基于S7-200與觸摸屏的稱重機設計

籍永剛，吳銀雪，申小松

（貴州工程應用技術學院機械工程學院，貴州畢節551700）

基于S7-200與觸摸屏的稱重機設計

籍永剛，吳銀雪，申小松

（貴州工程應用技術學院機械工程學院，貴州畢節551700）

PLC在工業過程控制中不僅能處理點數眾多的數字量信號，而且能實現模擬量信號控制及運動控制。工業現場中的模擬量信號如壓力、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參數設置、模擬量編程、觸摸屏開發等技術。

模擬量；S7-200；PLC；稱重傳感器；觸摸屏

0 引言

工業自動化控制系統處理的諸如電壓、電流、壓力、速度、流量等模擬信號，是連續變化的物理量，經A/D轉換成數字信號后由計算機進行處理。模擬量控制是現代控制的重點，PLC發展的趨勢就是朝模擬量控制方向發展，并成為現代DCS控制的底層硬件系統。S7-200提供的擴展模塊有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模擬量擴展模塊、稱重傳感器、觸摸屏設計的稱重機，可實現重量顯示、報警、參數設置等功能。

1 PLC模擬量控制技術

1.1 工作原理

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

模擬量是連續量，多數是非電量。而PLC只能處理數字量、電量。為此，要有傳感器把模擬量轉換成電量。如果電量不標準，還需要變送器把電量變換為標準的電信號，如4～20 mA，1～5 V，0～10 V等，還需要模擬量輸入模塊，把這些標準的電信號變換為數字信號。還要有模擬量輸出模塊，把PLC處理后的數字量變換為模擬量，執行器根據模擬量的大小執行相應輸出控制動作。一個完整的模擬量PLC控制過程是：用傳感器采集信息，并把它變換成標準電信號送給模擬量輸入模塊；模擬量輸入模塊把標準電信號轉換成CPU可處理的數字信息；CPU按要求對信息進行處理，產生相應的控制信息，并傳送給模擬量輸出模塊。

1.2 目的控制

（1）使系統的某個量保持恒值的控制稱為自動調節。

（2）使系統狀態按給定的方式隨時間或程序變化的控制稱為程序控制。

（3）使系統狀態隨外部信號變化而變化的控制稱為隨動控制。

（4）在滿足約束條件下，使系統某參數達到最優值的控制稱為最優控制。

（5）使系統適應環境變化，始終處于最有利的狀態控制稱為自適應控制。

（6）使系統在對抗中處于有利地位。

2 模擬量模塊EM235 應用技術

2.1 硬件設置與編程

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

（2）模塊使用前應進行輸入校準、用DIP開關設置EM235的單雙極性、增益和衰減，設置后重新上電，具體設置說明見《S7-200系統手冊》。

（3）選擇稱重傳感器從量程、準確度等級、使用范圍、使用環境等方面綜合考慮[2-6]。本例中采用的稱重傳感器激勵電壓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，輸出信號電壓0～10 V。模塊DIP開關設置為撥碼2，6為ON，其余為OFF。模塊接線見圖1a。

圖1 接線與編程

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

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

2.2 觸摸屏程序開發

觸摸屏采用MCGS組態軟件。可實現功能：①顯示物體的重量值；②可設置稱重區間，用于對物體重量的分選；③報警顯示。

（1）PLC程序設計（圖2），選用的PLC變量見表1。

（2）在MCGS組態軟件中打開設備窗口，進行設備組態（圖3），添加通用串口設備和西門子S7-200 PPI，注意需要修改波特率等通訊參數。依次將重量值、稱重下限、稱重上限、報警信號分別連接PLC變量VD100、VD104，VD108，M0.2，對報警信號的連接需要勾選可見度屬性，設置當表達式非零時，對應圖符不可見。

圖2 梯形圖

表1 PLC變量

圖3 組態窗口

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

［2］馮杰，楊志．一種基于PLC+HMI控制的新型稱重系統設計[J].機械工程師，2014，（1）：98-99．

［3］汪小兵，吳明亮，余淑榮.基于PLC的稱重配送料系統的設計[J].機械與電子，2011，（3）：34-36．

［4］王亞妮，盧軍黨，鄒超等.微小質量片狀物料自動重量分選機的設計[J].包裝與食品機械，2012，（3）:36-40.

［5］莊育鋒，翟宇.微量藥品單元動態稱重系統的設計與實現[J].儀器儀表學報，2013，（2）:379-387.

［6］高艷雯．輸送帶在線動態實時稱重系統的研究[D]．蘭州理工大學，2007:20-24.

〔編輯李波〕

TM571.6

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.39