泡沫起升仪的设计

王 坤

(辽宁工程职业学院，辽宁 铁岭 112008)

1 泡沫起升仪的组成

泡沫起升仪是用来测试聚氨酯类化学发泡起升高度的仪器，多应用于汽车行业、家具行业和建筑行业。其硬件由西门子S7-200 SMART PLC、路由器、PC、超声波传感器、继电器、开关电源、LED指示灯及开关等组成，其组成示意图如图1所示。超声波传感器测量得出的距离，转换成4～20mA的电流信号，PLC通过模拟量模块读取电流信号，将模拟量信号转换成数字量信号，PLC与PC通过以太网连接，将PLC内存变量保存的数据传递给组态王，制作组态王画面，生成曲线，配置参数等，可以实现对泡沫高度的实时检测、记录、分析及输出。

图1 泡沫起升仪结构

S7-200 SMART PLC是西门子公司生产的一款高性价比小型PLC，具有高性能、高集成、更简约的特点。S7-200 SMART与S7-200相比，S7-200 SMART控制器的主机为用户提供了网口，方便用户采用以太网通信，用以太网和交换机可以实现多态PLC、HMI和计算机的通信；S7-200 SMART采用普通的SD卡，而S7-200采用专用的扩展存储卡；S7-200 SMART在CPU的处理速度上也有提升，高速脉冲输出口增加了一路。

超声波传感器将超声信号转换成0～5V的电压信号或者4～20mA的电流信号。超声波发射装置发射超声波开始计时，在空气中传播，碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器接受到反射波就立即停止计时，超声波在空气中传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即：s=340*t/2。选用mic+25型号的超声波传感器，检测范围为30～350mm，测量距离的内置分辨率是0.025mm，工作温度-25℃～70℃，一共有5个引脚，1脚和3脚分别是+US和-US，2脚接PLC模拟量的输入端。

数据检测及记录由组态王软件来完成，组态王与PLC通过以太网通信交换数据，可在PC机实时显示检测的数据、生成曲线、生成报表及报警等信息。组态王拥有可视化操作界面，无需触摸屏即可实现监控功能，是工业现场应用较多的一款通用软件，可以对整个监控过程进行数据汇总、分析及管理，及时有效地获取信息，及时做出反应，获得最优化结果。

2 硬件电路设计

PLC的CPU选择SR20标准型CPU模块，继电器输出型，220V交流供电，12输入，8输出，模拟量模块选择2输入1输出的EM AM03型号。

表1 PLC I/O分配表

其中输入信号有脚踏开关、手自动开关、时间继电器、零点标定、开始、停止和急停，分配输入点I0.0～I0.7，输出信号包括搅拌器、时间继电器电源、风扇、电源指示灯、通信指示灯、手自动指示灯等，分配输出点Q0.0～Q0.7。

3 软件设计

S7-200 SMART PLC应用的是STEP 7-MicroWIN SMART软件，该软件在使用上与S7-200稍有差别，只有少数几个与硬件有关的指令存在差异，其他指令与S7-200相同。而S7-200的其他结构程序、寻址方法、强大的通信功能、简化复杂任务的向导、库、PID功能都继承下来。

在软件设计中需要注意的是对模拟量的转换，PLC的模拟量模块接收的是传感器传送的4～20mA的线性电流信号，在PLC内部，处理器要把4～20mA的模拟量信号转换为5530～27648的数字量信号，因为4～20mA的电流信号对应30～350mm的高度，所以PLC就能将测量的高度转换成数字量。

系统控制要求是首先设定原料搅拌时间，然后踩下搅拌脚踏开关，当搅拌时间到搅拌停止，按下开始测量，泡沫开始发泡，控制器测量发泡高度并传送给PC，组态王记录数据，生成曲线，输出报表。

4 通信及画面

PLC、PC、组态王三方采用以太网的方式通信，PLC的IP地址为192.168.0.10，PC的IP地址为192.168.0.20，组态王软件在配置通信参数时将PLC地址填写正确。

需要注意的是S7-200 SMART PLC与组态王通信的时候，在组态王的软件里需要将安装的驱动文件中名为kvS7200的配置文件内容更给为：

[192.168.0.10]

LocalTSAP=0201

RemoteTSAP=0201

TpduTSAP=000A

SourceTSAP=0000

这样加载配置文件后组态王才能与PLC通信成功。

5 结论

采用超声波传感器测量发泡高度，S7-200 SMART PLC作为控制器处理数据及控制流程，组态王软件记录、保存数据，可以实现对发泡高度的高效、精确测量。