小型PLC通用人機界面裝置設計

劉光輝 張少平

PLC又稱為可編程控制器，在電子通信與計算機領域多有應用，通過對交互界面的設計，以可編程形式完成對待處理命令的識別與運行，在不同編程思想的影響下，系統將實現用戶需求，本文將對此系統中人機界面的設計需求與硬軟件配置情況和基本操作邏輯進行概述。

一、引言

人們生活在信息時代下，不但可利用各式各樣的電子設備完成數據交互，以滿足不同需求為目的，基于此背景，可編程的小型電子設備在生活或生產中出現頻率逐漸提升，因整個系統具有便捷性與易操作性，運行期間存在問題還可通過簡單的編程語句修改形式得以改善，故運行成本和使用成本普遍低廉，近年來相關技術也得到了無數人的認可，故有必要對系統的具體設計步驟予以分析，并探究對應系統實現的具體原理。

二、人機界面的設計需求分析

人機交互界面的運行需在硬件系統和軟件系統的共同支持下實現，不但二者缺一不可，在擁有運行環境后還要根據不同設計需求對用戶界面進行個性化設計，以實現不同功能、滿足用戶需求為目標，讓人機界面被用戶廣為利用。在小型可編程控制器內，因相關電子元件具有體積小、運行速率快、可移植性強等特點，同時若用戶需要對實現功能靈活調整時，也可在易操作的環境下實現。

整個系統不但擁有顯示器、控制終端和對應接口，還可通過總線一體化控制方式為在系統中運行的其他模塊提供必要運行支持，在實際系統應用中，往往也存在多個可編程控制系統，在確保系統與外部電路連接緊密后，可通過C語言編程方式完成對預期功能的編程過程，并根據用戶提出的主要實現功能，在系統搭建前進行需求分析。在對系統軟件配置功能時，一半根據系統需求確定各項功能，很多系統的軟件配置，需存在用戶登錄與注冊模塊、主要功能的實現模塊、管理員模塊等，并可根據系統實現的復雜性對功能實現模塊合理編寫代碼，因系統在不同運行環境下均有一定可運行性，故可讓人機交互界面具有較高的可執行性。

以數據輸出功能舉例，當系統接收到用戶的請求后，便開始執行關鍵字查找功能，往往此時還需用戶對操作二次確認，并將用戶端頁面顯示確認按鈕，在得到用戶確認后由系統內部發送對應的命令代碼，通過數據加密傳輸形式完成執行語句，后完成對應語句的生命周期，進而完成對應功能，考慮到不同編譯環境下程序員對數據結構的理解方式有所區別，故相關編程語句需在具有一定寫作規范的環境下運行，以保證代碼在不同編譯環境下，具有良好的可運行性。

三、人機界面的硬件配置分析

整個人機交互界面是基于ARM控制原理得以實現功能的，不但是系統運行的重要組成部分，還可承擔對應的計算與通信功能，一般人機交互界面的硬件環境由控制器、顯示器、輔助器、總線接口、與其他模塊連接的接口構成，顯示器與用戶電腦端相連，顯示器內部由一塊液晶顯示屏、顯示屏下的處理器與存儲器組成，其中顯示屏與鍵盤還需保持連接，并通過內部驅動讓顯示器與系統相連，在顯示用戶輸入各項參數以達到使用目的同時，還需通過與總線的，實現高密度數據交互。

在不同存儲器大小的背景下，顯示端的實際顯示效果可能會受影響，以圖片的存儲與顯示距離，當一張150MB大小的圖片需在液晶屏上顯示時，若存儲器只有128MB空間則無法正常顯示圖片，有可能出現圖片無法讀取、顯示不全等問題，存儲器內部也分配多個存儲單元，在部分單元被用作隨機空間后，數據存儲時將遵循隊列存儲原理，并實現對舊數據的自動刪除，考慮到數據的存儲空間十分有限，還需根據實際使用需求確定插入圖片大小與內容，在存儲器無法實現數據保存時，可通過系統其他模塊，將存儲內容保存在電腦硬盤上。

另外用戶在接入外部設備時，也需通過對應接口與系統連接，輸入設備主要包括鼠標、鍵盤等，而顯示屏做為輸出設備為用戶提供直觀的信息呈現功能，總線模塊則有總線收發裝置和對應的總線接口組成，在內部設置信號接收器的同時，可實現信息實時收發功能，輔助器由電源、報警、時鐘、復位等多個模塊組成，同時整個硬件環境還要與調試器相連，并在內部擁有多個U盤插口，是系統中不可或缺的部分，不但可與外部設備建立良好連接，還可幫助系統實現各項預期功能。

