CN1987369B - 多功能传感器测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能传感器测试装置，它包括有编程器、PLC柜体，在PLC柜体内至少有两套PLC，所述的PLC一套为测试用PLC，另一套为演示PLC，在测试用PLC内设有位置输入模块和计数器模块，各自动开关分别与总交流电源的进线、各个PLC电源模块的交流电源进线和柜内DC24V稳压电源的交流电源进线连接；被测传感器的输出与测试用PLC的位置输入模块或计数器模块连接，被测传感器和相对应的PLC模块之间的电源线和信号线，以及I/O信号与对应的PLC模块之间均通过接线端子排联接。本发明的优点在于该装置不但具有传感器离线测试功能，还附带设计具有在线监控和PLC使用培训、模板测试等多种功能，使该装置成为多功能、综合性的装置。

Description

多功能传感器测试装置

涉及领域

本发明涉及一种传感器的离线测试装置，特别为一种多功能传感器测试装置。

背景技术

随着自动化技术的不断发展，工厂生产线上使用的传感器数量越来越多，如直线式位移传感器、绝对值型光电码盘、增量型光电码盘等；这些传感器在上线投用前，应先经过测试，检验其信号是否正确、可靠后，再上线投用，否则，一旦未经测试就投入使用，上线投用后才发现问题，就会使生产停顿，造成不必要的损失，特别是连续生产性质的工厂更是如此，因此，需要一种能对传感器进行离线测试、在线监控的装置。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术的上述缺陷而提供一种能对传感器进行离线测试的装置。

本发明的目的是通过以下技术解决方案来实现的：

多功能传感器测试装置，它包括有编程器和PLC柜体，在PLC柜体内设有稳压电源、交换机、接线端子排、自动开关、操作开关及按钮、指示灯和至少两套PLC，所述的PLC中设有电源模块、中央处理器和I/O模块和通讯模块，其特征在于所述的PLC一套为测试用PLC，另一套为教学演示PLC，在测试用PLC内设有位置输入模块和计数器模块，各自动开关分别与总交流电源的进线、各个PLC电源模块的交流电源进线和柜内DC24稳压电源的交流电源进线连接；被测传感器的输出与测试用PLC的位置输入模块或计数器模块连接，被测传感器和相对应的PLC模块之间的电源线和信号线，以及I/O信号与对应的PLC模块之间均通过接线端子排联接。

本发明的目的还可通过以下技术解决措施来进一步实现：

前述的多功能传感器测试装置，其中所述的在PLC柜体还设有用于远程I/O站使用演示的基于PROFIBUS-DP现场总线的分布式I/O的ET200机架和模块。

前述的多功能传感器测试装置，其中所述的在教学演示用PLC中所述的通讯模块为以太网通讯卡，各CPU组成MPI多点接口网络，编程器通过MPI网络与网络中的任意一台PLC链接；各CPU和ET200分布式I/O之间的通讯网络链接为PROFIBUS-DP现场总线网络；通讯模块和交换机之间的通讯网络为工业以太网。

前述的多功能传感器测试装置，其中所述的被测传感器为绝对值编码器、直线式位移传感器、增量编码器，绝对值编码器和直线式位移传感器分别与位置模块联接，增量编码器与计数器模块联接。

前述的多功能传感器测试装置，其中所述的测试用PLC为S7-300，所述教学演示PLC为S7-400，位置模块为SM338，计数器模块为FM350-2。

本发明的优点在于除了将该装置设计成具有传感器离线测试功能以外，另将其附带设计具有传感器在线监控和PLC使用培训、模板测试等多种功能，使该装置成为多功能、综合性的装置；其中，PLC使用培训功能又包含了PLC编程演示、PLC运行演示、PROFIBUS-DP现场总线与PLC通讯演示、远程I/O站使用演示、现场设备(如变频器、现场I/O模块等)与PLC通讯演示以及工业以太网与PLC通讯演示等多种子功能.

