基于PLC的觸摸屏液位控制設計

李思洪

（淮海技師學院，江蘇宿遷，223800）

0 引言

雖著經濟水平的發展，人們越來越依賴于自動化，尤其在危險的工作場合。危險液體經常應用在工業生產中，因為它自身的易燃性、易爆性和腐蝕性，迫切需要借助自動化控制。可由PLC實現液體上料的自動化控制。觸摸屏具有實時監控、修改參數靈活、報警顯示和易學易用等特點，與PLC 控制結合，使得操作更加方便，運行可視化，大大降低了操作的風險。本文以自動化的液體送料設計為載體，利用PLC和 觸摸屏技術，使得生產過程更加透明、安全和方便，減小勞動強度、提高生產效率，為實際生產和教育教學提供參考。

1 系統設計思路

系統以觸摸屏為上位機，PLC為控制中心，以液位傳感器作為液位測量裝置，電磁閥作為控制對象。液體存儲器設置上限位和下限位，到達下限位時，系統發出警報，提示添加液體。在觸摸屏中操作模式有自動添加和手動添加兩種，也可由實物開關開啟上料過程，添加到上限位時，停止添加。觸摸屏能實時顯示液體的高度，以實現可視化和實時監控。控制系統結構圖如圖1所示。

圖1 液位系統的控制圖

2 系統元器件選擇與設置

2.1 控制器

本系統的控制單元選用三菱FX3U—32MR，FX3U系列三菱PLC是第三代緊湊型微型可編程控制器，運算、存儲、傳輸速度快，在單機設備控制中使用率較高，性價比較高。32位的輸入輸出點數能滿足教學使用，性價比較高。FX3U梯形圖編程簡單易學，適合初學PLC 的中職學生的學習和掌握。

2.2 擴展模塊

FX3U系列PLC不提供模擬量的輸入端口，因此需要一個擴展模塊做為液位傳感器信號的處理器。為了適用教學的多樣性，選用特殊擴展模塊FX3U—3A—ADP，它有兩個輸入端（電壓信號輸入、電流信號輸入），一個輸出端（模擬信號輸出），最大分辨率為12位。接受0～10V直流電壓輸入信號和4～20mA的直流電流輸如信號。通道的A/D轉換值被自動寫入FX 3U 可編程控制器的特殊數據寄存器中，數據讀寫指令較為簡單。本設計用到的A/D轉換的關系圖如圖2所示。

圖2 模擬量輸入、數字量輸出轉換關系

2.3 液位傳感器

液位傳感器是測量液體的高度的元器件,大多數液位傳感器為壓力傳感器，經過壓敏傳感元件，把液體壓力轉換為電信號，再經過補償、修正，轉化成可測量的電信號（一般為 4～20mA/0～5VDC）。

液位傳感器分為二大類，接觸式和非接觸式。接觸式液位傳感器利用流體靜力學原理測量液位，它可以測量各種介質的液位。它結構精巧、調校簡單、安裝靈活，非常方便用戶使用。可輸出的電信有4～20mA、 0～5V、 0～10mA等標準信號，給使用者多種形式的選擇。 利用特殊的密封技術，既能保證傳感器的安全性，又可以保證測量的準確性和穩定性。非接觸式傳感器采用聲波的方式測量，利用聲波的發射與接收來計算液體高度，不與液體相接觸，測量精度較高。

本任務選用選用3151智能壓力變送器，3151 差壓變送器用于測量液體、氣體、蒸汽的的液位、密度和壓力，把壓力信號轉換成 4～20mA DC 的電流信號輸出，與FX3U—3A—ADP模塊的輸入電流相符。它還可以與計算機相互通訊，通過它進行設定、監控等。可根據實地需要，選擇耐高溫、耐腐蝕的隔離膜片材料。在應用此液位傳感時，不同的液體對應的壓力值不同。在接入控制系統后，要用液體測試，找出電流值的輸出與液位高度的關系。

