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1、基于基于 PLC 的水位传感器测试系统研究的水位传感器测试系统研究1 引言 目前，可编程序控制器（简称 PLC）由于具有功能强、可编程、智能化等特点，已成 为工业控制领域中最主要的自动化装置之一，它是当前电气程控技术的主要实现手段。用 PLC 控制系统取代传统的继电器控制方式，可简化接线，方便调试，提高系统可靠性。 触摸屏是专为 PLC 应用而设计的一种高科技人机界面产品，由于操作简便、界面美观、 节省控制面板空间、性价比高和人机交互性好等优点，近年来已越来越多地被应用于工业 控制等领域。 本文利用 PLC 和触摸屏技术研制了水位传感器测试系统，该系统主要用于进行洗衣机 用水位传感器的质量检测
2、，整个系统实现简单、稳定性好、自动化程度高，代替了以前的 纯手动操作，较好地满足实际生产的要求，提高了生产效率。 2 系统控制原理及要求 洗衣机用水位传感器的工作原理是将水位高度的变化转换成传感器内部膜片上压力的 变化，从而导致传感器输出电感 L 的变化，将水位传感器输出电感与外部电路组成 LC 振 荡电路，就可将电感的变化转换成振荡频率的变化，不同的水位高度通过水位传感器可以 产生不同的振荡频率，最后通过检测振荡频率与水位高度的对应关系，就可实现水位传感 器的质量检测。图 1 控制系统原理框图 测试系统要求能在不同的水位高度时，准确测量出由水位传感器组成的振荡电路的振 荡频率，水位高度和振荡
3、频率的测量精度要求较高，因此，对测试系统的要求较高。 作为主电机的直流电动机由 PLC 进行控制，电机实现 PID 调速，电机的输出通过减 速机构与执行机构相连，最后带动细钢管在水箱中上下移动来按检测要求控制管内水位高 度的准确变化，通过编码器实现水位高度变化的实时检测，频率的实时检测由 PLC 的高速 计数器来完成。控制命令的输入接 PLC 的输入端，PLC 的输出端接执行继电器和工作状 态指示灯等。 系统中采用触摸屏作为人机界面，显示操作画面，进行参数修改和指令输入。通过触 摸屏可实现水位上升、下降高度等参数的设定和修改，实现实际水位高度变化、输出振荡 频率和总产量等的实时显示等，并可对工
4、作进程进行实时监控。 3 控制系统硬件组成 根据水位传感器测试系统的工艺特点和控制要求，本系统选用三菱公司的 FX1N- 24MR 基本型 PLC，共有 24 点输入输出，其中 14 个输入点，10 个继电器输出点，其环 境温度、抗冲击、抗噪声等性能指标均能满足要求。图 2 为 PLC 控制系统硬件接线图。输入 X0X1 为编码器的 A、B 相输出脉冲信号， X3 为振荡频率信号，X4X14 为按钮、选择开关、限位开关和计数开始等信号，输出 Y0Y7 分别控制继电器、信号指示灯等。图 2 控制系统硬件接线图 水位高度的测量主要是通过编码器来完成，编码器的 A、B 相可向可编程序控制器的 高速计
5、数端发出脉冲，并通过高速计数器 C251 获得该脉冲的计数值。当电动机转动时， 高速计数器的计数值就会不断累加。通过传动机构的合理设置，每个脉冲对应 0.25mm 的 水位高度变化，通过编程计算，可以算出实际水位高度的变化。 振荡信号频率的测量可利用 PLC 的高速计数器 C253 完成，通过编程，可以利用高速 计数器 C253 在规定的时间内（如 3s）对振荡信号的脉冲数进行计数，并将计数值取出并 放在数据存储器 D0 中，那么将 D0 中的值除以 3 所得的值就是所要测量的振荡频率的大 小。 触摸屏选用台湾生产的性价比较高的 PWS6600S，配备有 5.7高清晰度液晶显示屏， 分辨率为
