基于S7-200與觸摸屏的稱重機(jī)設(shè)計(jì)

籍永剛，吳銀雪，申小松

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，貴州畢節(jié)551700）

基于S7-200與觸摸屏的稱重機(jī)設(shè)計(jì)

籍永剛，吳銀雪，申小松

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，貴州畢節(jié)551700）

PLC在工業(yè)過(guò)程控制中不僅能處理點(diǎn)數(shù)眾多的數(shù)字量信號(hào)，而且能實(shí)現(xiàn)模擬量信號(hào)控制及運(yùn)動(dòng)控制。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的模擬量信號(hào)如壓力、溫度、流量等由傳感器采集后送到PLC處理。以稱重傳感器為例，介紹了模擬量控制中的傳感器選型、PLC參數(shù)設(shè)置、模擬量編程、觸摸屏開(kāi)發(fā)等技術(shù)。

模擬量；S7-200；PLC；稱重傳感器；觸摸屏

0 引言

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)處理的諸如電壓、電流、壓力、速度、流量等模擬信號(hào)，是連續(xù)變化的物理量，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。模擬量控制是現(xiàn)代控制的重點(diǎn)，PLC發(fā)展的趨勢(shì)就是朝模擬量控制方向發(fā)展，并成為現(xiàn)代DCS控制的底層硬件系統(tǒng)。S7-200提供的擴(kuò)展模塊有4路和8路模擬量輸入模塊EM231，2路和4路模擬量輸出模塊EM232，4路輸入和1路模擬量輸出模塊EM235。采用S7-200模擬量擴(kuò)展模塊、稱重傳感器、觸摸屏設(shè)計(jì)的稱重機(jī)，可實(shí)現(xiàn)重量顯示、報(bào)警、參數(shù)設(shè)置等功能。

1 PLC模擬量控制技術(shù)

1.1 工作原理

PLC是繼電控制引入微處理器技術(shù)后發(fā)展而來(lái)，可方便、可靠地用于邏輯量控制。由于模擬量可轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，PLC也完全可以方便、可靠地進(jìn)行處理。模擬量控制對(duì)象有3種：①被控量，反映被控系統(tǒng)狀態(tài)、行為、性能或功能的信息；②控制量，經(jīng)PLC處理后產(chǎn)生控制作用的信息；③干擾量，是使系統(tǒng)狀態(tài)與行為產(chǎn)生的所不希望變化。

模擬量是連續(xù)量，多數(shù)是非電量。而PLC只能處理數(shù)字量、電量。為此，要有傳感器把模擬量轉(zhuǎn)換成電量。如果電量不標(biāo)準(zhǔn)，還需要變送器把電量變換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，如4～20 mA，1～5 V，0～10 V等，還需要模擬量輸入模塊，把這些標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)。還要有模擬量輸出模塊，把PLC處理后的數(shù)字量變換為模擬量，執(zhí)行器根據(jù)模擬量的大小執(zhí)行相應(yīng)輸出控制動(dòng)作。一個(gè)完整的模擬量PLC控制過(guò)程是：用傳感器采集信息，并把它變換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)送給模擬量輸入模塊；模擬量輸入模塊把標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU可處理的數(shù)字信息；CPU按要求對(duì)信息進(jìn)行處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息，并傳送給模擬量輸出模塊。

1.2 目的控制

（1）使系統(tǒng)的某個(gè)量保持恒值的控制稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（2）使系統(tǒng)狀態(tài)按給定的方式隨時(shí)間或程序變化的控制稱為程序控制。

（3）使系統(tǒng)狀態(tài)隨外部信號(hào)變化而變化的控制稱為隨動(dòng)控制。

（4）在滿足約束條件下，使系統(tǒng)某參數(shù)達(dá)到最優(yōu)值的控制稱為最優(yōu)控制。

（5）使系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境變化，始終處于最有利的狀態(tài)控制稱為自適應(yīng)控制。

（6）使系統(tǒng)在對(duì)抗中處于有利地位。

2 模擬量模塊EM235 應(yīng)用技術(shù)

