1、引言
目前，可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC）由于具有功能強(qiáng)、可編程、智能化等特點(diǎn)，已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中最主要的自動(dòng)化裝置之一，它是當(dāng)前電氣程控技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)手段。用PLC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電器控制方式，可簡(jiǎn)化接線，方便調(diào)試，提高系統(tǒng)可靠性。
觸摸屏是專為PLC應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種高科技人機(jī)界面產(chǎn)品，由于操作簡(jiǎn)便、界面美觀、節(jié)省控制面板空間、性價(jià)比高和人機(jī)交互性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已越來(lái)越多地被應(yīng)用于工業(yè)控制等領(lǐng)域。
本文利用PLC和觸摸屏技術(shù)研制了水位傳感器測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于進(jìn)行洗衣機(jī)用水位傳感器的質(zhì)量檢測(cè)，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、自動(dòng)化程度高，代替了以前的純手動(dòng)操作，較好地滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求，提高了生產(chǎn)效率。
2、系統(tǒng)控制原理及要求
洗衣機(jī)用水位傳感器的工作原理是將水位高度的變化轉(zhuǎn)換成傳感器內(nèi)部膜片上壓力的變化，從而導(dǎo)致傳感器輸出電感L的變化，將水位傳感器輸出電感與外部電路組成LC振蕩電路，就可將電感的變化轉(zhuǎn)換成振蕩頻率的變化，不同的水位高度通過(guò)水位傳感器可以產(chǎn)生不同的振蕩頻率，最后通過(guò)檢測(cè)振蕩頻率與水位高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可實(shí)現(xiàn)水位傳感器的質(zhì)量檢測(cè)。
圖1 控制系統(tǒng)原理框圖
圖1為控制系統(tǒng)原理框圖。測(cè)試系統(tǒng)要求能在不同的水位高度時(shí)，準(zhǔn)確測(cè)量出由水位傳感器組成的振蕩電路的振蕩頻率，水位高度和振蕩頻率的測(cè)量精度要求較高，因此，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的要求較高。
作為主電機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)由PLC進(jìn)行控制，電機(jī)實(shí)現(xiàn)PID調(diào)速，電機(jī)的輸出通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，最后帶動(dòng)細(xì)鋼管在水箱中上下移動(dòng)來(lái)按檢測(cè)要求控制管內(nèi)水位高度的準(zhǔn)確變化，通過(guò)編碼器實(shí)現(xiàn)水位高度變化的實(shí)時(shí)檢測(cè)，頻率的實(shí)時(shí)檢測(cè)由PLC的高速計(jì)數(shù)器來(lái)完成。控制命令的輸入接PLC的輸入端，PLC的輸出端接執(zhí)行繼電器和工作狀態(tài)指示燈等。
系統(tǒng)中采用觸摸屏作為人機(jī)界面，顯示操作畫面，進(jìn)行參數(shù)修改和指令輸入。通過(guò)觸摸屏可實(shí)現(xiàn)水位上升、下降高度等參數(shù)的設(shè)定和修改，實(shí)現(xiàn)實(shí)際水位高度變化、輸出振蕩頻率和總產(chǎn)量等的實(shí)時(shí)顯示等，并可對(duì)工作進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
3、控制系統(tǒng)硬件組成
根據(jù)水位傳感器測(cè)試系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)和控制要求，本系統(tǒng)選用三菱公司的FX1N-24MR基本型PLC，共有24點(diǎn)輸入輸出，其中14個(gè)輸入點(diǎn)，10個(gè)繼電器輸出點(diǎn)，其環(huán)境溫度、抗沖擊、抗噪聲等性能指標(biāo)均能滿足要求。
圖2為PLC控制系統(tǒng)硬件接線圖。輸入X0～X1為編碼器的A、B相輸出脈沖信號(hào)，X3為振蕩頻率信號(hào)，X4～X14為按鈕、選擇開關(guān)、限位開關(guān)和計(jì)數(shù)開始等信號(hào)，輸出Y0～Y7分別控制繼電器、信號(hào)指示燈等。
圖2 控制系統(tǒng)硬件接線圖
水位高度的測(cè)量主要是通過(guò)編碼器來(lái)完成，編碼器的A、B相可向可編程序控制器的高速計(jì)數(shù)端發(fā)出脈沖，并通過(guò)高速計(jì)數(shù)器C251獲得該脈沖的計(jì)數(shù)值。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就會(huì)不斷累加。通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理設(shè)置，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的水位高度變化，通過(guò)編程計(jì)算，可以算出實(shí)際水位高度的變化。
