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1、基于三菱 FX-3U PLC 的力采集系统设计 方亚梅 上海电机学院 摘 要： 模拟量数据的采集在工业控制系统中有着广泛的应用。带拉压力采集的力传感器将力的模拟量信号通过变送放大器转化成的电压 (或电流) 信号, 送入三菱FX2N系列的 4 通道模拟量输入模块, 同时将数据进行转化成相应的二进制数值。PLC 从 FX2N-4AD 模块中读取数据, 并在昆仑通态触摸屏上显示实时数据曲线, 并将力的历史数据以表格的形式导出, 完成力的数据采集过程。该力采集系统实时性强, 可控制易观察, 精度和效率较高。关键词： 力采集; 三菱 FX-3U PLC; 三菱 FX2N-4AD; 昆仑通态触摸屏; 收稿
2、日期：2017-11-7Design of Force Acquisition System Based on MITSUBISHI FX-3U PLCAbstract： Analogs acquisition is widely applied in industrial control systems.In this paper, force signals, which are from a force sensor, transformed to signals of voltage (or electric current) via an amplifier, then the si
3、gnals are sent to MITSUBISHI FX2 N-4 AD module and are conversed to binary code.PLC reads the data and show them on touchscreen, including realtime data curve, force form.The data also can be exported in table form.This force acquisition system with strong real-time, controllable and easy to observe
4、, and has high precision and efficiency.Keyword： force acquisition; MITSUBISHI FX-3u PLC; FX2N-4AD; touchscreen; Received： 2017-11-7工业现场中模拟量的数据采集是实现自动化的重要环节。在一些工况恶劣、模拟量数据采集困难的场合, 采用可实时监控的自动化模拟量采集系统, 以提高工业现场工况信息采集的可靠性1。本文将力传感器与三菱 FX-3U PLC、FX 2N-4AD、昆仑通态触摸屏等组合成一个具有实际工程应用意义的力采集系统。1 系统的硬件组成本系统中, 力传感器、F
5、X 2N-4AD, 触摸屏由直流开关电源供电, FX-3U PLC 直接接入三相交流电。力传感器将信号经变送器转换后接入 4AD 模块中, PLC 从 4AD中读取数据后再触摸屏上显示数据, 并可以通过 U 盘将一个时间段的数据以Excel 的格式导出。另外, 触摸屏和 PLC 均连计算机分别进行触摸屏界面的编辑和 PLC 程序的编写。图 1 系统硬件组成示意图 下载原图2 力数据的采集和转换在图 1 的系统中, 力传感器输出的模拟量力需要通过变送放大器转变为标准的电流或电压, 再输入 FX2N-4AD 模块中。其中力传感器的测量值范围 5kg, 变送放大器 24V 直流供电, 输出 05V,
6、 量程 05kg。故变送器的电压输出与力传感器的力输入之间存在如图 2 所示的线性关系。FX 2N-4AD 模块的最大输出电压为10V, 12 位二进制数的数字信号, 则其分辨率为:FX2N-4D 模块中, 其输出量程有三种选择:-10V+10V, +4m A+20m A, -20m A+20m A。因 FX2N-4AD 中的数据为 12 位的二进制数, 带符号的范围是-2048+2047, 近似等于-2000+20002, 则电压输入与数字输出间有如图 3 线性关系。图 2 变送器电压输出与力传感器电压输入关系 下载原图图 3 变送器电压输入与数字输出关系 下载原图在 FX2N-4D 模块中
7、, 即存在 y=2000x/10 的数学关系。这样力的模拟量数据就转化成 12 位的二进制数值存储在 FX2N-4AD 模块的内部寄存器中。若 PLC 从 4AD 模块的寄存器中读取数据, 首先需要确定 4AD 模块的输入通道和输出模式。在 4AD 模块中, 通道的初始化由缓冲寄存器 BFM0#寄存器中的四位十六进制数字 HOOOO 决定。由低字位向高位字, 第一个字符控制通道 1 (CH1) , 第四个字符控制通道 4 (CH4) 。当通道模式 O=0, 选择-10V+10V 模式;当 O=1, 选择+4m A+20m A 模式;当 O=2, 选择-20m A+20m A 模式;当 O=3,
8、 通道关闭。本系统中, 选择 4AD 的通道 1 (CH1) 作为力传感器的输入通道, 选择-10V+10V 的输入模式。故设置 HOOOO 的最右边的字符为 0, 且将 CH1 的接线按图 1 中 4AD 模块的接线方式, 接传感器、PLC 和开关电源, 就可以设置 4AD 模块 CH1 为-10V+10V 电压型输出模式3。PLC 从 4AD 模块的寄存器中读取到的是 12 位二进制数据, 而显示在触摸屏界面上的力的数据是十进制的数值, 所以必须通过程序将二进制转换为十进制的数值。数学关系为输出量 Y=10X/2000=5X/1000, 其中 X 为输入的二进制数据, Y为输出的十进制数据
9、。图 4 中为在 GX-developer 软件中编写的程序。在本程序中, 还增加了报警功能。当力的数值小于 2 或者大于 4 时, 都会在触摸屏上显示报警。3 数据的显示和导出将存储在 PLC 中的力的数值显示在触摸屏面板上, 并以曲线、图表等形式实时监测力的数值随着时间的变化趋势。本系统中采用昆仑通态型号为 TPC7062Ti的触摸屏, 在组态软件 MCGS 中完成硬件的组态和界面的显式。设备组态选择:通用串口父设备、三菱-FX 系列编程口4。在编辑触摸屏界面时, 可以在屏幕上显示力与时间的表格和曲线、力的瞬时值以及开始存盘和结束存盘的按钮。可通过界面上的开始存盘和停止存盘按钮, 在该时间
10、段将系统测得的数据值导出保存在 U 盘中。图 4 PLC 读取和转换力的数据程序 下载原图图 5 MCGS 组态软件中编辑力显示界面 下载原图4 结束语本系统基于三菱 PLC 和 4 通道的模拟量输入模块及昆仑通态触摸屏, 实现了工业现场力的数据采集和导出, 系统工作效率高, 易实现力数据的实时监控, 且采集的数据最终以 csv 文件的格式导出供后期的数据处理和分析。参考文献1王鹏, 徐世许, 伍经纹.基于 PLC 的自动称重监测控制系统的研究和设计J.制造业自动化, 2016, 38 (10) :35-38 2吴明亮.FX2N-4AD 在小型水电站基于 PLC 的继电器保护中的应用J.湖南农机, 2013, 40 (7) :60-61 3王火智, 段涛.一种工业现场的数据采集系统的设计J.工业控制计算机, 2013, 26 (10) :78-79 4叶茎, 盖超会, 李云平.基于触摸屏、PLC、变频器的电机调速问题和推杆控制系统的设计与实现J.轻工科技, 2016 (11) :67-69
