觸摸屏在自動移栽機檢測系統中的應用設計

劉云 韓長杰 郭輝 周艷生 劉宇

摘要：現有的自動移栽機未設置對工作狀態信息進行檢測和顯示的裝置。設計一個由觸摸屏和PLC組成的自動移栽機檢測系統，將觸摸屏作為人機交互界面，利用觸摸屏反應速度快、易于交流等特點，使上位機和下位機進行通信連接。傳感器采集移栽機的工作狀態信息，通過觸摸屏實現移栽機動作信息顯示、數據信息顯示和報警信息顯示的功能。測試表明，觸摸屏可顯示移栽機的實時工作狀態信息，當出現異常時能及時通知報警，并在觸摸屏上顯示故障點，方便工作人員查找故障。

關鍵詞：觸摸屏；移栽機；顯示；檢測

中圖分類號：S223.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）04-0024-04

目前，移栽機還沒有一個能將工作狀態信息進行檢測與顯示的裝置，工作人員在駕駛室內無法及時地了解移栽機的工作信息。當出現故障時，只能靠人為提醒來獲知移栽機的故障信息，而且難以查找故障點，延誤排障時間。觸摸屏是一種以顯示屏作為顯示、輸入設備的裝置。隨著信息技術的發展和推動，觸摸屏技術開始應用于農業，給農民的生產帶來極大的方便。將觸摸屏技術應用于移栽機，使用通信傳輸的方式將移栽機的工作信息傳輸到觸摸屏顯示，可以使操作人員在駕駛室內實時了解移栽機的工作狀態。

1 移栽機的結構及工作過程

移栽機的結構如圖1所示。其工作過程為：人工將穴盤苗放在穴盤移位機構上，當移動到機械手取苗位置時，機械手取苗；取苗后機械手運動到喂苗位置，當隨動苗筒移動到機械手正下方時，機械手將穴盤苗喂入到隨動苗筒；當隨動苗筒與柔性輸送苗筒機構同步時，穴盤苗落入到柔性輸送苗筒；隨著柔性輸送苗筒的轉動，穴盤苗被逐個喂入到栽植器的吊籃內，由栽植器栽入土穴中。

2 系統的界面設計

根據移栽機工作原理，將界面顯示的內容設置為6個模塊：主界面、移栽機簡介、數據顯示、動畫顯示、報警顯示、幫助。其中數據顯示、動畫顯示和報警顯示是該系統顯示的主要部分。該系統選用了以高性能、低功耗CPU（主頻600 MHz）為核心的TPC7062Hi觸摸屏，觸摸屏界面采用MCGS組態軟件進行設計，應用組態功能將移栽機的工作信息以動畫、圖表、數字等形式顯示出來。觸摸屏界面設計框圖如圖2所示。

2.1 數據顯示界面設計

該界面包含對移栽機各部件取喂苗數量、工作量等數據的顯示。移栽機在作業時，因受環境的影響和條件的限制，取苗、喂苗的成功率不可能達到100%，操作者通過該界面可了解各部件穴盤苗的取喂情況。該界面還顯示工作量、系統運行時間、移栽株距等數據信息，方便操作者實時了解移栽機的工作量信息。界面中的移栽株距和拖拉機行進速度是輸入量值，在開機時設定數值，便于工作量信息的準確顯示。

2.2 動畫顯示界面設計

通過動畫顯示模塊可以了解移栽機各部件的實時動作狀態。觸摸屏的動畫顯示模塊包括機械手的動作畫面、柔性輸送苗筒的動作畫面和栽植器動作畫面3個界面。機械手包括夾苗準備、夾苗、取苗、喂苗準備、喂苗、喂苗后返回6個動作，機械手動畫界面會顯示相應的動作狀態。柔性輸送苗筒包括與隨動苗筒同步、轉動、喂苗3個動態，柔性輸送苗筒動畫顯示界面實時顯示其動作狀態。栽植器雖然為旋轉運動，但可表示為栽苗和準備栽苗2個狀態，采用動畫按鈕功能將栽植器的動作狀態顯示在觸摸屏上，栽植器動畫顯示界面還設有栽苗提示指示燈，每當有苗栽入土穴時，對應的指示燈會閃爍，提示栽苗。3個顯示界面中有相互切換的按鈕，通過主界面進入動畫窗口時，默認為進入機械手動作畫面界面窗口。圖3和圖4分別為機械手動畫顯示界面和栽植器動畫顯示界面。