四、人機界面的軟件配置分析

人機界面軟件則多通過編程語言編寫代碼形式，并提供對應編譯環境，以完成相應功能，提升用戶對系統的使用滿意度為目標進行各項軟件配置，因軟件的運行需要對應操作系統，也需要對運行界面進行必要設計，例如界面背景顏色、界面設計模板等內容都是確保用戶有良好交互視覺體驗的前提，因在操作系統內所有鍵碼與編碼間存在邏輯對應關系，不但可通過高效轉化實現對應功能，還可通過靈活調節開關狀態形式，確保各項功能具有良好的可操作性，在對目標變量轉換時，也可通過映射與函數的關系，根據計算方法確定最終結果。

因人機交互界面與可編程的主機內部需通過對應軟元件連接，其內部大致包括輸出與輸入的繼電器、計數器、定時裝置、數據存儲設備、輔助繼電器等元件，在相關元件被確定初始值后，即會根據對應關系完成計算，因不同元件之間的賦值關系一一對應且互不沖突，不但確保元件編號代碼的唯一性，在對應范圍內的賦值也將與其他元件不同，在符合各項內部通信協議同時，以確定數據的開始運算點、設備的IP地址、數據的基本算法、源代碼、數據編號、檢驗原理、完成數據標識等內容確保數據傳輸過程高效有序。

因可編程在用戶按下運行開關后即會執行各項功能，在確保編程后內部系統符合對應操作標準后，系統將自動分配控制單元給操作器，當相關指令回傳到主機后，工作狀態也將隨之調整，這時不但計算機接收到了相應迪文指令，還通過提取鍵碼方式，內部完成進制轉換與新軟元件編碼，在內部對數據執行過程記錄完畢后，將相關信息通過總線回傳到主機內，進而整個運行過程是相關硬件環境與軟件環境高度映射的結果。

五、人機界面的基本操作邏輯分析

人機交互界面一般可通過對應繪圖軟件制作，設計風格因用戶需求和設計師對功能的理解不同而有所差異，系統不但實現對應編碼的編譯與轉化過程，還可通過相關物理環境與編程環境的映射關系，不但可從中確定對應鍵碼，并通過配置文件對數據規則嚴格審查，后通過系統內部接線與顯示器的存儲容量，確保運行過程良好的同時，還需將數據存儲到對應單元中，并方便管理員在必要時完成數據的核對與校驗。

一般人機界面在初始運行時，通過設置對應開始按鈕形式確保系統準備進入程序運行狀態，首先可檢查硬件運行環境是否良好，后進行對應參數設置，在前端對話框中根據實現功能填寫對應數值，顯示器會將對應內容以轉化后的代碼，將指令存儲到數據單元內，當編譯器完成數據編譯解碼過程后，控制器將完成判斷，以識別功能實現的鍵碼是否與預期設置的參數完全對應，若不對應還需重新進行編碼、解碼過程。

在相關程序被運行實現后，讓程序二次運行并通過點擊對應數字的形式，輸入數字后進行正誤判斷，在確保用戶輸入值正確并得到二次確認后，相應光標模塊會被調用，以實現關閉對話框功能，并將輸入的值保存到數據存儲單元中，利用顯示器將預期設置的值傳送到對應單元，此時也讓硬件環境和軟件環境進行交換，并通過總線編程形式實現編碼轉換過程，最后將通過編碼信息的傳送，讓系統得以實現一次徹底的運行過程。

六、結語

隨著信息技術的發展和人們對編程理解程度的深化，在機器學習與人工智能、大數據領域被更多人熟知，并看到可編程控制器在生活中的應用日益廣泛之現狀后，未來還需根據現有研究水平，做出功能更為齊全的可編程器件。

作者單位：新疆工程學院

基金項目：

1、2020年度自治區高校本科教育教學研究和改革項目 “產教融合背景下項目式一體化教學模式改革探索與實踐”（項目編號：PT-2020063）2、2020年全國大學生創新創業訓練計劃項目“人機交互式PLC教學裝置的設計與實現”（項目編號：202010994004）