏软件版本繁多，软件的管理成本增加，显示屏升级换代的成本高昂。

三、不带输入输出(I/O)接口，不适应轨道工程车应用场景。轨道工程车与传统的内燃机车一样两端都设有驾驶台，车载显示屏需要区分前后端，同一时间仅有一端显示屏有操作权限。现有的车载显示屏无法直接采集前后端等信息，需要另设装置获取，较为繁琐且增加了硬件成本。

四、通过按键实现交互不灵活。大部分的轨道工程车车载显示屏通过设置在液晶屏两旁的按键实现交互信号的输入，按键数量有限且缺乏灵活性，难以适应轨道工程车日益增多的功能。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，以支持PLC编程语言、可移植性好、带有I/O接口。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，包括嵌入有用于PLC编程语言的Codesys Runtime的微处理器、分别与微处理器电连接的触摸显示屏、隔离I/O接口、内存和存储器，以及用于为触摸显示屏和微处理器提供电源供给的隔离直流稳压电源。

进一步的，本实用新型提供的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，所述的隔离I/O接口，包括磁耦合隔离接口和光耦隔离接口。

进一步的，本实用新型提供的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，所述的磁耦合隔离接口包括具有磁耦合隔离性能的CAN总线接口和/或RS485接口；所述的光耦隔离接口包括具有光耦隔离性能的DI接口和/或RS232接口。

进一步的，本实用新型提供的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，所述的触摸显示屏为表面玻璃贴附的电阻屏。

进一步的，本实用新型提供的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，还包括与微处理器连接的扩展存储器接口、GPS定位模块、网络接口中的一种或一种以上。

进一步的，本实用新型提供的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，所述的网络接口包括以太网有线网络接口、WIFI无线网络接口、移动数据网络GPRS接口中的一种或一种以上。

进一步的，本实用新型提供的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，所述的微处理器中的Codesys包括轨道工程车的操作系统接口和库函数。

为了解决上述技术问题，本实用新型还提供一种轨道工程车的触控显示屏的编程系统，包括安装于轨道工程车内的操作系统、分别与该操作系统连接的如上述的轨道工程车的触控显示屏和硬件平台，所述的微处理器中用于PLC编程语言的Codesys Runtime下载到所述的操作系统中运行PLC编程环境，以使用PLC编程语言实现对所述的触摸显示屏和硬件平台的编程操作。

进一步的，本实用新型提供的轨道工程车的触控显示屏的编程系统，所述的Codesys Runtime，包括与轨道工程车的操作系统连接的操作系统接口和库函数。

进一步的，本实用新型提供的轨道工程车的触控显示屏的编程系统，，所述的库函数包括RS485用户库、RS232用户库、CAN总线用户库、DI用户中的一种或一种以上。

与现有技术相比，本实用新型提供的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏及编程系统，嵌入有Codesys Runtime的微处理器与触摸显示屏能够通过微处理器的隔离I/O接口采用PLC编程语言对轨道工程车的硬件平台进行编程操作，以实现对配置有PLC控制器的轨道工程车的触摸显示屏和硬件平台进行设计和维护。由于微处理器嵌入有Codesys Runtime，可以跨越Linux及Windows等操作系统，通过PLC编程程序就可以将设定、修改、维护的程序移植到其它具有PLC控制器的轨道工程车中，因此具有可移植性好的优点，不受操作系统和硬件电路的限制，仅需将微处理器中的Codesys Runtime下载到Linux或Windows等操作系统中即可采用PLC语言对触摸显示屏进行交互编程操作。在对轨道工程车的触摸显示屏和硬件平台进行编程操作时，不需要使用C、C++、C#等编程语言在固定的Linux或Windows等操作系统中进行编程操作。具有维护方便、快捷、缩短研发/维护周期的优点。另外，本实施例一的触控显示屏，微处理器设置了隔离I/O接口，可以适应轨道工程车的应用场景，同时对驾驶台、前后车载显示屏进行设定。本实施例的触摸显示屏可以通过设定软件界面实现按键功能，具有设定、修改、维护灵活的优点，在增加或减少时，通过PLC编程可以设定触摸显示屏的显示界面增减相应的按键，以应对轨道工程车日益增多的功能。本实用新型的创新之处在于，创造性地将Codesys Runtime这一软PLC平台引入轨道工程车的车载显示屏，摒弃了传统的嵌入式程序开发路线。实现了轨道工程车主机厂编程人员可以用其熟悉的PLC语言直接对车载显示屏进行编程。同时由于Codesys规范的接口协议、用户库调用方式，实现了轨道工程车车载显示屏程序的平台无关性，极大地提升了用户的编程效率及软件健壮性。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的隔离I/O接口的结构示意图；

图3是现有技术中轨道工程车的触控显示屏的编程系统的结构示意图；

图4是本实用新型一实施例的轨道工程车的触控显示屏的编程系统的结构示意图；

图5本实用新型一实施例的Linux操作系统的轨道工程车的触控显示屏的编程系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细描述：

