基于PLC,的重量测试系统的设计

刘华锋，刘慧燕，许东霞

（广东环境保护工程职业学院，广东 佛山 528216）

重量是水果及海鲜产品等级分类的一个重要参数，等级不同的产品在市场上受欢迎的程度不同，售卖的价格也不一样。为获得较大的经济效益，果农或渔民往往会对这些农副产品分级。传统的分级模式基本上是依靠人工分拣，人工分拣受主观因素影响比较大，人工分拣的效率也比较低，这也影响到农副产品等级划分的另一个重要参数--新鲜度。为减少主观因素对产品等级的影响，设计了这套实时重量测量系统。

如图1 所示，本文采用SMART 200 型PLC 作为系统的控制器件，采用某品牌的重力传感器来采集重量信号，采用配套的变送器将重力传感器采集的模拟量信号转化为PLC 能够识别的量。

图1 系统硬件组成图

1.1 重力传感器的工作原理介绍

重力传感器是基于应变效应而设计的。在外力作用下，导体或者半导体材料会产生机械变形，机械变形会导致该材料的电阻发生变化。将应变式电阻粘贴在用于称重的悬臂梁上，当待称重的物体放置于悬臂梁上时，悬臂梁在重物重力的作用下，会发生弯曲变形，粘贴在悬臂梁上的应变式电阻片也随之发生变形，从而引起电阻阻值的变化。为了将应变式电阻片阻值的变化转换为易接收和处理的电信号，特引入惠斯通电桥作为转换电路，转换电路如图2所示。

图2 惠斯通单臂电桥

在上述表达式中，应变电阻ΔR1远小于R1，为简便计算，分母处忽略掉ΔR1，所以上述等式可进一步改写成：

根据惠斯通电桥平衡条件知：

所以：

R1、R2、R3、R4以及E 均为常数，由上式可知，电桥输出电压与被测应变量呈线性关系。

1.2 转换关系推导

本设计中，选用的重力传感器测量范围为0～5kg，输出电流为4～20mA，即当称重物体的重量为0时，输出电流为4mA，当称重重量为5kg时，输出电流为20mA。模拟量转换模块接收到变送器输出电流信号后，会将对应的电流值转换为数值，变送器输出的电流为4～20mA时，对应的数据变化为5530～27648。由以上对应关系不难发现，重量传感器的测量范围0～5kg 对应着PLC 识别的模拟量数值5530～27648，根据重力传感器的线性特性可知：

图3 AD 转换图

A 点坐标（0,5530），B 点坐标（0，AIW16），C 点坐标（0，27648），D 点坐标（5，27648），E 点坐标（T，AIW16）

根据相似三角形的特性可得：

代入数值：

通过简单运算，即可得出当称重物体的重量T与PLC 识别模拟量数据之间的转换关系式：

在使用变送器前，需要校准变送器输出的电信号以减小测量误差。需要选定变送器的两个极值点，再分别调节变送器电流零点调节旋钮和电流满度调节旋钮，使变送器输出的模拟量数值等于理论值，这样就完成了变送器的校准。可以按照如下步骤实施。空置重力传感器，此时变送器传递给PLC 的模拟量的理论数值应该是5530，调节变送器的电流零点调节，使PLC 识别的模拟量数值（AIW16）为5530，第一个极值点校准完毕。在重力传感器上放置5kg 的砝码，调节变送器的电流满度调节旋钮，使PLC 识别的模拟量数值（AIW16）为27648，第二个极值点校准完毕。两个极值点校准完毕后，重力传感器线性变化的斜率也就确定了，变送器校准完毕。

PLC 在做数据处理时，要求各数据的数据类型一致，数据类型不一致的数据，PLC 不能运算。在公式（2）中，从变送器传送至PLC 的模拟量数值AIW16为16 位的整数，需要将其转化为32 位的整数后才能再将其转化为32 位的实数，再才能做SUB_R、DIV_R 和MUL_R 运算，最终计算的结果为实数。为方便显示称重结果，本系统中还引入了触摸屏。当触摸屏和PLC 通信成功后，在触摸屏页面中添加文字标签，在显示输出界面中连接上PLC 对应的变量即可。如图4 所示。

图4 触摸屏变量连接

本系统经过反复测试，测量结果准确，操作方便快捷，系统运行稳定可靠。本系统采用PLC 作为控制器件，用触摸屏显示测量结果，增加了系统的灵活性，也为自动分级系统的设计奠定了基础。