小型PLC通用人机界面装置设计

刘光辉 张少平

PLC又称为可编程控制器，在电子通信与计算机领域多有应用，通过对交互界面的设计，以可编程形式完成对待处理命令的识别与运行，在不同编程思想的影响下，系统将实现用户需求，本文将对此系统中人机界面的设计需求与硬软件配置情况和基本操作逻辑进行概述。

一、引言

人们生活在信息时代下，不但可利用各式各样的电子设备完成数据交互，以满足不同需求为目的，基于此背景，可编程的小型电子设备在生活或生产中出现频率逐渐提升，因整个系统具有便捷性与易操作性，运行期间存在问题还可通过简单的编程语句修改形式得以改善，故运行成本和使用成本普遍低廉，近年来相关技术也得到了无数人的认可，故有必要对系统的具体设计步骤予以分析，并探究对应系统实现的具体原理。

二、人机界面的设计需求分析

人机交互界面的运行需在硬件系统和软件系统的共同支持下实现，不但二者缺一不可，在拥有运行环境后还要根据不同设计需求对用户界面进行个性化设计，以实现不同功能、满足用户需求为目标，让人机界面被用户广为利用。在小型可编程控制器内，因相关电子元件具有体积小、运行速率快、可移植性强等特点，同时若用户需要对实现功能灵活调整时，也可在易操作的环境下实现。

整个系统不但拥有显示器、控制终端和对应接口，还可通过总线一体化控制方式为在系统中运行的其他模块提供必要运行支持，在实际系统应用中，往往也存在多个可编程控制系统，在确保系统与外部电路连接紧密后，可通过C语言编程方式完成对预期功能的编程过程，并根据用户提出的主要实现功能，在系统搭建前进行需求分析。在对系统软件配置功能时，一半根据系统需求确定各项功能，很多系统的软件配置，需存在用户登录与注册模块、主要功能的实现模块、管理员模块等，并可根据系统实现的复杂性对功能实现模块合理编写代码，因系统在不同运行环境下均有一定可运行性，故可让人机交互界面具有较高的可执行性。

以数据输出功能举例，当系统接收到用户的请求后，便开始执行关键字查找功能，往往此时还需用户对操作二次确认，并将用户端页面显示确认按钮，在得到用户确认后由系统内部发送对应的命令代码，通过数据加密传输形式完成执行语句，后完成对应语句的生命周期，进而完成对应功能，考虑到不同编译环境下程序员对数据结构的理解方式有所区别，故相关编程语句需在具有一定写作规范的环境下运行，以保证代码在不同编译环境下，具有良好的可运行性。

三、人机界面的硬件配置分析

整个人机交互界面是基于ARM控制原理得以实现功能的，不但是系统运行的重要组成部分，还可承担对应的计算与通信功能，一般人机交互界面的硬件环境由控制器、显示器、辅助器、总线接口、与其他模块连接的接口构成，显示器与用户电脑端相连，显示器内部由一块液晶显示屏、显示屏下的处理器与存储器组成，其中显示屏与键盘还需保持连接，并通过内部驱动让显示器与系统相连，在显示用户输入各项参数以达到使用目的同时，还需通过与总线的，实现高密度数据交互。

在不同存储器大小的背景下，显示端的实际显示效果可能会受影响，以图片的存储与显示距离，当一张150MB大小的图片需在液晶屏上显示时，若存储器只有128MB空间则无法正常显示图片，有可能出现图片无法读取、显示不全等问题，存储器内部也分配多个存储单元，在部分单元被用作随机空间后，数据存储时将遵循队列存储原理，并实现对旧数据的自动删除，考虑到数据的存储空间十分有限，还需根据实际使用需求确定插入图片大小与内容，在存储器无法实现数据保存时，可通过系统其他模块，将存储内容保存在电脑硬盘上。