实施例一

图1是本实用新型一实施例的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏的结构示意图；请参考图1，本实施例一提供一种基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，包括嵌入有Codesys Runtime的ARM处理器(全称为Acorn RISC Machine)等微处理器、分别与微处理器电连接的触摸显示屏、隔离I/O接口、DDR1、DDR2、DDR3、DDR4等DDR内存和eMMC(Embedded Multi Media Card)等存储器，以及用于为触摸显示屏和微处理器提供电源供给的隔离直流稳压电源。其中Codesys全称是Controlled Development System，是一种PLC软件编程工具，支持IEC61131-3标准IL、ST、FBD、LD、CFC、SFC六种PLC编程语言。其中ARM处理器中的RISC是指精简指令集计算机(Reduced Instruction Set Computer)。Codesys Runtime，是指运行时系统。

本实施例一中的隔离直流稳压电源，采用的是9-36V宽压输入，1500VDC隔离度的DC-DC模块化电源，具有输入范围广、纹波小，可靠性好，效率高、温度范围大等优点，非常适合轨道工程车这类供电环境恶劣的环境。

本实施例一中微处理器采用了ARM Cortex-A8内核的低功耗处理器，相比于传统的X86机器，功耗低性能强，适合轨道工程车上用蓄电池为触摸显示屏供电的方式。

图2是本实用新型一实施例的隔离I/O接口的结构示意图；请参考图1-2，本实施例一中的隔离I/O接口，包括但不限于DI、CAN总线、RS485、RS232接口。其中，DI为输入接口和RS232输入输出接口使用光耦电路隔离，DI的隔离度高达3750VDC，可选择有效的电平为高或者低。RS232的隔离度3000VDC，该RS232接口主要用于调试编程程序。其中，CAN总线采用了Analog公司基于磁耦合技术的高速CAN隔离收发器ADM3054，最高速率1Mbps，支持最多110个CAN节点的网络，提供5000VDC的隔离度，符合ISO 11898规范。此外还设置了CAN端口的静电释放(ESD)防护电路，可有效防护各类总线电平突变，ESD事件对芯片的损害，以应对轨道工程车复杂的车载环境及作业环境。其中，隔离RS485接口采用了Analog公司基于磁耦合技术的RS485隔离收发器ADM2484，最高速率500Kbps，支持最多256个RS485节点，提供5000VDC的隔离度。

本实施例一提供的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，嵌入有Codesys Runtime的微处理器与触摸显示屏能够通过微处理器的隔离I/O接口采用PLC编程语言对轨道工程车的硬件平台进行编程操作，以实现对配置有PLC控制器的轨道工程车的触摸显示屏和硬件平台进行设计和维护。由于微处理器嵌入有Codesys Runtime，可以跨越Linux及Windows等操作系统，通过PLC编程程序就可以将设定、修改、维护的程序移植到其它具有PLC控制器的轨道工程车中，因此具有可移植性好的优点，不受操作系统和硬件电路的限制，仅需将微处理器中的Codesys Runtime下载到Linux或Windows等操作系统中即可采用PLC语言对触摸显示屏进行交互编程操作。在对轨道工程车的触摸显示屏和硬件平台进行编程操作时，不需要使用C、C++、C#等编程语言进行编程操作。具有维护方便、快捷、缩短研发/维护周期的优点。另外，本实施例一的触控显示屏，微处理器设置了隔离I/O接口，可以适应轨道工程车的应用场景，同时对驾驶台、前后车载显示屏进行设定。本实施例的触摸显示屏可以通过设定软件界面实现按键功能，具有设定、修改、维护灵活的优点，在增加或减少时，通过PLC编程可以设定触摸显示屏的显示界面增减相应的按键，以应对轨道工程车日益增多的功能。

本实施例一中的触摸显示屏优选采用表面玻璃贴附的电阻屏，其具有精度高，可靠性好，抗刮擦能力极强的特性，适合轨道工程车沙尘大的工作环境。当然也可以采用电容屏，但其抵抗沙尘环境的效果较差。本实施例一中的触摸显示屏的背光材料优选LED背光，其具有高亮度的优点。为了适应部分轨道工程车在极寒及高海拔下的工作环境，本实施例的触摸显示屏优选采用低温液晶显示屏，其可在-40℃下冷启动工作，同时该液晶屏的最高工作温度可达85℃，以适应部分轨道车在沙漠、低纬度地区夏日的极高温工作环境。在屏幕尺寸上，本实施例一中采用但不限于10.4寸大小。本实施例一中的触摸显示屏为五线触摸屏。

请参考图1，本实施例一提供的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，还包括扩展存储器接口例如TF(Trans-flash Card)卡槽，以用于连接TF卡等外部存储器，以为PLC编程等提供更多的存储空间。

请参考图1，本实施例一提供的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，还包括例如GPS等定位模块。