本发明的目的、优点等，将通过下面优先实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1为PLC柜内元件布置示意图；

图2为柜内模块与元件接线和通讯结构示意图；

图3为直线式位移传感器离线测试趋势图；

图4为绝对值编码器离线测试趋势图；

图5为增量编码器离线测试趋势图；

图6为在线直线式位移传感器监控趋势图

图7为在线直线式位移传感器故障报警记录示意图。

具体实施方式

如图1-图7所示，本发明在实施中PLC柜(选用西门子S7-300PLC、S7-400PLC、西门子OSM等各一套)和一套装有西门子STEP7 PLC编程软件和WinCC组态软件的笔记本电脑，软件配置为Windows 2000(Professional SP3)；Microsoft Internet Explorer；Microsoft消息队列服务；SQL Server 2000。需安装的软件为：

SIMATIC STEP 7 V5.1+ServicePack 4；

SIMATIC AS-OS-Engineering V5.2；

SIMATIC NCM S7Ind.Ethernet V5.1+ServicePack 3+Hotfix1；

SIMATIC NCM S7PROFIBUS V5.1+ServicePack 3+Hotfix1；

SIMATIC WinCC V5.0+ServicePack 2+Hotfix 5；

SIMATIC NET。

上述所列软件也可采用更高版本的软件，经安装后，用于S7-300PLC和WinCC的编程、调试和运行。(编程时，除可使用带适配器的西门子S7编程电缆以外；还可在笔记本电脑的PCMCIA口使用CP5511通讯卡，该卡配合其适配器使用，也可用于编程)。如选用其他电气公司的PLC和其他配件及PLC编程软件、组态软件也可实现上述各功能。

如图1所示，PLC柜内装配有S7-400PLC和S7-300PLC各一套，为PLC负载和交换机提供工作电压的DC24V稳压电源一台，交换机(OSM)一台，以及其他配件及材料。由于传感器测试主要由S7-300PLC及WinCC完成，因此，S7-300PLC配有位置输入模块SM338和计数器模块FM350-2，S7-400PLC和S7-300PLC其余I/O模块SM421、SM422、SM321、SM322和通讯模块CP343-1、CP443-1主要用于演示，并且可根据需要灵活更换为其他用于演示的模块，或在机架安装模块数量的允许范围内增加相应模块。柜内还可安装用于远程I/O站使用演示的基于PROFIBUS-DP现场总线的分布式I/O的ET200机架和模块(由于ET200通常作为PLC的子站，不与PLC安装在一起，故名远程分布式I/O，因此，图1中未画出)。

图1中，示意出各元件及材料的安装区域，自动开关安装区域内的3只自动开关分别用于总交流电源的进线、2个PLC的电源模块(PS407、PS307)的交流电源进线和柜内DC24V稳压电源的交流电源进线；操作开关、按钮和指示灯用于PLC程序的运行演示；接线端子排用于传感器和相关PLC模块之间的联接(包括电源线和信号线)，以及I/O信号与相关PLC模块之间的联接.表1中所列操作开关、按钮、指示灯和接线端子排等辅助元件的数量已能满足简单PLC程序的运行演示，可根据使用时的具体需要灵活增、减.

柜内模块与元件接线和通讯结构示意图如图2所示，图2中各模块上标注的是模块型号，与表1中的模块订货号相对应。S7-300的CPU、S7-400的CPU可以组成MPI(多点接口)网络，编程器可以通过MPI网络访问网络中的任意一台PLC；S7-300的CPU、S7-400的CPU和ET200分布式I/O之间的通讯网络为PROFIBUS-DP现场总线网络；S7-300的通讯模块、S7-400的通讯模块和交换机(OSM)之间的通讯网络为工业以太网(Industrial Ethernet)。

