手勢識別技術在PLC控制中的應用

李素泉

摘要：本文主要介紹了手勢識別技術與PLC控制的概念以及現狀，并根據相關項目分析了手勢識別技術在PLC控制中的應用。

關鍵詞：手勢識別技術；PLC；工控；應用

一、緒論

在很多領域，傳統的計算機鼠標和鍵盤控制越來越不能滿足操縱的輕便性，于是開始引入傳感器技術，比如觸屏技術、人臉識別技術在越來越多的公司、企業以及工廠等地方流行起來。在這些先進技術的支持下，人們可以在不接觸計算機的情況下，實現與計算機的聯系和交流，體現了非常高的技術含量。這些技術目前還處于深入的開發階段，有很大的價值潛力，如果我們可以科學合理的運用這些技術，那將會帶來相當高的經濟效益和社會效益。手勢識別技術是一項先進的體感技術，PLC（可編程控制器件）廣泛運用于機械和生產領域，如果能夠將手勢識別技術合理地運用于PLC控制中，會創造很高的經濟和技術價值。

二、手勢識別技術與PLC控制的概念

手勢識別技術是計算機領域在語言技術上非常流行的一個技術，通常泛指人通過身體某個部位的動作表現來控制設備，但主要是指面部和手部的動作。目前手勢識別技術主要是通過數學算法來實現計算機識別人體語言的，在機器與人類之間搭建和諧的溝通橋梁，同時為使用者提供非常良好的用戶界面。在手勢識別技術的使用上，通常首先要進行圖像的獲取和手勢的分割，其中手勢分割是非常關鍵的環節，實質上就是通過獲取的圖像來建立模型，模型的形式有平面和立體兩種。在建立的模型中進行計算，計算量會隨著手勢動作復雜程度的增加而增大，然后分析計算模型的結果，分別進行靜態分析和動態分析，獲取手勢動作中包含的信息，完成手勢的識別。

PLC控制的英文全寫是Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，主要運用于工業環境下的數字運算操作電子系統的，是一種非常典型的可編程存儲器。PLC的組成結構主要由電源、重要處理單元、存儲器以及輸入、輸出單元，目前工控PLC通常采用開關式穩壓電源。其中，中央處理單元（CPU）由控制器、運算器、寄存器等部件組成，通常以芯片的形式出現，CPU通過數字運算與用戶程序的處理來保證整個PLC系統的穩定，在很大程度上決定了PLC的質量和性能。PLC在輸入單元中接受外界信號，通過輸出單元將PLC的輸出信號傳遞給被控設備，在這個過程中，中央處理器會完成信號形式的轉換，存儲器存放用戶程序、邏輯變量等多種信息。

三、手勢識別技術與PLC控制的現狀

手勢識別技術是我國專家和學者研究周期較長的一項技術，取得了非常好的成效，但還有一些重要的技術需要攻克。開始的手勢識別主要是利用有線技術將人體與機器設備連接在一起，在這些連接設備上裝有傳感器，在傳感器的支持下，人的手部動作以及空間位置能夠非常精確地傳輸到計算機系統中。最初的手勢識別設備，比如數據手套，有非常準確的識別結果，但是造價過于昂貴，只能適用于一些特殊的場合。此外，在這種有連接設備介入的手勢識別下，雖然能夠獲得較高的準確性，但是卻忽略了手勢的自然表達，在進一步的使用中逐漸呈現出缺點。隨著科學技術的發展，基于視覺的手勢識別方式被專家和學者研究出來，是手勢識別技術一項非常重要的革新。

在現代工業生產活動中，PLC因其操作容易上手、組裝簡單、可靠穩定等多種優點受到了人們的青睞。同時，在工業領域頻繁運用PLC控制的過程中，人們對于PLC的掌握越來越熟練，而且誕生了很多新型技術，比如人機界面單元、通信單元等，使得PLC的使用變得更加智能和先進。在PLC控制中引入手勢識別技術是一項非常創新的結合，具有操作更加簡便、使用工況更豐富的優點，將PLC于手勢識別有機地聯系在一起，讓人體學與計算機的結合使用又上了一個臺階。

四、手勢識別技術在PLC控制中的應用

本文對一個手勢識別控制的PLC軟件項目進行討論。該項目的組成原理是將Leap Motion與三菱FX系列 PLC結合在一起，并輔助以OPC技術，完成技術的創新。該項目的設計結構很簡單，將PC與PLC通過以太網接口連接在路由器上，Leap Motion通過USB接口連接在PC上就可以完成安裝，并投入使用。其中，還有效地引入了OPC技術，OPC（Object Linking and Embedding for Process Control）技術能夠為這個連接系統提供更加一致的標準，在工控軟件中能夠更加容易實現數據的交流。在OPC技術的支持下，PLC讀寫數據的編程就不需要在所有設備中進行，可以通過統一地運用OPC服務器的數據就行了，OPC技術也是這個項目的創新點和關鍵點。

在客戶端的程序設計方面，該項目主要解決了PLC數據讀寫問題和編寫手勢操作的功能問題。在數據讀取上，實現OPC數據訪問主要通過同步、異步以及訂閱的方式來進行，針對不同類別的情況采用不同的方式。其中，同步主要應用于程序和數據量都比較小的數據訪問活動；而異步有更高的效率，因此常常運用于數據量較多的數據訪問；訂閱的方式可以適應數據類型多變的情況，在一定周期時會進行相應的數據更新。在寫數據上，該項目的OPC技術還不支持訂閱的方式。

在實現手勢動作識別方面，該項目的Leap Motion能夠準確實時地追蹤手部各個細節的動作，頻率幾乎可以高達每秒三百幀，能夠達到非常及時的動作追蹤效果。在實際操作中，用戶手部活動的位置、速度以及方向等多個因素都會被捕捉到，當手勢被識別出來以后，PLC會及時作出相應的控制和編程。這個項目的設計任務書上要求的正轉、反轉、停止等多項功能都可以在該系統中實現，而且該項目的成本很低，在不方便使用鼠標鍵盤的工況下可以提供很大的幫助。

五、結語

綜上所述，該項目實例充分證明了手勢識別技術可以運用于PLC控制并且帶來很好的成果，即較高的工作效率和較低的成本，適用于不同形式的工況。相信隨著科學技術的進步，人機結合的工程會越來越成熟，為人們帶來更大的經濟效益，促進社會的進步。

參考文獻：

[1]吳明亮，何江.手勢識別技術在PLC控制中的應用.工業儀表與自動化裝置，2017.