基于PLC 的重量測試系統的設計

劉華鋒，劉慧燕，許東霞

（廣東環境保護工程職業學院，廣東 佛山 528216）

重量是水果及海鮮產品等級分類的一個重要參數，等級不同的產品在市場上受歡迎的程度不同，售賣的價格也不一樣。為獲得較大的經濟效益，果農或漁民往往會對這些農副產品分級。傳統的分級模式基本上是依靠人工分揀，人工分揀受主觀因素影響比較大，人工分揀的效率也比較低，這也影響到農副產品等級劃分的另一個重要參數--新鮮度。為減少主觀因素對產品等級的影響，設計了這套實時重量測量系統。

1 系統硬件組成

如圖1 所示，本文采用SMART 200 型PLC 作為系統的控制器件，采用某品牌的重力傳感器來采集重量信號，采用配套的變送器將重力傳感器采集的模擬量信號轉化為PLC 能夠識別的量。

圖1 系統硬件組成圖

1.1 重力傳感器的工作原理介紹

重力傳感器是基于應變效應而設計的。在外力作用下，導體或者半導體材料會產生機械變形，機械變形會導致該材料的電阻發生變化。將應變式電阻粘貼在用于稱重的懸臂梁上，當待稱重的物體放置于懸臂梁上時，懸臂梁在重物重力的作用下，會發生彎曲變形，粘貼在懸臂梁上的應變式電阻片也隨之發生變形，從而引起電阻阻值的變化。為了將應變式電阻片阻值的變化轉換為易接收和處理的電信號，特引入惠斯通電橋作為轉換電路，轉換電路如圖2所示。

圖2 惠斯通單臂電橋

在上述表達式中，應變電阻ΔR1遠小于R1，為簡便計算，分母處忽略掉ΔR1，所以上述等式可進一步改寫成：

根據惠斯通電橋平衡條件知：

所以：

R1、R2、R3、R4以及E 均為常數，由上式可知，電橋輸出電壓與被測應變量呈線性關系。

1.2 轉換關系推導

本設計中，選用的重力傳感器測量范圍為0～5kg，輸出電流為4～20mA，即當稱重物體的重量為0時，輸出電流為4mA，當稱重重量為5kg時，輸出電流為20mA。模擬量轉換模塊接收到變送器輸出電流信號后，會將對應的電流值轉換為數值，變送器輸出的電流為4～20mA時，對應的數據變化為5530～27648。由以上對應關系不難發現，重量傳感器的測量范圍0～5kg 對應著PLC 識別的模擬量數值5530～27648，根據重力傳感器的線性特性可知：

圖3 AD 轉換圖

A 點坐標（0,5530），B 點坐標（0，AIW16），C 點坐標（0，27648），D 點坐標（5，27648），E 點坐標（T，AIW16）

根據相似三角形的特性可得：

代入數值：

通過簡單運算，即可得出當稱重物體的重量T與PLC 識別模擬量數據之間的轉換關系式：

2 變送器的校準

在使用變送器前，需要校準變送器輸出的電信號以減小測量誤差。需要選定變送器的兩個極值點，再分別調節變送器電流零點調節旋鈕和電流滿度調節旋鈕，使變送器輸出的模擬量數值等于理論值，這樣就完成了變送器的校準。可以按照如下步驟實施。空置重力傳感器，此時變送器傳遞給PLC 的模擬量的理論數值應該是5530，調節變送器的電流零點調節，使PLC 識別的模擬量數值（AIW16）為5530，第一個極值點校準完畢。在重力傳感器上放置5kg 的砝碼，調節變送器的電流滿度調節旋鈕，使PLC 識別的模擬量數值（AIW16）為27648，第二個極值點校準完畢。兩個極值點校準完畢后，重力傳感器線性變化的斜率也就確定了，變送器校準完畢。

3 程序設計

PLC 在做數據處理時，要求各數據的數據類型一致，數據類型不一致的數據，PLC 不能運算。在公式（2）中，從變送器傳送至PLC 的模擬量數值AIW16為16 位的整數，需要將其轉化為32 位的整數后才能再將其轉化為32 位的實數，再才能做SUB_R、DIV_R 和MUL_R 運算，最終計算的結果為實數。為方便顯示稱重結果，本系統中還引入了觸摸屏。當觸摸屏和PLC 通信成功后，在觸摸屏頁面中添加文字標簽，在顯示輸出界面中連接上PLC 對應的變量即可。如圖4 所示。

圖4 觸摸屏變量連接

4 結語

本系統經過反復測試，測量結果準確，操作方便快捷，系統運行穩定可靠。本系統采用PLC 作為控制器件，用觸摸屏顯示測量結果，增加了系統的靈活性，也為自動分級系統的設計奠定了基礎。