传感器离线测试功能是指对直线式位移传感器、绝对值型光电码盘和增量型光电码盘等类型的传感器进行离线测试。直线式位移传感器和绝对值型光电码盘用于测量位移量或旋转量，需用到位置输入模块(SM338)；增量型光电码盘用于测量旋转角对应的脉冲数或间接计算位移量，需用到计数器模块(FM350-2)。

SM338位置输入模块，可接入最多3个直线式位移传感器或绝对值型光电码盘的信号，将直线式位移传感器或绝对值型光电码盘的信号转换为S7-300PLC的数字量，并可为直线式位移传感器或绝对值型光电码盘提供DC24V电源；FM350-2计数器模块为8通道智能型计数器模块，对于DC24V增量型光电码盘，计数的最高频率为10kHz。

首先，利用STEP7软件对表1中所列S7-300PLC机架及安装在机架上的各模块进行硬件组态，然后，分别编制SM338从直线式位移传感器、绝对值型光电码盘接收信号，FM350-2从增量型光电码盘接收信号，进行信号处理的功能(FC)，再用组织块(OB1)调用这3种功能。利用WinCC组态软件，经过分别对S7-300PLC输出的直线式位移传感器、绝对值型光电码盘和增量型光电码盘测得的数据，进行定义变量等相关步骤后，设定3个通道的传感器读数标签和趋势图控件(分别对应直线式位移传感器、绝对值型光电码盘和增量型光电码盘所测得的数据)；在WinCC和S7-300PLC建立通讯后，分别调用并运行3种传感器各自的趋势图控件，即可在笔记本电脑屏幕上显示传感器的实时测量数据的变化趋势图，来据此判断传感器的好、坏和工作质量。

采用S7-400PLC和相应的位置输入模块和计数器模块配合WinCC组态软件也可实现传感器的离线测试功能。

实施例一：

直线式位移传感器离线测试功能

将直线式位移传感器的电源线、信号线按SM338模块的使用要求，通过端子排与SM338模块相关接线端子联接，信号地址要与S7-300PLC中的从直线式位移传感器接收、处理信号的功能中的输入信号地址相符，通过该功能读出直线式位移传感器随着检测部位磁环的移动而变化的数据，经运行直线式位移传感器测量数据的趋势图控件，在笔记本电脑屏幕上显示直线式位移传感器的实时测量数据的变化趋势图，并据此判断直线式位移传感器测量的位移数据是否正确，以及该数据的重复性和线性度的好、坏。

直线式位移传感器离线测试的趋势图如图3所示.图3中，横轴为时间(实时时间标注格式为hh:mm:ss，时间单位为s)，纵轴为所测位移量(mm).

实施例二：绝对值型光电码盘离线测试功能

由于绝对值型光电码盘是在测量到被测件的旋转角后，得到其相应的位置值，再根据其分辨率换算成位移量的(如轧钢厂中，绝对值型光电码盘安装在一组辊道的某辊子的轴上，经辊子带动绝对值型光电码盘轴转动时，测量到绝对值型光电码盘输出的位置值，即得到在这组辊道上运输的钢坯或轧件所移动的位移量)，因此，经过旋转绝对值型光电码盘的轴，观察其输出的位置值的情况，就可知道绝对值型光电码盘是否可靠。

将绝对值型光电码盘的电源线、信号线按SM338模块的使用要求，通过端子排与SM338模块相关接线端子联接，信号地址要与S7-300PLC中的从绝对值型光电码盘接收、处理信号的功能中的输入信号地址相符，通过该功能读出绝对值型光电码盘随着码盘轴的转动(用手旋动码盘轴)而测量到其输出的位置值，经运行绝对值型光电码盘轴转动时输出位置值的趋势图控件，在笔记本电脑屏幕上显示绝对值型光电码盘轴转动时输出位置值的实时变化趋势图，并据此判断绝对值型光电码盘是否可靠。