另外用户在接入外部设备时，也需通过对应接口与系统连接，输入设备主要包括鼠标、键盘等，而显示屏做为输出设备为用户提供直观的信息呈现功能，总线模块则有总线收发装置和对应的总线接口组成，在内部设置信号接收器的同时，可实现信息实时收发功能，辅助器由电源、报警、时钟、复位等多个模块组成，同时整个硬件环境还要与调试器相连，并在内部拥有多个U盘插口，是系统中不可或缺的部分，不但可与外部设备建立良好连接，还可帮助系统实现各项预期功能。

四、人机界面的软件配置分析

人机界面软件则多通过编程语言编写代码形式，并提供对应编译环境，以完成相应功能，提升用户对系统的使用满意度为目标进行各项软件配置，因软件的运行需要对应操作系统，也需要对运行界面进行必要设计，例如界面背景颜色、界面设计模板等内容都是确保用户有良好交互视觉体验的前提，因在操作系统内所有键码与编码间存在逻辑对应关系，不但可通过高效转化实现对应功能，还可通过灵活调节开关状态形式，确保各项功能具有良好的可操作性，在对目标变量转换时，也可通过映射与函数的关系，根据计算方法确定最终结果。

因人机交互界面与可编程的主机内部需通过对应软元件连接，其内部大致包括输出与输入的继电器、计数器、定时装置、数据存储设备、辅助继电器等元件，在相关元件被确定初始值后，即会根据对应关系完成计算，因不同元件之间的赋值关系一一对应且互不冲突，不但确保元件编号代码的唯一性，在对应范围内的赋值也将与其他元件不同，在符合各项内部通信协议同时，以确定数据的开始运算点、设备的IP地址、数据的基本算法、源代码、数据编号、检验原理、完成数据标识等内容确保数据传输过程高效有序。

因可编程在用户按下运行开关后即会执行各项功能，在确保编程后内部系统符合对应操作标准后，系统将自动分配控制单元给操作器，当相关指令回传到主机后，工作状态也将随之调整，这时不但计算机接收到了相应迪文指令，还通过提取键码方式，内部完成进制转换与新软元件编码，在内部对数据执行过程记录完毕后，将相关信息通过总线回传到主机内，进而整个运行过程是相关硬件环境与软件环境高度映射的结果。

五、人机界面的基本操作逻辑分析

人机交互界面一般可通过对应绘图软件制作，设计风格因用户需求和设计师对功能的理解不同而有所差异，系统不但实现对应编码的编译与转化过程，还可通过相关物理环境与编程环境的映射关系，不但可从中确定对应键码，并通过配置文件对数据规则严格审查，后通过系统内部接线与显示器的存储容量，确保运行过程良好的同时，还需将数据存储到对应单元中，并方便管理员在必要时完成数据的核对与校验。

一般人机界面在初始运行时，通过设置对应开始按钮形式确保系统准备进入程序运行状态，首先可检查硬件运行环境是否良好，后进行对应参数设置，在前端对话框中根据实现功能填写对应数值，显示器会将对应内容以转化后的代码，将指令存储到数据单元内，当编译器完成数据编译解码过程后，控制器将完成判断，以识别功能实现的键码是否与预期设置的参数完全对应，若不对应还需重新进行编码、解码过程。

在相关程序被运行实现后，让程序二次运行并通过点击对应数字的形式，输入数字后进行正误判断，在确保用户输入值正确并得到二次确认后，相应光标模块会被调用，以实现关闭对话框功能，并将输入的值保存到数据存储单元中，利用显示器将预期设置的值传送到对应单元，此时也让硬件环境和软件环境进行交换，并通过总线编程形式实现编码转换过程，最后将通过编码信息的传送，让系统得以实现一次彻底的运行过程。

六、结语

随着信息技术的发展和人们对编程理解程度的深化，在机器学习与人工智能、大数据领域被更多人熟知，并看到可編程控制器在生活中的应用日益广泛之现状后，未来还需根据现有研究水平，做出功能更为齐全的可编程器件。

作者单位：新疆工程学院

基金项目：

1、2020年度自治区高校本科教育教学研究和改革项目 “产教融合背景下项目式一体化教学模式改革探索与实践”（项目编号：PT-2020063）2、2020年全国大学生创新创业训练计划项目“人机交互式PLC教学装置的设计与实现”（项目编号：202010994004）