基于PLC的水位传感器测试系统研究
日期：2009-11-17 10:15:13 点击：
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摘 要：介绍了用于测试水位传感器的PLC控制系统，包括系统控制原理、硬件组成和软件设计，使用触摸屏作为人机界面，进行参数设定和监控，整个系统实现简单、可靠性高。
关键词：测试系统;可编程逻辑控制器;触摸屏
Abstract: It introduced the PLC control system of the test of water position sensor. It included the control principle, hardware and software design. Touch screen is used as HMI, by which parameter setting and supervising can be performed. The system can be realized easily, and it can work reliability.
Key words: test system, PLC, touch screen
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，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
图1为控制系统原理框图。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X0～X1为编码器的A、B相输出脉冲信号，X3为振荡频率信号，X4～X14为按钮、选择开关、限位开关和计数开始等信号，输出Y0～Y7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320×240，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0～9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
图3 PLC程序控制流程图
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。
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。
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关键词：测试系统;可编程逻辑控制器;触摸屏
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Abstract: It introduced the PLC control system of the test of water position sensor. It included the control principle, hardware and software design. Touch screen is used as HMI, by which parameter setting and supervising can be performed. The system can be realized easily, and it can work reliability.
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Key words: test system, PLC, touch screen
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1 引言
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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。
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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。
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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，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。
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2 系统控制原理及要求
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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。
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图1 控制系统原理框图
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图1为控制系统原理框图。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，水位高度和振荡频率的测量精度要求较高，因此，对测试系统的要求较高。
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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。
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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，并可对工作进程进行实时监控。
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3 控制系统硬件组成
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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。
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图2为PLC控制系统硬件接线图。输入X0～X1为编码器的A、B相输出脉冲信号，X3为振荡频率信号，X4～X14为按钮、选择开关、限位开关和计数开始等信号，输出Y0～Y7分别控制继电器、信号指示灯等。
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图2 控制系统硬件接线图
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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。
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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。
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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320×240，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。
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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。
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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0～9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。
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当操作人员触摸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。
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4 系统软件设计
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系统软件包括PLC控制软件和触摸屏软件两部分。
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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
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图3 PLC程序控制流程图
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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。
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PLC程序主要包括主程序和分段上升、分段下降子程序等，其中分段上升、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。
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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。
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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。
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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。
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