電子秤是起重機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，其通過傳感器將重量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?/span>,供起重機(jī) 電氣系統(tǒng)顯示和控制使用。本案例詳細(xì)介紹了S7平臺電子秤的所需硬件配置和軟件 編程以及測量數(shù)據(jù)的處理方法。

電子秤的硬件系統(tǒng)包括傳感器、變送器、模 擬量輸入模塊，起重機(jī)的重量傳感器安裝在主 鉤鋼絲繩定滑輪軸上,傳感器的應(yīng)變片電橋受 壓時(shí),阻值發(fā)生變化,從而使加在電阻上的電壓 發(fā)生變化。變送器將電壓變化信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn) 的模擬量電壓或電流信息，輸出到模擬量輸入 模塊,然后在西門子S7軟件塊OB1中調(diào)用標(biāo) 準(zhǔn)庫中的功能塊FC105計(jì)算。

1.模擬量的處理

1)首先將重量傳感器的輸出端連接到變 送器的信號輸入+和信號輸入-端子，變送器 的4 ~20 mA輸出端子連接到模擬量輸入模塊 的0號通道，同時(shí)模塊上的量程卡設(shè)置在“C ” 位置（4線制電流輸入）。處理流程見圖1。

傳感器:測量傳感器利用線性膨脹、角度扭 轉(zhuǎn)或電導(dǎo)率變化等原理來測量物理量的變化。

變送器:測量變送器將傳感器檢測到的變 化量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號，如：± 500 mV， ±10 V, ±20 mA，4…20 mA。這些標(biāo)準(zhǔn)白勺模f擬 信號將接到模擬輸入模塊上。

模數(shù)轉(zhuǎn)換:必須把模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,才 能被CPU處理。模擬輸入模塊中的ADC (模數(shù) 轉(zhuǎn)換器）用來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能。

結(jié)果存儲器:模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果存在結(jié)果存 儲器中，并一直保持到被一個新的轉(zhuǎn)換值所覆 蓋。可用“L PIW…”指令來訪問模數(shù)轉(zhuǎn)換的 結(jié)果。

2)模擬量模塊331的配置。通過量程卡上的適配開關(guān)可以設(shè)定測量的類型和范圍，沒有 量程卡的模擬量模塊具有適應(yīng)電壓和電流測量 的不同接線端子，這樣,通過正確地連接有關(guān)端 子可以設(shè)置測量的類型。

具有適配開關(guān)的量程卡安放在模塊的左 側(cè),在安裝模塊前必須正確地設(shè)置它，允許的設(shè) 置為“a”，“b” m

A為熱電偶/電阻測量；B為電壓輸入；C 為電流輸入(4線制）；D為電流輸入(2線制）

本文采用4線制的電流輸入和0號通道， 所以硬件組態(tài)見圖2。

硬件配置選項(xiàng)卡“輸入”上，測量型號： 4DMU就代表電流輸入(4線制）。

測J量范圍：+ /~3. 2 mA、+ /- 10 mA、+ 丨- 20 mA、0 ~20 mA、4 ~20 mA 共 5 種輸入?yún)?shù) 可選,這里必須和變送器的輸出范圍匹配,本例 選擇4 ~20 mA。

干擾頻率:該功能主要起濾波作用，對應(yīng)電 網(wǎng)電壓的頻率。

2.模擬量處理功能FC105的使用

2.1模擬量的規(guī)范化

模擬量規(guī)范化就是將輸入模塊的轉(zhuǎn)換值和 與輸入物理量一一對應(yīng)。起重機(jī)額定載荷為~40 t,對應(yīng)的模擬量電流4 ~20 mA,模擬模 塊的轉(zhuǎn)換值27 648對應(yīng)20 mA,轉(zhuǎn)換值0對應(yīng) 4 mA。見圖3。

STEP 7 軟件的 “Standard library”庫 中標(biāo)準(zhǔn)塊FC105用于規(guī)范化模擬量。打開 Libraries standard library TI - S7 Converting Blocks cl05,將其調(diào)入OB1中。其引腳定義見圖4。 SCALE功能接受一個整型值（IN)并將其轉(zhuǎn)換為工程單位介于下限和上限（LO_LIM和 HI_LIM)之間的實(shí)型值,并將結(jié)果輸出到OUT。 各個管腳輸入地址如下：

IN—模擬量模塊的輸入通道地址，數(shù)據(jù)類 型是單整數(shù),在硬件組態(tài)時(shí)分配；

HI_LIM—現(xiàn)場信號的最大量程值,數(shù)據(jù)類 型是實(shí)數(shù)；

LO_LIM—現(xiàn)場信號的最小量程值,數(shù)據(jù)類 型是實(shí)數(shù)；

BIPOLAR一極性設(shè)置，如果現(xiàn)場信號為+ 10V~ -10V (有極性信號），則設(shè)置為1,如果 現(xiàn)場信號為4 ~20 mA (無極性信號）；則設(shè)置 為 0；

OUT—現(xiàn)場信號值（帶工程量單位）；信號 類型是實(shí)數(shù),所以要用MD246來存放；

RET_VAL - FC105功能塊的故障字，可存 放在一個字里面，如果該程序塊執(zhí)行無誤，則 RET—VAL端輸出為0。

2.2實(shí)際值的計(jì)算

圖4中引腳“OUT”輸出工程量要轉(zhuǎn)化為實(shí) 際的物理量。電子秤信號變送器輸出4~ 20mA是單極性的，即BIPOLAR =0,十進(jìn)制轉(zhuǎn) 換范圍見表1。

額定載荷W = 40 t (0 ~ 40 000 kg )的起 重機(jī)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)字范圍為0 ~27 648,設(shè)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字為N，轉(zhuǎn)換公式為：

W = 40 000 x N/ 27 648 (kg)

注意在運(yùn)算時(shí)一定要先乘后除,否則可能 會損失原始數(shù)據(jù)的精度。

3.結(jié)論

電子秤計(jì)算實(shí)際載荷時(shí)，主要考慮以下 兩點(diǎn)：

1)不同的極性設(shè)置它的正常顯示范圍是 不一樣的,計(jì)算公式也就不一樣。所以設(shè)計(jì)電 子秤時(shí)定要先匹配現(xiàn)場量、變送量、轉(zhuǎn)換工程量之間的關(guān)系，計(jì)算實(shí)際載荷時(shí)再選擇正確 的公式；

2)起重機(jī)在加速和減速的過程中，計(jì)算的 載荷有偏差，有效值在起升勻速時(shí)最接近實(shí)際 值,所以在程序段中需要讀取變頻器速度給定 值和反饋值的偏差，取偏差接近零作為前提條 件。其他鋼絲繩抖動因素，可以設(shè)計(jì)軟件濾波 器,取平均值的編程方法。