2.1 硬件設(shè)置與編程

（1）EM235模塊接線時(shí)，對(duì)于電壓信號(hào)，按正、負(fù)極直接接入X（A，B，C，D）＋和X－；對(duì)于電流信號(hào)，將RX和X＋短接后接入電流輸入信號(hào)的“＋”端；未連接傳感器的通道要將X＋和X－短接。為防止干擾[1]，應(yīng)將信號(hào)負(fù)端與模塊電源的M端短接。對(duì)于某一模塊，只能將輸入端同時(shí)設(shè)置為一種量程和格式，即相同的輸入量程和分辨率。

（2）模塊使用前應(yīng)進(jìn)行輸入校準(zhǔn)、用DIP開(kāi)關(guān)設(shè)置EM235的單雙極性、增益和衰減，設(shè)置后重新上電，具體設(shè)置說(shuō)明見(jiàn)《S7-200系統(tǒng)手冊(cè)》。

（3）選擇稱重傳感器從量程、準(zhǔn)確度等級(jí)、使用范圍、使用環(huán)境等方面綜合考慮[2-6]。本例中采用的稱重傳感器激勵(lì)電壓5～12 V，靈敏度2.0±0.05 mV/V，量程0～100 kg，配套的變送器BSQ-2供電電壓24 V，輸出信號(hào)電壓0～10 V。模塊DIP開(kāi)關(guān)設(shè)置為撥碼2，6為ON，其余為OFF。模塊接線見(jiàn)圖1a。

圖1 接線與編程

（4）在S7-200中，單極性模擬量輸入、輸出信號(hào)的數(shù)值范圍是0～32000，按比例對(duì)應(yīng)傳感器量程0～100 kg，換算公式為：Ov=[（Osh-Osl）×（Iv-Isl）/（Ish-Isl）]+Osl。式中，Ov換算結(jié)果；Iv換算對(duì)象；Osh換算結(jié)果的最大值；Osl換算結(jié)果的最小值；Ish換算對(duì)象的最大值；Isl換算對(duì)象的最小值。

（5）使用模擬量比例換算指令庫(kù)Scaling可以方便的進(jìn)行轉(zhuǎn)換，程序如圖1b所示。子程序Scale_I_to_R可用來(lái)進(jìn)行模擬量輸入到工程量的轉(zhuǎn)換；子程序Scale_R_I可用于工程量到模擬量輸出的轉(zhuǎn)換。

2.2 觸摸屏程序開(kāi)發(fā)

觸摸屏采用MCGS組態(tài)軟件?？蓪?shí)現(xiàn)功能：①顯示物體的重量值；②可設(shè)置稱重區(qū)間，用于對(duì)物體重量的分選；③報(bào)警顯示。

（1）PLC程序設(shè)計(jì)（圖2），選用的PLC變量見(jiàn)表1。

（2）在MCGS組態(tài)軟件中打開(kāi)設(shè)備窗口，進(jìn)行設(shè)備組態(tài)（圖3），添加通用串口設(shè)備和西門子S7-200 PPI，注意需要修改波特率等通訊參數(shù)。依次將重量值、稱重下限、稱重上限、報(bào)警信號(hào)分別連接PLC變量VD100、VD104，VD108，M0.2，對(duì)報(bào)警信號(hào)的連接需要勾選可見(jiàn)度屬性，設(shè)置當(dāng)表達(dá)式非零時(shí)，對(duì)應(yīng)圖符不可見(jiàn)。

圖2 梯形圖

表1 PLC變量

圖3 組態(tài)窗口

［1］牟明朗，顧元國(guó).淺談PLC模擬量使用中的防干擾技術(shù)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2012，（6）：153-156．

［2］馮杰，楊志．一種基于PLC+HMI控制的新型稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2014，（1）：98-99．

［3］汪小兵，吳明亮，余淑榮.基于PLC的稱重配送料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子，2011，（3）：34-36．

［4］王亞妮，盧軍黨，鄒超等.微小質(zhì)量片狀物料自動(dòng)重量分選機(jī)的設(shè)計(jì)[J].包裝與食品機(jī)械，2012，（3）:36-40.

［5］莊育鋒，翟宇.微量藥品單元?jiǎng)討B(tài)稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2013，（2）:379-387.

［6］高艷雯．輸送帶在線動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)稱重系統(tǒng)的研究[D]．蘭州理工大學(xué)，2007:20-24.

〔編輯李波〕

TM571.6

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.39