泡沫起升儀的設計

王 坤

(遼寧工程職業學院，遼寧 鐵嶺 112008)

1 泡沫起升儀的組成

泡沫起升儀是用來測試聚氨酯類化學發泡起升高度的儀器，多應用于汽車行業、家具行業和建筑行業。其硬件由西門子S7-200 SMART PLC、路由器、PC、超聲波傳感器、繼電器、開關電源、LED指示燈及開關等組成，其組成示意圖如圖1所示。超聲波傳感器測量得出的距離，轉換成4～20mA的電流信號，PLC通過模擬量模塊讀取電流信號，將模擬量信號轉換成數字量信號，PLC與PC通過以太網連接，將PLC內存變量保存的數據傳遞給組態王，制作組態王畫面，生成曲線，配置參數等，可以實現對泡沫高度的實時檢測、記錄、分析及輸出。

圖1 泡沫起升儀結構

S7-200 SMART PLC是西門子公司生產的一款高性價比小型PLC，具有高性能、高集成、更簡約的特點。S7-200 SMART與S7-200相比，S7-200 SMART控制器的主機為用戶提供了網口，方便用戶采用以太網通信，用以太網和交換機可以實現多態PLC、HMI和計算機的通信；S7-200 SMART采用普通的SD卡，而S7-200采用專用的擴展存儲卡；S7-200 SMART在CPU的處理速度上也有提升，高速脈沖輸出口增加了一路。

超聲波傳感器將超聲信號轉換成0～5V的電壓信號或者4～20mA的電流信號。超聲波發射裝置發射超聲波開始計時，在空氣中傳播，碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器接受到反射波就立即停止計時，超聲波在空氣中傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離s，即：s=340*t/2。選用mic+25型號的超聲波傳感器，檢測范圍為30～350mm，測量距離的內置分辨率是0.025mm，工作溫度-25℃～70℃，一共有5個引腳，1腳和3腳分別是+US和-US，2腳接PLC模擬量的輸入端。

數據檢測及記錄由組態王軟件來完成，組態王與PLC通過以太網通信交換數據，可在PC機實時顯示檢測的數據、生成曲線、生成報表及報警等信息。組態王擁有可視化操作界面，無需觸摸屏即可實現監控功能，是工業現場應用較多的一款通用軟件，可以對整個監控過程進行數據匯總、分析及管理，及時有效地獲取信息，及時做出反應，獲得最優化結果。

2 硬件電路設計

PLC的CPU選擇SR20標準型CPU模塊，繼電器輸出型，220V交流供電，12輸入，8輸出，模擬量模塊選擇2輸入1輸出的EM AM03型號。

表1 PLC I/O分配表

其中輸入信號有腳踏開關、手自動開關、時間繼電器、零點標定、開始、停止和急停，分配輸入點I0.0～I0.7，輸出信號包括攪拌器、時間繼電器電源、風扇、電源指示燈、通信指示燈、手自動指示燈等，分配輸出點Q0.0～Q0.7。

3 軟件設計

S7-200 SMART PLC應用的是STEP 7-MicroWIN SMART軟件，該軟件在使用上與S7-200稍有差別，只有少數幾個與硬件有關的指令存在差異，其他指令與S7-200相同。而S7-200的其他結構程序、尋址方法、強大的通信功能、簡化復雜任務的向導、庫、PID功能都繼承下來。

在軟件設計中需要注意的是對模擬量的轉換，PLC的模擬量模塊接收的是傳感器傳送的4～20mA的線性電流信號，在PLC內部，處理器要把4～20mA的模擬量信號轉換為5530～27648的數字量信號，因為4～20mA的電流信號對應30～350mm的高度，所以PLC就能將測量的高度轉換成數字量。

系統控制要求是首先設定原料攪拌時間，然后踩下攪拌腳踏開關，當攪拌時間到攪拌停止，按下開始測量，泡沫開始發泡，控制器測量發泡高度并傳送給PC，組態王記錄數據，生成曲線，輸出報表。

4 通信及畫面

PLC、PC、組態王三方采用以太網的方式通信，PLC的IP地址為192.168.0.10，PC的IP地址為192.168.0.20，組態王軟件在配置通信參數時將PLC地址填寫正確。

需要注意的是S7-200 SMART PLC與組態王通信的時候，在組態王的軟件里需要將安裝的驅動文件中名為kvS7200的配置文件內容更給為：

[192.168.0.10]

LocalTSAP=0201

RemoteTSAP=0201

TpduTSAP=000A

SourceTSAP=0000

這樣加載配置文件后組態王才能與PLC通信成功。

5 結論

采用超聲波傳感器測量發泡高度，S7-200 SMART PLC作為控制器處理數據及控制流程，組態王軟件記錄、保存數據，可以實現對發泡高度的高效、精確測量。