引言
天平校準(zhǔn)的主要目的是獲得被校天平所受載荷與各分量模擬信號輸出的函數(shù)關(guān)系。所謂天平校準(zhǔn)是指模擬天平的實際工作狀態(tài)，對在平進行標(biāo)定，檢查天平的質(zhì)量，鑒定天平的性能。加載系統(tǒng)是天平校準(zhǔn)設(shè)備中不可缺少的重要組成部分。能否對被校準(zhǔn)天平精確地施加校準(zhǔn)載荷對被校天平進行精確校準(zhǔn)的前提。
據(jù)了解，國內(nèi)外的風(fēng)洞天校準(zhǔn)設(shè)備，施加校準(zhǔn)載荷的方式不盡相同，其中主要包括：
凈重加載、液壓加載、氣動加載和機械加載等。
BACS-1500風(fēng)洞天平校準(zhǔn)系統(tǒng)的研制選取了凈重自動加載方案，該加載系統(tǒng)包括加載頭，砝碼串及其拖動裝置和滑輪及其傳力鋼帶等幾個部分。
1.工藝和實際自動化要求
為了獲得較高的加載精度，并通過定值遞增和遞減的階梯加載檢驗被校天平的線性和重復(fù)性等性能，選用砝碼凈重加載方案，通過砝碼串及其拖動裝置和增量式編碼器以及西門子PLC224CPU實現(xiàn)高精度自動加載。
本加載系統(tǒng)采用自動加砝碼的凈重加載方案，通過15個獨立的砝碼串及其拖動裝置對被校天平施加校準(zhǔn)載荷。加載時，控制系統(tǒng)啟動加載電機正轉(zhuǎn)，通過蝸桿／蝸輪，螺母／絲桿傳動機構(gòu)使砝碼托盤向下運動，使位于托盤上的一串砝碼自上而下逐個懸掛在加載桿上，實現(xiàn)加載的目的。當(dāng)控制電機反轉(zhuǎn)時，托盤將懸掛在砝碼桿上的砝碼自下而上的逐個托起，使其與加載桿脫開，實現(xiàn)卸載的目的。
2.加卸載控制系統(tǒng)
2.1 加卸載控制系統(tǒng)概述
自動加卸載是通過三相交流電動機（AO5624）經(jīng)蝸輪/蝸桿、減速器使絲桿轉(zhuǎn)動托盤上（卸載）下（加載）移動來實現(xiàn)的。通過選擇合適的傳動比和電機轉(zhuǎn)速，獲得合適的加載速度。并接在加載電機軸桿上的增量式編碼器通過高速計數(shù)器以脈沖方式傳給PLC224CPU，經(jīng)比較運算后提供給控制系統(tǒng)作為自動加載的控制信號，實現(xiàn)自動加載的目的。
2.2 系統(tǒng)硬件配置
加卸載控制電路主要包括：空氣開關(guān)、PLC及擴展模塊、繼電器，電機三相滅弧器、保險端子等…… 本系統(tǒng)應(yīng)用PLC高速計數(shù)器功能，選擇模式9（A/B相正交計數(shù)器）并初始定義計數(shù)器（HSC0，HSC1，HSC2，HSC4），由于一臺PLC最多只能控制4臺電機，15臺電機可由4臺PLC224控制。以一臺PLC為例，每個PLC224CPU擴展了兩個模塊EM221，具體輸入點如下：
2.3 程序編制
2.3.1 上位機程序編寫
由于開發(fā)環(huán)境為具有可視化功能的VB，上位機可以通過PLC控件PLC_COM方便的對PLC寄存器進行讀寫。很方便的做到數(shù)據(jù)的給定和反饋值的顯示。具體系統(tǒng)方框圖如下：
串行通訊口的設(shè)置
語法： object.Setting Port_Seting As String, Port_No As Integer, PLC0_ID As String, PLC1_ID As String, PLC2_ID As String, PLC3_ID As String, Step_Time As Integer, Wait_Time As Integer
Port_Seting --串行通訊口的設(shè)置。 若9600 波特，無奇偶校驗，8 位數(shù)據(jù)，一個停止位則Port_Seting="9600,n,8,1"
Port_No--串口號 MSComm1.PortOpen = True
PLC0_ID
PLC1_ID
PLC2_ID 可編程控制器編號："11" "12" "13" "14"