请参考图1，本实施例一提供的基于Codesys的轨道工程车的触控显示屏，还包括网络接口，例如移动数据网络GPRS和以太网等有线网络和WIFI等无线网络。本实施方式中的以太网使用了SMCC的LAN8710AI工业级以太网芯片，实现了10/100M自适应的以太网通信接口，用于Codesys Runtime程序下载。

本实用新型具有以下技术效果：

一、直接使用通用的PLC语言编程。本显示屏运行有Codesys Runtime，并提供实现外设功能的库。Codesys是一种软PLC系统，支持IEC61131-3标准规定的6种PLC编程语言，轨道工程车主机厂的编程人员可以无需了解显示屏本身的操作系统、软件接口、硬件参数等内容，直接使用其熟练的PLC语言，结合Codesys Runtime库函数编写显示屏程序，开发周期短，软件可靠性、可维护性强。

二、可移植性强。由于Codesys Runtime可以跨平台运行，因此轨道工程车主机厂针对显示屏编程时只需编写一套程序，编译通过后即可在所有运行有Codesys Runtime的不同厂商的车载显示屏上运行。显示屏生产商在更改硬件及操作系统时只需符合Codesys Runtime的接口标准即可，兼容性好，升级成本低

三、带有若干路数字输入(DI)接口，可直接采集常用的辅助参数，例如前后端显示屏定义信号，本端有效信号等，降低了系统成本及编程复杂度。

四、交互设计灵活。采用电阻屏作为交互输入设备，可以方便地设置软开关、按键等实现更为复杂的功能。

实施例二

图4是本实用新型一实施例的轨道工程车的触控显示屏的编程系统的结构示意图；图5本实用新型一实施例的Linux操作系统的轨道工程车的触控显示屏的编程系统的结构示意图。

请参考图4-5，本实施例二提供一种轨道工程车的触控显示屏编程系统，包括实施例一的轨道工程车的触控显示屏、安装于轨道工程车的Linux及Windows等操作系统、分别与该操作系统连接的触摸显示屏和硬件平台；所述的微处理器中用于PLC编程语言的Codesys Runtime下载到所述的操作系统中运行PLC编程环境，以使用PLC编程语言实现对所述的触摸显示屏和硬件平台的编程操作。其中Codesys全称是Controlled Development System，是一种PLC软件编程工具，支持IEC61131-3标准IL、ST、FBD、LD、CFC、SFC六种PLC编程语言。其中硬件平台包括PLC控制器。该编程系统在对触摸显示屏进行编程时，不受Linux及Windows等操作系统的限制，在对触摸显示屏编程时，不必使用C、C++、C#等编程语言运行Linux及Windows等操作系统的不同规则对触摸显示屏进行编程设置。其中Codesys采用Codesys Runtime，其包括Codesys Runtime操作系统接口和Codesys Runtime库函数，其中Codesys Runtime操作系统接口实现与各种操作系统的嵌入式连接；其中Codesys Runtime库函数提供各种隔离I/O接口包括但不限于RS485用户库、RS232用户库、CAN总线用户库、DI用户库等标准库函数，以通过隔离I/O接口实现操作系统与硬件平台的驱动连接，从而通过触摸显示器的界面开关实现对硬件平台的操作。

本实用新型提供的轨道工程车的触控显示屏编程系统。通过在操作系统上运行Codesys Runtime来为主机厂编程人员提供一个软PLC编程环境，支持6种常见的PLC语言编程，使其可以完全不关心操作系统、底层硬件变动、开发语言的差异，只需专注于轨道工程车显示屏程序的业务、功能实现。此外，在硬件平台上使用触摸屏替代了传统的按键板、电门开关等组件，驱动已集成在各主流操作系统内，用户可自行决定按键位置、大小、形状及数量，设计灵活度大幅提升。

图4是本实用新型一实施例的轨道工程车的触控显示屏的编程系统的结构示意图；请参考图4，通过在Linux操作系统上移植Codesys Runtime，并提供对应的Codesys Runtime用户库，使得操作系统及硬件相关的驱动等内容对用户透明，用户只需使用PLC编程语言，调用Codesys Runtime库函数实现轨道工程车车载显示屏的程序设计即可。编写的程序可在任意运行有Codesys Runtime及对应3个库文件的车载显示屏内运行，而不需要关心其底层驱动及操作系统类型。

本实用新型的创新之处在于，创造性地将Codesys这一软PLC平台引入轨道工程车车载显示屏，摒弃了传统的嵌入式程序开发路线。实现了轨道工程车主机厂编程人员可以用其熟悉的PLC语言直接对车载显示屏进行编程。同时由于Codesys规范的接口协议、用户库调用方式，实现了轨道工程车车载显示屏程序的平台无关性，极大地提升了用户的编程效率及软件健壮性。本实施方式中的车载显示屏是指用于轨道工程车的触摸显示屏。

本实用新型不限于上述具体实施方式，凡在本发明的精神和范围内所作出的各种变化，均在本实用新型的保护范围之内。