2.4 觸摸屏

觸摸屏作為一種簡單、方便的人機交互方式，為各種控制提供了友好的人機界面，在生產生活中已經廣泛的應用。在工業生產中，觸摸屏既能作為輸入設備，輸入指令和參數，控制PLC運行，又能作為輸入設備，顯示生產過程中的實時動態監測，能發出聲光的警報信息。由于它簡便的操作和豐富的畫面，使用領域越來越廣闊。

本任務選用昆侖通態TPC7062KX，是一款嵌入式一體化的7英寸高亮度TFT液晶顯示觸摸屏，它低功耗、高性能、而且具備強大的圖像顯示和數據處理功能。它的組態軟件功能強大，畫面美觀，圖庫豐富，操作簡單、方便學習和應用。

3 系統PLC設計

在本次設計中，FX3U—32MR型PLC作為控制的核心。液體加料分為手動和自動兩種模式。自動模式為檢測到液體不足時，自動加料；手動模式由觸摸屏中的按鈕控制和手動按鈕控制，方便遠、近距離的控制，到達液體的上限為時自動停止。PLC的輸出控制上液電磁閥動作，為容器補充液體。當液體低于警戒線，上液電磁閥沒有動作，報警器響。本次設計，主要依靠觸摸屏的控制，因此輸入端只有手動上料按鈕開關的地址輸入，為PLC節省了大量的輸入端口。根據要求，PLC控制加料電磁閥的開與關，報警器由觸摸屏元件提供。地址分配如表1所示。

表1 地址分配表

根據任務要求，控制方式有自動模式和手動模式兩種，自動模式實現自動加料，方便晚上繼續工作，減少人力要求；手動模式在觸摸屏按鈕和實物按鈕的控制下實現加料功能，可以實現遠距離控制。控制流程如圖3所示。

特殊模塊FX3U—3A—ADP接受液位傳感器的電流信號，把電信信號轉換為數字信號，并存入FX3U—32MR型PLC的特殊數據寄存器中，梯形圖的程序如圖4所示。

圖4 FX3U—3A—ADP特殊擴展模塊讀取數字

特殊數據寄存器存儲液位傳感器的電流信號，這個信號在D8260中是以數字形式呈現的。DIV指令把數字信號轉換為我們容易理解的液位信號，并存儲在寄存器D0中。K32不是一個確定的常數，要根據數字量轉換為相應的模擬量，模擬量再轉換為對應的液體高度，液體的密度不同，液體對應的高度也不相同。

4 觸摸屏界面設計

根據控制要求，對觸摸屏進行設置，設置界面如圖5所示。對各個元器件進行屬性設置，已達到控制的要求。

圖5 觸摸屏控制畫面

圖5中，報警指示只能滿足于視覺要求，要發出警報聲音，需要調用MCGS系統中的函數Beep()

5 調試與應用

在調試之前，需要檢查電氣線路的連接。傳感器與擴展模塊的連接，擴展模塊與PLC本體的連接，觸摸屏中各元器件參數的設置是否準備。利用監控模式，檢查傳感器中的數據是否能正常傳送至D8262特殊寄存器中。調試階段，要找出傳感器的模擬量與液位的對應關系，以確定輸出數字量與液位之間的關系。檢驗兩種工作模式（自動和手動），在開始后，進行觸摸屏、PLC的聯合操作，看是否符合要求。

調試成功后，聯機運行。液位處于最低限位及以上時，電磁閥不進行加料動作；液位處于最低限位及以下時，分為兩種情況，自動模式下，沒有聲光的提醒，自動加料至最高限位；在手動模式時，有聲光提示，可以進行觸摸屏按鈕或者實物按鈕的加料動作，電磁閥打開后，可以一直加料至最高限位，然后停止。

6 結語

本文主要站在教學的角度上，模擬工業生產自動化控制，提升學生的專業應用能力。本次任務以自動添加液體控制為載體，重點是觸摸屏的使用和傳感器模擬量的輸入，這兩者都是符合自動化控制的趨勢，同時為相應的工業生產控制提供了一定的借鑒作用。