手势识别技术在PLC控制中的应用

李素泉

摘要：本文主要介绍了手势识别技术与PLC控制的概念以及现状，并根据相关项目分析了手势识别技术在PLC控制中的应用。

关键词：手势识别技术；PLC；工控；应用

一、绪论

在很多领域，传统的计算机鼠标和键盘控制越来越不能满足操纵的轻便性，于是开始引入传感器技术，比如触屏技术、人脸识别技术在越来越多的公司、企业以及工厂等地方流行起来。在这些先进技术的支持下，人们可以在不接触计算机的情况下，实现与计算机的联系和交流，体现了非常高的技术含量。这些技术目前还处于深入的开发阶段，有很大的价值潜力，如果我们可以科学合理的运用这些技术，那将会带来相当高的经济效益和社会效益。手势识别技术是一项先进的体感技术，PLC（可编程控制器件）广泛运用于机械和生产领域，如果能够将手势识别技术合理地运用于PLC控制中，会创造很高的经济和技术价值。

二、手势识别技术与PLC控制的概念

手势识别技术是计算机领域在语言技术上非常流行的一个技术，通常泛指人通过身体某个部位的动作表现来控制设备，但主要是指面部和手部的动作。目前手势识别技术主要是通过数学算法来实现计算机识别人体语言的，在机器与人类之间搭建和谐的沟通桥梁，同时为使用者提供非常良好的用户界面。在手势识别技术的使用上，通常首先要进行图像的获取和手势的分割，其中手势分割是非常关键的环节，实质上就是通过获取的图像来建立模型，模型的形式有平面和立体两种。在建立的模型中进行计算，计算量会随着手势动作复杂程度的增加而增大，然后分析计算模型的结果，分别进行静态分析和动态分析，获取手势动作中包含的信息，完成手势的识别。

PLC控制的英文全写是Programmable Logic Controller，即可编程逻辑控制器，主要运用于工业环境下的数字运算操作电子系统的，是一种非常典型的可编程存储器。PLC的组成结构主要由电源、重要处理单元、存储器以及输入、输出单元，目前工控PLC通常采用开关式稳压电源。其中，中央处理单元（CPU）由控制器、运算器、寄存器等部件组成，通常以芯片的形式出现，CPU通过数字运算与用户程序的处理来保证整个PLC系统的稳定，在很大程度上决定了PLC的质量和性能。PLC在输入单元中接受外界信号，通过输出单元将PLC的输出信号传递给被控设备，在这个过程中，中央处理器会完成信号形式的转换，存储器存放用户程序、逻辑变量等多种信息。

三、手势识别技术与PLC控制的现状

手势识别技术是我国专家和学者研究周期较长的一项技术，取得了非常好的成效，但还有一些重要的技术需要攻克。开始的手势识别主要是利用有线技术将人体与机器设备连接在一起，在这些连接设备上装有传感器，在传感器的支持下，人的手部动作以及空间位置能够非常精确地传输到计算机系统中。最初的手势识别设备，比如数据手套，有非常准确的识别结果，但是造价过于昂贵，只能适用于一些特殊的场合。此外，在这种有连接设备介入的手勢识别下，虽然能够获得较高的准确性，但是却忽略了手势的自然表达，在进一步的使用中逐渐呈现出缺点。随着科学技术的发展，基于视觉的手势识别方式被专家和学者研究出来，是手势识别技术一项非常重要的革新。

在现代工业生产活动中，PLC因其操作容易上手、组装简单、可靠稳定等多种优点受到了人们的青睐。同时，在工业领域频繁运用PLC控制的过程中，人们对于PLC的掌握越来越熟练，而且诞生了很多新型技术，比如人机界面单元、通信单元等，使得PLC的使用变得更加智能和先进。在PLC控制中引入手势识别技术是一项非常创新的结合，具有操作更加简便、使用工况更丰富的优点，将PLC于手势识别有机地联系在一起，让人体学与计算机的结合使用又上了一个台阶。

四、手势识别技术在PLC控制中的应用

本文对一个手势识别控制的PLC软件项目进行讨论。该项目的组成原理是将Leap Motion与三菱FX系列 PLC结合在一起，并辅助以OPC技术，完成技术的创新。该项目的设计结构很简单，将PC与PLC通过以太网接口连接在路由器上，Leap Motion通过USB接口连接在PC上就可以完成安装，并投入使用。其中，还有效地引入了OPC技术，OPC（Object Linking and Embedding for Process Control）技术能够为这个连接系统提供更加一致的标准，在工控软件中能够更加容易实现数据的交流。在OPC技术的支持下，PLC读写数据的编程就不需要在所有设备中进行，可以通过统一地运用OPC服务器的数据就行了，OPC技术也是这个项目的创新点和关键点。

在客户端的程序设计方面，该项目主要解决了PLC数据读写问题和编写手势操作的功能问题。在数据读取上，实现OPC数据访问主要通过同步、异步以及订阅的方式来进行，针对不同类别的情况采用不同的方式。其中，同步主要应用于程序和数据量都比较小的数据访问活动；而异步有更高的效率，因此常常运用于数据量较多的数据访问；订阅的方式可以适应数据类型多变的情况，在一定周期时会进行相应的数据更新。在写数据上，该项目的OPC技术还不支持订阅的方式。

在实现手势动作识别方面，该项目的Leap Motion能够准确实时地追踪手部各个细节的动作，频率几乎可以高达每秒三百帧，能够达到非常及时的动作追踪效果。在实际操作中，用户手部活动的位置、速度以及方向等多个因素都会被捕捉到，当手势被识别出来以后，PLC会及时作出相应的控制和编程。这个项目的设计任务书上要求的正转、反转、停止等多项功能都可以在该系统中实现，而且该项目的成本很低，在不方便使用鼠标键盘的工况下可以提供很大的帮助。

五、结语

综上所述，该项目实例充分证明了手势识别技术可以运用于PLC控制并且带来很好的成果，即较高的工作效率和较低的成本，适用于不同形式的工况。相信随着科学技术的进步，人机结合的工程会越来越成熟，为人们带来更大的经济效益，促进社会的进步。

参考文献：

[1]吴明亮，何江.手势识别技术在PLC控制中的应用.工业仪表与自动化装置，2017.