基于S7-200与触摸屏的称重机设计

籍永刚，吴银雪，申小松

（贵州工程应用技术学院机械工程学院，贵州毕节551700）

基于S7-200与触摸屏的称重机设计

籍永刚，吴银雪，申小松

（贵州工程应用技术学院机械工程学院，贵州毕节551700）

PLC在工业过程控制中不仅能处理点数众多的数字量信号，而且能实现模拟量信号控制及运动控制。工业现场中的模拟量信号如压力、温度、流量等由传感器采集后送到PLC处理。以称重传感器为例，介绍了模拟量控制中的传感器选型、PLC参数设置、模拟量编程、触摸屏开发等技术。

模拟量；S7-200；PLC；称重传感器；触摸屏

0 引言

工业自动化控制系统处理的诸如电压、电流、压力、速度、流量等模拟信号，是连续变化的物理量，经A/D转换成数字信号后由计算机进行处理。模拟量控制是现代控制的重点，PLC发展的趋势就是朝模拟量控制方向发展，并成为现代DCS控制的底层硬件系统。S7-200提供的扩展模块有4路和8路模拟量输入模块EM231，2路和4路模拟量输出模块EM232，4路输入和1路模拟量输出模块EM235。采用S7-200模拟量扩展模块、称重传感器、触摸屏设计的称重机，可实现重量显示、报警、参数设置等功能。

1 PLC模拟量控制技术

1.1 工作原理

PLC是继电控制引入微处理器技术后发展而来，可方便、可靠地用于逻辑量控制。由于模拟量可转换成数字量，PLC也完全可以方便、可靠地进行处理。模拟量控制对象有3种：①被控量，反映被控系统状态、行为、性能或功能的信息；②控制量，经PLC处理后产生控制作用的信息；③干扰量，是使系统状态与行为产生的所不希望变化。

模拟量是连续量，多数是非电量。而PLC只能处理数字量、电量。为此，要有传感器把模拟量转换成电量。如果电量不标准，还需要变送器把电量变换为标准的电信号，如4～20 mA，1～5 V，0～10 V等，还需要模拟量输入模块，把这些标准的电信号变换为数字信号。还要有模拟量输出模块，把PLC处理后的数字量变换为模拟量，执行器根据模拟量的大小执行相应输出控制动作。一个完整的模拟量PLC控制过程是：用传感器采集信息，并把它变换成标准电信号送给模拟量输入模块；模拟量输入模块把标准电信号转换成CPU可处理的数字信息；CPU按要求对信息进行处理，产生相应的控制信息，并传送给模拟量输出模块。

1.2 目的控制

（1）使系统的某个量保持恒值的控制称为自动调节。

（2）使系统状态按给定的方式随时间或程序变化的控制称为程序控制。

（3）使系统状态随外部信号变化而变化的控制称为随动控制。

（4）在满足约束条件下，使系统某参数达到最优值的控制称为最优控制。

（5）使系统适应环境变化，始终处于最有利的状态控制称为自适应控制。

（6）使系统在对抗中处于有利地位。

2 模拟量模块EM235 应用技术

2.1 硬件设置与编程

（1）EM235模块接线时，对于电压信号，按正、负极直接接入X（A，B，C，D）＋和X－；对于电流信号，将RX和X＋短接后接入电流输入信号的“＋”端；未连接传感器的通道要将X＋和X－短接。为防止干扰[1]，应将信号负端与模块电源的M端短接。对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辨率。

（2）模块使用前应进行输入校准、用DIP开关设置EM235的单双极性、增益和衰减，设置后重新上电，具体设置说明见《S7-200系统手册》。

（3）选择称重传感器从量程、准确度等级、使用范围、使用环境等方面综合考虑[2-6]。本例中采用的称重传感器激励电压5～12 V，灵敏度2.0±0.05 mV/V，量程0～100 kg，配套的变送器BSQ-2供电电压24 V，输出信号电压0～10 V。模块DIP开关设置为拨码2，6为ON，其余为OFF。模块接线见图1a。

图1 接线与编程

（4）在S7-200中，单极性模拟量输入、输出信号的数值范围是0～32000，按比例对应传感器量程0～100 kg，换算公式为：Ov=[（Osh-Osl）×（Iv-Isl）/（Ish-Isl）]+Osl。式中，Ov换算结果；Iv换算对象；Osh换算结果的最大值；Osl换算结果的最小值；Ish换算对象的最大值；Isl换算对象的最小值。

（5）使用模拟量比例换算指令库Scaling可以方便的进行转换，程序如图1b所示。子程序Scale_I_to_R可用来进行模拟量输入到工程量的转换；子程序Scale_R_I可用于工程量到模拟量输出的转换。

2.2 触摸屏程序开发

触摸屏采用MCGS组态软件。可实现功能：①显示物体的重量值；②可设置称重区间，用于对物体重量的分选；③报警显示。

（1）PLC程序设计（图2），选用的PLC变量见表1。

（2）在MCGS组态软件中打开设备窗口，进行设备组态（图3），添加通用串口设备和西门子S7-200 PPI，注意需要修改波特率等通讯参数。依次将重量值、称重下限、称重上限、报警信号分别连接PLC变量VD100、VD104，VD108，M0.2，对报警信号的连接需要勾选可见度属性，设置当表达式非零时，对应图符不可见。

图2 梯形图

表1 PLC变量

图3 组态窗口

［1］牟明朗，顾元国.浅谈PLC模拟量使用中的防干扰技术[J].自动化与仪器仪表，2012，（6）：153-156．

［2］冯杰，杨志．一种基于PLC+HMI控制的新型称重系统设计[J].机械工程师，2014，（1）：98-99．

［3］汪小兵，吴明亮，余淑荣.基于PLC的称重配送料系统的设计[J].机械与电子，2011，（3）：34-36．

［4］王亚妮，卢军党，邹超等.微小质量片状物料自动重量分选机的设计[J].包装与食品机械，2012，（3）:36-40.

［5］庄育锋，翟宇.微量药品单元动态称重系统的设计与实现[J].仪器仪表学报，2013，（2）:379-387.

［6］高艳雯．输送带在线动态实时称重系统的研究[D]．兰州理工大学，2007:20-24.

〔编辑李波〕

TM571.6

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.39