图4为一个2048(每转输出2048个位置)的绝对值型光电码盘离线测试的趋势图。图中，横轴为时间(实时时间标注格式为hh:mm:ss，时间单位为s)，纵轴为绝对值型光电码盘轴转动时的输出位置值。当该绝对值型光电码盘轴旋转时，每超过360°后，其输出位置值将从0开始重新计数，且重复性较好，其读数范围为0-2047。

实施例三：

增量型光电码盘离线测试功能

将增量型光电码盘的电源线、信号线按FM350-2模块的使用要求，通过端子排与FM350-2模块相关接线端子联接，信号地址要与S7-300PLC中的从增量型光电码盘接收、处理信号的功能中的输入信号地址相符，通过该功能读出增量型光电码盘随着码盘轴的转动(用手旋动码盘轴)而测量到其输出的脉冲数，经运行增量型光电码盘轴转动时输出脉冲数的趋势图控件，在笔记本电脑屏幕上显示增量型光电码盘轴转动时输出脉冲数的实时变化趋势图，并据此判断增量型光电码盘是否可靠。

图5为一个512p/r(每转输出512个脉冲)的增量型光电码盘离线测试的趋势图。图中，横轴为时间(实时时间标注格式为hh:mm:ss，时间单位为s)，纵轴为增量型光电码盘轴转动时的输出脉冲数。当该增量型光电码盘轴旋转时，其输出的脉冲数为：旋转圈数×512，如反方向旋转，则输出的脉冲数递减；来回反复旋转码盘轴，观察到的数据重复性较好。

实施例四：

传感器在线监控功能

除前述实施例的实现功能外，本发明还可利用S7-300PLC及相关摸块与WinCC的趋势图和报警功能可对现场使用的各种在线传感器使用情况和检测数据的质量进行在线监控。

由于现场信号干扰和传感器工作温度过高等外部原因，有时会出现在线传感器检测信号瞬间失真的现象，并造成使用传感器的控制系统出现故障.为了区分是在线传感器检测信号瞬间失真造成的控制系统外部故障，还是使用传感器的控制系统自身出现的系统内部故障，可以将现场的传感器检测信号直接接到测试柜中S7-300PLC机架上的相应模块的空余信号接口；再利用STEP7软件编制SM338或FM350-2模块从相应在线传感器接收信号，进行信号处理的功能(FC)，再用组织块(OB1)调用该功能.在线传感器检测信号的信号地址要与测试柜内S7-300PLC中的被调用的从在线传感器接收、处理信号的功能的输入信号地址相符；利用WinCC组态软件，经过对S7-300PLC输出的在线传感器测得的数据，进行定义变量等相关步骤后，设定传感器读数标签和趋势图控件、报警表格控件；在WinCC和S7-300PLC建立通讯后，调用并运行在线传感器的趋势图控件和报警表格控件，即可在笔记本电脑屏幕上显示在线传感器的实时测量数据的变化趋势图和故障报警记录表格，来据此判断是在线传感器检测信号瞬间失真造成的控制系统外部故障，还是使用传感器的控制系统自身出现的系统内部故障.

因为趋势图控件和报警表格控件在运行后可保存趋势图和报警表格的历史记录，因此，可对在线传感器检测信号进行在线监视、保存趋势图和报警数据的历史记录，故可实现无人值守，在一段时间之后查看前一时期的趋势图和报警数据，从而方便、快捷、准确地判断故障的真正原因。

以在线直线式位移传感器为例，在线直线式位移传感器监控趋势图和报警记录分别如图6和图7所示。图6中，横轴为时间(实时时间标注格式为hh:mm:ss，时间单位为s)，纵轴为所测位移量(mm)，其中有波动(红色)的一条趋势曲线为一在线直线式位移传感器随着轧钢过程而变化的监控趋势图；图7中，标有报警时的时间和日期，以及报警记录等，其中，“位移超限”、“位移低报警”即为该在线直线式位移传感器的报警记录。

