系統控制原理及要求

洗衣機用水位傳感器的工作原理是將水位高度的變化轉換成傳感器內部膜片上壓力的變化，從而導致傳感器輸出電感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換成振蕩頻率的變化，不同的水位高度通過水位傳感器可以產生不同的振蕩頻率，最后通過檢測振蕩頻率與水位高度的對應關系，就可實現水位傳感器的質量檢測。

 
圖1：控制系統原理框圖

圖1為控制系統原理框圖。測試系統要求能在不同的水位高度時，準確測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量精度要求較高，因此，對測試系統的要求較高。

作為主電機的直流電動機由PLC進行控制，電機實現PID調速，電機的輸出通過減速機構與執行機構相連，最后帶動細鋼管在水箱中上下移動來按檢測要求控制管內水位高度的準確變化，通過編碼器實現水位高度變化的實時檢測，頻率的實時檢測由PLC的高速計數器來完成。控制命令的輸入接PLC的輸入端，PLC的輸出端接執行繼電器和工作狀態指示燈等。

系統中采用觸摸屏作為人機界面，顯示操作畫面，進行參數修改和指令輸入。通過觸摸屏可實現水位上升、下降高度等參數的設定和修改，實現實際水位高度變化、輸出振蕩頻率和總產量等的實時顯示等，并可對工作進程進行實時監控。

控制系統硬件組成

根據水位傳感器測試系統的工藝特點和控制要求，本系統選用三菱公司的FX1N-24MR基本型PLC，共有24點輸入輸出，其中14個輸入點，10個繼電器輸出點，其環境溫度、抗沖擊、抗噪聲等性能指標均能滿足要求。

圖2為PLC控制系統硬件接線圖。輸入X0～X1為編碼器的A、B相輸出脈沖信號，X3為振蕩頻率信號，X4～X14為按鈕、選擇開關、限位開關和計數開始等信號，輸出Y0～Y7分別控制繼電器、信號指示燈等。

 
圖2：控制系統硬件接線圖

水位高度的測量主要是通過編碼器來完成，編碼器的A、B相可向可編程序控制器的高速計數端發出脈沖，并通過高速計數器C251獲得該脈沖的計數值。當電動機轉動時，高速計數器的計數值就會不斷累加。通過傳動機構的合理設置，每個脈沖對應0.25mm的水位高度變化，通過編程計算，可以算出實際水位高度的變化。

振蕩信號頻率的測量可利用PLC的高速計數器C253完成，通過編程，可以利用高速計數器C253在規定的時間內（如3s）對振蕩信號的脈沖數進行計數，并將計數值取出并放在數據存儲器D0中，那么將D0中的值除以3所得的值就是所要測量的振蕩頻率的大小。

觸摸屏選用臺灣生產的性價比較高的PWS6600S，配備有5.7?高清晰度液晶顯示屏，分辨率為320×240，通過一個RS232串口與PLC實現串行通訊。支持靜態文字控件，支持on/off按鈕、數值輸入、畫面按鈕、數值顯示、狀態指示燈控件等動態對象，支持中文顯示。

當在靜態文字控件中指定變量時，觸摸屏能夠在屏幕上實時顯示與之相連的PLC中的變量值，這給工作人員實現系統監控和狀態檢測提供了較大的方便。

當操作人員觸摸數值輸入控件時，PWS6600S自動彈出虛擬數字鍵盤，包括0～9等數字和清空、取消、刪除和確定等。輸入數字后按取消鍵取消可輸入值，按確定鍵確定輸入，虛擬數字鍵盤消失后，控件中的數字也就成為輸入值，相應的PLC中對應變量也隨之改變。

操作人員觸摸on/off按鈕、畫面按鈕、狀態指示燈和數值顯示等控件時，PWS6600S可以觸發按鈕按下、按鈕彈起、畫面切換、狀態顯示和數值顯示等，操作人員可以進行清除數據、改變工作模式、選擇屏幕畫面等工作。

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系統軟件設計

系統軟件包括PLC控制軟件和觸摸屏軟件兩部分。

PLC具有豐富的編程指令，軟件設計環境良好，可采用梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）和指令表（IL）等基本的編程語言。本系統采用梯形圖編程，編程軟件為FXGP，先利用計算機（PC）進行編程和調試，調試成功后通過接口電纜將控制程序下載到PLC中。

 
圖3：PLC程序控制流程圖

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鋼管按測試要求分七段進行上升和下降，以便測試不同水位高度時傳感器輸出的頻率大小，從而判斷水位傳感器的質量好壞。圖3為PLC程序控制流程圖。

PWS6600S觸摸屏畫面由專用支持軟件ADP6.0進行設計組態，先在個人計算機上用該軟件設計窗口、菜單、按鈕等界面，設計完成后通過 RS232串行口將程序下載至PWS6600S觸摸屏內存中，由PLC對觸摸屏狀態控制區和通知區進行讀寫達到兩者之間的信息交互。PLC讀觸摸屏狀態通知區中的數據，得到當前畫面號，而通過寫觸摸屏狀態控制區的數據，強制切換畫面。觸摸屏加電后就進入設計畫面，通過觸摸屏按鈕可顯示和修改PLC數據存儲器的數據，實現與PLC的通訊。

整個畫面由兩部分組成：一部分為顯示畫面，主要包括系統畫面、測試系統的運行狀態、水位高度顯示、振蕩頻率輸出、顯示每天的總產量等畫面，如圖4所示;另一部分為參數設定畫面，主要用來設定工作模式、水位分段上升、下降的數值等，如圖5所示。

 
圖4：顯示界面

 
圖5：參數設定界面

由于PWS6600S觸摸屏具有較強的人機交互功能，以及簡便的操作特性，簡潔的界面和高可靠性，因此得到了較好的使用效果。

結束語

將PLC和觸摸屏技術應用于水位傳感器檢測系統，使操作更加簡便，速度、水位高度可按測試要求進行控制，極大地提高了系統的可靠性和工作效率，控制精度高，操作性強，并可通過觸摸屏觀察PLC內部的工作情況和現場工況，核定相關參數，操作靈活、方便。

本系統成功開發以來，已先后在多家為洗衣機生產廠家配套的水位傳感器生產廠家投入使用，系統穩定可靠，經濟效益十分明顯，同時，因其操作簡單、實用性強，數據可實時監控等特點，受到用戶的普遍好評。