鄔冬杰 李宗澤 王璽鋒

摘要：介紹了基于PLC可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)小電阻檢測(cè)的方案，該方案通過EM231模擬輸入熱電阻模塊實(shí)現(xiàn)電阻值測(cè)量.使用西門子Smart700IE觸摸屏進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)和電阻值顯示.CPU224XP進(jìn)行系統(tǒng)控制。論述了小電阻檢測(cè)設(shè)計(jì)方案、控制原理及主要配置，重點(diǎn)闡述了PLC可編程邏輯控制器系統(tǒng)對(duì)電阻值的檢測(cè)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與顯示。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器;熱電阻模塊;小電阻;檢測(cè)

0引言

s7-200是由西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)開發(fā)、生產(chǎn)的小型模塊化PLC系統(tǒng)。$7-200PLC除了能夠進(jìn)行傳統(tǒng)的繼電邏輯控制、計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)控制外，還能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，處理模擬量信號(hào)，支持多種協(xié)議和形式的數(shù)據(jù)通信，在航空產(chǎn)品檢測(cè)、自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

在航空產(chǎn)品維護(hù)保障過程中，常常需要對(duì)電纜導(dǎo)通性、電池電阻等性能進(jìn)行檢測(cè)，這些指標(biāo)涉及的電阻值基本都在100Ω以下，而s7-200目前還沒有專門針對(duì)電阻值進(jìn)行測(cè)量的擴(kuò)展模塊。本項(xiàng)目是基于EM231模擬輸入RTD模塊測(cè)量溫度的功能，以被測(cè)電阻替代RTD熱電阻的方式，實(shí)現(xiàn)0～600Q電阻值的測(cè)量。

1工作原理

本項(xiàng)目采用西門子s7-200CPU224XP作為核心控制系統(tǒng)，具有14路數(shù)字輸.k/10路數(shù)字輸出，2路模擬量輸入/1路模擬量輸出，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展EM231模擬輸入RTD模塊（2輸入）用于電阻值檢測(cè)，擴(kuò)展Smart700IE觸摸屏用于人機(jī)界面設(shè)計(jì)和電阻值顯示，方案的原理框圖如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目主要由CPU224XP、EM231模擬輸入RTD模塊及Smart700IE觸摸屏構(gòu)成。

2.1電阻值檢測(cè)模塊

EM231模擬輸入RTD模塊是模擬量模塊的特殊形式，可以直接連接RTD熱電阻以測(cè)量溫度，允許$7-200測(cè)量三個(gè)不同的電阻范圍，可以將檢測(cè)到的電阻值轉(zhuǎn)換為15位帶符號(hào)數(shù)據(jù)，輸出的電阻數(shù)據(jù)字格式為0至+27648;理論上電阻測(cè)量精度為FS/27648，測(cè)量誤差為0.1%FS，模塊轉(zhuǎn)換時(shí)間為405ms左右;模塊具有8個(gè)DIP開關(guān)，通過設(shè)置DIP開關(guān)可以選擇熱電阻的類型、接線方式、溫度測(cè)量單位和傳感器，其中DIP開關(guān)SWl、2、3、4和5用于選擇RTD的類型及電阻范圍，SW8選擇接線方式，當(dāng)SWl～5設(shè)為11101、11110、11111時(shí)，分別對(duì)應(yīng)150Ω、300Ω、600Ω電阻范圍。RTD模塊與傳感器或電阻的接線有三種方式（如圖2所示），精度最高的是4線連接（需要設(shè)置SW8為1）。

以設(shè)定150Q電阻范圍為例，CPU224XP接收EM23 1模擬輸入RTD模塊輸出的數(shù)據(jù)，通過下述公式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電阻值：

其中，R為轉(zhuǎn)換后的電阻值（單位Ω），x為EM231模擬輸入RTD模塊輸出的模擬數(shù)據(jù)。

2.2電阻值顯示

Smart700IE觸摸屏準(zhǔn)確地提供了人機(jī)界面的標(biāo)準(zhǔn)功能，性價(jià)比高，與s7200PLC可以組成完美的自動(dòng)化控制與人機(jī)交互平臺(tái)，其屏幕為7寸寬屏，分辨率800×600。

本項(xiàng)目使用人機(jī)界面組態(tài)軟件WinCC Flexible開發(fā)界面，在Smart700IE觸摸屏接收CPU224XP輸出的電阻值并顯示在界面10域中。為使電阻值能夠正確顯示并確保精度，該10域的正確配置也是關(guān)鍵，配置的參數(shù)需要與程序協(xié)同運(yùn)行。本項(xiàng)目將該10域格式類型設(shè)為十進(jìn)制，格式樣式為999999，移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)2位。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

CPU224XP有2路模擬量輸入，地址分別為AIW0、AIW2，擴(kuò)展EM231模擬輸入RTD模塊后，模塊輸出的模擬數(shù)據(jù)地址為AIW4、AIW6。為使檢測(cè)到的電阻值能夠在觸屏中正確顯示，需要對(duì)EM23 1模擬輸jkRTD模塊輸出的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換和運(yùn)算，分別將整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)，乘以15000，除以27648，最后取整。主要的軟件設(shè)計(jì)代碼如圖3所示。

4驗(yàn)證

設(shè)計(jì)完成的人機(jī)界面如圖4所示。在0～150Q范圍內(nèi)選取100個(gè)值進(jìn)行測(cè)試，以驗(yàn)證項(xiàng)目性能。驗(yàn)證數(shù)據(jù)如圖5所示。系統(tǒng)測(cè)量電阻的精度為O.01Ω，系統(tǒng)誤差0.85～0.88Ω，誤差可以通過軟件進(jìn)行補(bǔ).償，補(bǔ)償后可將系統(tǒng)誤差控制在0.05Ω范圍內(nèi)。

5結(jié)束語

通過使用CPU224XP、EM231模擬輸入RTD模塊及Smart700IE觸摸屏，實(shí)現(xiàn)了對(duì)0～600Ω電阻值的自動(dòng)檢測(cè)和數(shù)值顯示。項(xiàng)目采用的EM231模擬輸入RTD模塊有2路輸入，可以同時(shí)檢測(cè)2路電阻值，實(shí)時(shí)性高。由于s7-200PLC具有種類繁多的擴(kuò)展模塊，因其模塊化的靈活設(shè)計(jì)還可以擴(kuò)展出其他功能。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，基于$7-200PLC構(gòu)建的電阻檢測(cè)系統(tǒng)可以勝任各種小電阻檢測(cè)領(lǐng)域，能夠滿足較高精度的自動(dòng)化檢測(cè)需求，同時(shí)具有較好的人機(jī)交互性和高的性價(jià)比，是一種切實(shí)可行的電阻檢測(cè)方案。