振蕩信號(hào)頻率的測(cè)量可利用PLC的高速計(jì)數(shù)器C253完成，通過(guò)編程，可以利用高速計(jì)數(shù)器C253在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（如3s）對(duì)振蕩信號(hào)的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)值取出并放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器D0中，那么將D0中的值除以3所得的值就是所要測(cè)量的振蕩頻率的大小。
觸摸屏選用臺(tái)灣生產(chǎn)的性價(jià)比較高的PWS6600S，配備有5.7英寸高清晰度液晶顯示屏，分辨率為320×240，通過(guò)一個(gè)RS232串口與PLC實(shí)現(xiàn)串行通訊。支持靜態(tài)文字控件，支持on/off按鈕、數(shù)值輸入、畫面按鈕、數(shù)值顯示、狀態(tài)指示燈控件等動(dòng)態(tài)對(duì)象，支持中文顯示。
當(dāng)在靜態(tài)文字控件中指定變量時(shí)，觸摸屏能夠在屏幕上實(shí)時(shí)顯示與之相連的PLC中的變量值，這給工作人員實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控和狀態(tài)檢測(cè)提供了較大的方便。
當(dāng)操作人員觸摸數(shù)值輸入控件時(shí)，PWS6600S自動(dòng)彈出虛擬數(shù)字鍵盤，包括0～9等數(shù)字和清空、取消、刪除和確定等。輸入數(shù)字后按取消鍵取消可輸入值，按確定鍵確定輸入，虛擬數(shù)字鍵盤消失后，控件中的數(shù)字也就成為輸入值，相應(yīng)的PLC中對(duì)應(yīng)變量也隨之改變。
當(dāng)操作人員觸摸on/off按鈕、畫面按鈕、狀態(tài)指示燈和數(shù)值顯示等控件時(shí)，PWS6600S可以觸發(fā)按鈕按下、按鈕彈起、畫面切換、狀態(tài)顯示和數(shù)值顯示等事件，操作人員可以進(jìn)行清除數(shù)據(jù)、改變工作模式、選擇屏幕畫面等工作。
4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件包括PLC控制軟件和觸摸屏軟件兩部分。
PLC具有豐富的編程指令，軟件設(shè)計(jì)環(huán)境良好，可采用梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）和指令表（IL）等基本的編程語(yǔ)言。本系統(tǒng)采用梯形圖編程，編程軟件為FXGP，先利用計(jì)算機(jī)（PC）進(jìn)行編程和調(diào)試，調(diào)試成功后通過(guò)接口電纜將控制程序下載到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細(xì)鋼管按測(cè)試要求分七段進(jìn)行上升和下降，以便測(cè)試不同水位高度時(shí)傳感器輸出的頻率大小，從而判斷水位傳感器的質(zhì)量好壞。圖3為PLC程序控制流程圖。
圖3 PLC程序控制流程圖
PWS6600S觸摸屏畫面由專用支持軟件ADP6.0進(jìn)行設(shè)計(jì)組態(tài)，先在個(gè)人計(jì)算機(jī)上用該軟件設(shè)計(jì)窗口、菜單、按鈕等界面，設(shè)計(jì)完成后通過(guò) RS232串行口將程序下載至PWS6600S觸摸屏內(nèi)存中，由PLC對(duì)觸摸屏狀態(tài)控制區(qū)和通知區(qū)進(jìn)行讀寫達(dá)到兩者之間的信息交互。PLC讀觸摸屏狀態(tài)通知區(qū)中的數(shù)據(jù)，得到當(dāng)前畫面號(hào)，而通過(guò)寫觸摸屏狀態(tài)控制區(qū)的數(shù)據(jù)，強(qiáng)制切換畫面。觸摸屏加電后就進(jìn)入設(shè)計(jì)畫面，通過(guò)觸摸屏按鈕可顯示和修改PLC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與PLC的通訊。
整個(gè)畫面由兩部分組成：一部分為顯示畫面，主要包括系統(tǒng)畫面、測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、水位高度顯示、振蕩頻率輸出、顯示每天的總產(chǎn)量等畫面，如圖4所示；另一部分為參數(shù)設(shè)定畫面，主要用來(lái)設(shè)定工作模式、水位分段上升、下降的數(shù)值等，如圖5所示。
由于PWS6600S觸摸屏具有較強(qiáng)的人機(jī)交互功能，以及簡(jiǎn)便的操作特性，簡(jiǎn)潔的界面和高可靠性，因此得到了較好的使用效果。
5、結(jié)束語(yǔ)
將PLC和觸摸屏技術(shù)應(yīng)用于水位傳感器檢測(cè)系統(tǒng)，使操作更加簡(jiǎn)便，速度、水位高度可按測(cè)試要求進(jìn)行控制，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和工作效率，控制精度高，操作性強(qiáng)，并可通過(guò)觸摸屏觀察PLC內(nèi)部的工作情況和現(xiàn)場(chǎng)工況，核定相關(guān)參數(shù)，操作靈活、方便。
本系統(tǒng)成功開發(fā)以來(lái)，已先后在多家為洗衣機(jī)生產(chǎn)廠家配套的水位傳感器生產(chǎn)廠家投入使用，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，同時(shí)，因其操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)監(jiān)控等特點(diǎn)，受到用戶的普遍好評(píng)。