实施例五

PLC使用培训功能

除前述实施例的实现功能外，本发明还可利用本多功能传感器测试柜内的S7-400PLC和S7-300PLC，交换机(OSM)，为PLC负载和交换机提供工作电压的DC24V稳压电源，以及其他柜内配件和ET200，可进行PLC硬件(模块)的安装、拆卸，利用STEP7软件进行硬件组态(包括ET200，以及西门子公司以外的现场设备，如ABB变频器、TURCK分布式I/O模块等)，非西门子公司的现场设备的GDS文件在硬件组态时的导入，输入/输出信号的地址范围和现场设备的地址的确定，用户程序的编制，硬件调试，在线调试，用户程序的上传、下载、压缩、解压和备份，用户程序的运行演示，S7-300的CPU或S7-400的CPU和编程器之间利用MPI(多点接口)的通讯使用，S7-300的CPU或S7-400的CPU和ET200分布式I/O及其他现场设备之间的PROFIBUS-DP现场总线网络的使用，S7-300的通讯模块或S7-400的通讯模块和交换机(OSM)之间的工业以太网(Industrial Ethernet)的通讯调试，各种软、硬件故障的排查、处理等多个项目的职工培训科目的教学。

通过利用该装置对职工进行的培训，使受培训职工的感性认识和理性认识兼备，在较短的时间内，了解并较好地掌握PLC，MPI网络，PROFIBUS-DP现场总线网络，PLC与ET200分布式I/O及其他现场设备之间通讯和数据交换，工业以太网的使用，以及这些设备的维护和各种软、硬件故障的排查、处理的方法等培训科目的内容，从而进一步提高设备维护质量，为提高产品质量和产量提供更好的设备保障。

利用本多功能传感器测试柜内的S7-400PLC和S7-300PLC，可对各种现场使用的S7-400PLC模块和S7-300PLC模块在上线前做离线测试，确保需上线的各种S7-400PLC模块与S7-300PLC模块的质量和上线后的可靠性.另外，还可对更换下线的各种S7-400PLC模块和S7-300PLC模块进行进一步测试，查明故障点，找到真正的故障原因，以利对相关设备和线路做进一步改进，使设备运行更加可靠.本发明还有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案均落在本发明要求保护的范围之内.

Claims (4)

1.多功能传感器测试装置，它包括有编程器和PLC柜体，在PLC柜体内设有稳压电源、交换机、接线端子排、自动开关、操作开关及按钮、指示灯和至少两套PLC，所述的PLC中设有电源模块、中央处理器和I/O模块和通讯模块，其特征在于所述的PLC一套为测试用PLC，另一套为教学演示PLC，在测试用PLC内设有位置输入模块和计数器模块，各自动开关分别与总交流电源的进线、各个PLC电源模块的交流电源进线和柜内DC24V稳压电源的交流电源进线连接；被测传感器的输出与测试用PLC的位置输入模块或计数器模块连接，被测传感器和相对应的PLC模块之间的电源线和信号线，以及I/O信号与对应的PLC模块之间均通过接线端子排联接。

2.根据权利要求1所述的多功能传感器测试装置，其特征在于在PLC柜体还设有用于远程I/O站使用演示的基于PROFIBUS-DP现场总线的分布式I/O的ET200机架和模块。

3.根据权利要求2所述的多功能传感器测试装置，其特征在于在演示用PLC中所述的通讯模块为以太网通讯卡，所述PLC的中央处理器组成MPI多点接口网络，编程器通过MPI网络与网络中的任意一台PLC链接；所述PLC的中央处理器和ET200分布式I/O之间的通讯网络链接为PROFIBUS-DP现场总线网络；通讯模块和交换机之间的通讯网络为工业以太网。

4.根据权利要求3所述的多功能传感器测试装置，其特征在于所述的被测传感器为绝对值编码器、直线式位移传感器、增量编码器，绝对值编码器和直线式位移传感器分别与位置模块联接，增量编码器与计数器模块联接。

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