2.3 報警信息顯示界面

移栽機在工作時會出現取苗、喂苗或栽苗異常的現象，當出現異常時，操作人員在駕駛室內不能及時發現。報警顯示模塊不僅提供實時報警功能，還能幫助操作人員快速查找故障點。報警信息包括實時報警信息和歷史報警信息。實時報警界面主要由報警指示燈和報警滾動條組成。移栽機正常工作時指示燈顯示綠色，當出現異常時對應的報警指示燈變紅，提示報警。歷史報警界面中的報警瀏覽表格可記錄報警的次數、對象、報警時的當前值以及報警描述等信息。實時報警界面和歷史報警界面之間可通過按鈕相互切換，通過主界面進入報警窗口時，默認為進入實時報警界面窗口。圖5和圖6分別為實時報警界面和歷史報警界面。

3 變量設置

界面設計完畢后，根據顯示內容增加設備通道，并對界面的組態構件進行變量連接，使接收的信息顯示在觸摸屏上。觸摸屏對數值輸入的設置可間接修改PLC內部寄存器值，從而改變移栽機的工作信息值。變量設置使觸摸屏與PLC建立對應關系，將外部信息在觸摸屏上顯示。

設備通道地址的設置要與PLC中的輸入/輸出、寄存器等地址對應。通道設置的具體方式：打開MCGS軟件，在設備窗口的設備管理選項中選擇通用串口父設備和西門子S7-200PPI，進入西門子S7-200PPI設備編輯窗口，增加需要的設備通道，將新增的設備通道快速連接變量，在變量連接方式里設置變量連接方式、數據對象、通道個數等，即可完成通道設置。通道設計見表1。

增加的通道信息會同時保存在實時數據庫中。實時數據庫中的數據是系統自定義的字符型變量，使接收的外部信息傳到觸摸屏后變成觸摸屏內部數據變量進行輸出。實時數據庫中的報警變量需要設置成允許報警項，將需要報警的變量組成一個組對象，每一個報警項都是組對象的成員，都在報警信息的顯示列中。最后將實時數據庫里的數據與設備窗口中的組態構件建立對應關系，完成設置。如機械手取苗數的顯示框，數據的連接變量為機械手取苗數（即C6）。

4 通信連接及測試

4.1 通信連接

該系統使用的PLC為S7-200SMART PLC，TPC觸摸屏和PLC之間通過RS-485串口通信。通信接口如圖7所示，串口引腳的定義見表2。

TPC觸摸屏與PLC采用RS485轉換器連接，TPC觸摸屏的RS485接口7正8負與PLC編程口的3正8負連接，如圖8所示。

4.2 系統測試

為了驗證系統的可靠性，對該系統進行相關測試。把設計好的組態工程下載到觸摸屏，將觸摸屏與PLC連接，系統供電后運行。測試過程中觀察可知：移栽機各部件實際取喂苗數量與觸摸屏上顯示的數據信息一致；移栽機各個部件的動作狀態可在觸摸屏上以動畫形式實時顯示；當出現故障時，觸摸屏上對應的報警指示燈閃爍，提示報警。系統測試如圖9所示，出現異常時歷史報警界面顯示如圖10所示。

5 結語

綜合吊籃式自動移栽機的工作狀態，設計一個基于上位機顯示的檢測系統。將觸摸屏技術應用于移栽機，使移栽機的工作狀態以動畫、數字、圖表等形式顯示。測試表明，該系統運行穩定，可實時顯示移栽機的工作狀態，工作人員在駕駛室內即可了解移栽機的工作狀態。

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