6、320240，通过一个 RS232 串口与 PLC 实现串行通讯。支持静态文字控件，支 持 on/off 按钮、数值输入、画面按钮、数值显示、状态指示灯控件等动态对象，支持中文 显示。 当在静态文字控件中指定变量时，触摸屏能够在屏幕上实时显示与之相连的 PLC 中的 变量值，这给工作人员实现系统监控和状态检测提供了较大的方便。 当操作人员触摸数值输入控件时，PWS6600S 自动弹出虚拟数字键盘，包括 09 等 数字和清空、取消、删除和确定等。输入数字后按取消键取消可输入值，按确定键确定输 入，虚拟数字键盘消失后，控件中的数字也就成为输入值，相应的 PLC 中对应变量也随之 改变。 当操作人员
7、触摸 on/off 按钮、画面按钮、状态指示灯和数值显示等控件时， PWS6600S 可以触发按钮按下、按钮弹起、画面切换、状态显示和数值显示等事件，操作 人员可以进行清除数据、改变工作模式、选择屏幕画面等工作。 4 系统软件设计 系统软件包括 PLC 控制软件和触摸屏软件两部分。PLC 具有丰富的编程指令，软件设计环境良好，可采用梯形图（LD）、顺序功能图 （SFC）和指令表（IL）等基本的编程语言。本系统采用梯形图编程，编程软件为 FXGP，先利用计算机（PC）进行编程和调试，调试成功后通过接口电缆将控制程序下载 到 PLC 中。 PLC 程序主要包括主程序和分段上升、分段下降子程序等，其
8、中分段上升、分段下降 子程序主要是使细钢管按测试要求分七段进行上升和下降，以便测试不同水位高度时传感 器输出的频率大小，从而判断水位传感器的质量好坏。图 3 为 PLC 程序控制流程图。图 3 PLC 程序控制流程图 PWS6600S 触摸屏画面由专用支持软件 ADP6.0 进行设计组态，先在个人计算机上用 该软件设计窗口、菜单、按钮等界面，设计完成后通过 RS232 串行口将程序下载至 PWS6600S 触摸屏内存中，由 PLC 对触摸屏状态控制区和通知区进行读写达到两者之间 的信息交互。PLC 读触摸屏状态通知区中的数据，得到当前画面号，而通过写触摸屏状态 控制区的数据，强制切换画面。触摸
9、屏加电后就进入设计画面，通过触摸屏按钮可显示和 修改 PLC 数据存储器的数据，实现与 PLC 的通讯。 整个画面由两部分组成：一部分为显示画面，主要包括系统画面、测试系统的运行状 态、水位高度显示、振荡频率输出、显示每天的总产量等画面，如图 4 所示;另一部分为参 数设定画面，主要用来设定工作模式、水位分段上升、下降的数值等，如图 5 所示。由于 PWS6600S 触摸屏具有较强的人机交互功能，以及简便的操作特性，简洁的界 面和高可靠性，因此得到了较好的使用效果。 5 结束语 将 PLC 和触摸屏技术应用于水位传感器检测系统，使操作更加简便，速度、水位高 度可按测试要求进行控制，极大地提高了
10、系统的可靠性和工作效率，控制精度高，操作性 强，并可通过触摸屏观察 PLC 内部的工作情况和现场工况，核定相关参数，操作灵活、方 便。 本系统成功开发以来，已先后在多家为洗衣机生产厂家配套的水位传感器生产厂家投 入使用，系统稳定可靠，经济效益十分明显，同时，因其操作简单、实用性强，数据可实 时监控等特点，受到用户的普遍好评。参考文献： 1 俞国亮 PLC 原理与应用 M. 清华大学出版社，2005.2 三菱微型可编程控制器 FX1N 编程手册，三菱公司，20013 HITECH 人机界面操作手册，20034 尹丽娟 高素萍 基于 PLC 的挠曲试验自动测试仪， 微计算机信息， 2006 年第 4 期， 第 52-54 页
