王坤

（遼寧工程職業(yè)學院，遼寧 鐵嶺 112008）

0 引言

高度測量系統應用于機械、模具、五金等多種行業(yè)與多種場合，主要用于測量工件的高度，也可測量形狀和位置公差尺寸。汽車座椅采用聚氨酯發(fā)泡填充，聚氨酯發(fā)泡的硬度、回彈性、隔熱性、舒適性、結實耐用性在汽車的銷售及使用中都起到重要作用，因此聚氨酯發(fā)泡工藝極為重要。本文設計一款智能泡沫起升測量裝置，用于測量發(fā)泡過程曲線，保存數據并生成報告。

1 系統結構

檢測設備的控制系統以西門子S7-1200 PLC 為主控制器，S7-1200 控制器使用靈活，功能強大，具有模塊化、結構緊湊以及組態(tài)靈活的特點，適用于多種場合[1]。

設備模塊本身自帶兩組模擬量輸入，無須新增模塊。選擇超聲波傳感器（型號：Microsonic mic+25/D），檢測范圍30~250 mm；圓柱形反射式傳感器，測量分辨率0.025 mm，重復精度±0.15%，用于測量泡沫聚氨酯、玻璃填充的環(huán)氧樹脂；選用西門子TP700 觸摸屏為上位機，實現設備操作、數據讀取、曲線監(jiān)控、數據保存等功能。測量裝置結構如圖1 所示。

圖1 測量裝置結構圖

2 硬件設計

設備集成14 點輸入10 點輸出數字量，2路輸入模擬量，2 個自動化總線接口，用于編程、HMI(人機界面)、PLC 或其他設備的數據通信，通過開放的以太網協議與第三方設備通信[2]。I/O 分配表如表1 所示。

表1 PLC I/O分配表

超聲波傳感器（型號：Microsonic mic+25/D）共有5 根引腳，其中黑色為信號線接入PLC 模擬量通道0。將傳感器固定在支架上方，底座放置攪拌杯。測量方式有兩種，一種以底座為零點，一種以上方為零點。根據裝置的使用方法，需用傳感器的灰色線進行示教，標定底座為零點，則傳感器的測量值即為泡沫的起升高度。PLC 和觸摸屏之間采用以太網通信，IP 地址設定為192.168.0.1，觸摸屏IP 地址設定為192.168.0.2。

3 軟件設計

選用博途V15.1 編寫PLC 程序及制作觸摸屏畫面，博途是西門子全集成自動化門戶軟件，可減少重復輸入，共享數據庫。限幅消抖濾波法是一種消除隨機干擾的有效方法，可以濾除偶然因素引起的脈沖干擾，但是要求對系統的采樣數據范圍有準確的判斷，如果允許誤差值設置不合理，可能會過濾系統中的正常數據[3]。

比較相鄰兩個時刻的采樣值，記錄t(n)和t(n-1)時刻所讀到的連續(xù)兩個模擬量的值y(n)和y(n-1)，根據正常值估計并確定兩次采樣的最大允許誤差，如超過最大允許誤差，則認為發(fā)生了隨機干擾，并認為后一次采樣值為非法值，該采樣不采用。若未超過允許的最大偏差，則認為是有效采樣。

測量裝置設置手動和自動模式：手動模式下，將手自動開關切換為手動-踩下腳踏開關開始攪拌30 s-時間繼電器計時-點擊測量按鈕-生成測量曲線-發(fā)泡結束按下停止測量按鈕；自動模式下，將手自動開關切換為自動-踩下腳踏開始攪拌-30 s 后自動停止并開始測量-生成測量曲線-高度不發(fā)生變化后停止。

4 ～20 mA 電流信號對應PLC 5 536-27 648 的數字量，對應超聲波傳感器的測量范圍30 ～250 mm。在博途軟件中使用標準化NORM_X 和縮放SCALE_X 指令作模數轉換,將傳感器測量的4 ～20 mA 電流信號轉換為距離30 ～250 mm。模數轉換程序如圖2 所示。

圖2 模數轉換程序

在PLC 屬性中，點擊“Web 服務器功能”，勾選“在此設備的所有模塊上激活Web服務器”，在監(jiān)視窗口中選擇所要監(jiān)視的變量“高度”，則可在PLC“192.168.0.1”的主頁中遠程監(jiān)控測量高度。

西門子TP700 觸摸屏作為上位機，用于監(jiān)控高度起升曲線。如不設置觸摸屏實物，也可選用博途軟件HMI 功能進行仿真。仿真前對計算機進行必要設置，在“控制面板”中，雙擊“Communication Settings”，對“S7Online”進行網卡選擇，在相關接口參數分配中選擇“Realtek PClE GbE Family Controller TCPIP Auto.1”,即可仿真為上位機。

泡沫起升高度數據可在監(jiān)控下保存并生成PDF 報告，報告樣例如圖3 所示。

圖3 報告樣例

4 結語

智能泡沫起升測量裝置選用西門子PLC 讀取超聲波傳感器測量的高度，在上位機顯示高度的實時曲線，記錄開始時間、最大高度、最終高度、開始時間、混合時間、上升時間、測試時間、高度縮小時間等關鍵數據，生成數據報告，可在Web 中查看實時數據，實現了設計功能并達到了其他設計要求。