PLC3_ID
Step_Time --從可編程控制器讀數(shù)據(jù)時，可編程控制器間的間隔。應(yīng)不小于70ms
Wait_Time--超時等待時間(ms)。
● 往可編程控制器寫數(shù)據(jù)：
object. .No0_Write=string 往0#可編程控制器寫數(shù)據(jù)string
object. .No1_Write=string 往1#可編程控制器寫數(shù)據(jù)string
object. .No2_Write=string 往2#可編程控制器寫數(shù)據(jù)string
object. .No3_Write=string 往3#可編程控制器寫數(shù)據(jù)string
string中必須存有偶數(shù)個字符
● 從可編程控制器讀數(shù)據(jù)：
通過object. .No0_Write="1" 往0#可編程控制器發(fā)出"1"后，能產(chǎn)生COMMOK事件。
該事件中的 a--存有來自0#可編程控制器的40個字符
b--存有來自1#可編程控制器的40個字符
c--存有來自2#可編程控制器的40個字符
d--存有來自3#可編程控制器的40個字符
2.3.2 PLC程序的編寫
S7-200系列PLC 具有自由通訊口，可由用戶自主編制通訊協(xié)議及相關(guān)通訊程序，由于控制程序量較大， 并且通訊程序占有PLC有限的內(nèi)存，因此通訊程序必須簡潔高效。在本控制器中，PLC始終作為從機，通過編程電纜（RS232轉(zhuǎn)RS485）與上位機通訊，根據(jù)上位機發(fā)出的各種指令進行應(yīng)答。通訊協(xié)議中，@表示起始字符，$表示結(jié)束字符，變量類型中W表示字型，B表示字節(jié)型，采用ASCⅡ碼。在接收后再將ASCⅡ碼轉(zhuǎn)換為實際數(shù)據(jù)。
高速計數(shù)器都設(shè)為A/B脈沖正交計數(shù)器工作模式，對采用增量式編碼器來進行位置控制有點難度，需要每次計數(shù)器采回碼值都要存儲到PLC內(nèi)部寄存器，在下一次啟動PLC時再把寄存器內(nèi)的數(shù)值儲存回計數(shù)器中。這樣增量式編碼器可以作為絕對式編碼器使用，方便控制，而且運行可靠。
增量編碼器的信號與PLC高速計數(shù)器連接，檢測托盤位置。程序編制時，將高速計數(shù)器(HSC0、HSC1、HSC2和HSC4)初始化為模式9，即為A/B脈沖正交計數(shù)器。為提高分辨率，高速計數(shù)器都設(shè)為4X模式。
2.4系統(tǒng)保護
在系統(tǒng)保護方面，系統(tǒng)在軟硬件都加了嚴(yán)密的保護，軟件方面，不但在輸出觸點設(shè)置互鎖保護而且在輸入觸點也進行互鎖和連鎖保護；硬件方面，在托盤的運行軌跡上下兩個端面裝有行程開關(guān)，起到限位和保護作用。在控制柜控制電路中，增加了單項電流為2A的保險絲的保險端子，和總電流20A的三相空氣開關(guān)，對電機的過流提供了保護，可對電機在缺相的情況下提供保護；除此還在電機輸入端并有電機三相滅弧器防止電機打火；總而言之，該系統(tǒng)在保護方面的工作是非常完善的。
3 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果
本套系統(tǒng)在2004年2月底正式投入使用，位置控制量程為350mm,k控制精度為 △e(k)≤0.1mm 。由于砝碼串之間的距離是固定的，只要在每更換一個待校天平時，記下0串砝碼的碼值，就可以實現(xiàn)高精度位置控制。
天平校正臺砝碼串加載系統(tǒng)運行兩個月以來，故障率為零。加載一串砝碼的時間大約需要0.3秒，系統(tǒng)可以同時控制15臺電機同時加（卸）載，實現(xiàn)了高度的自動化操作。
4 結(jié)束語
天平校準(zhǔn)臺的測控系統(tǒng)是天平校準(zhǔn)中的重要組成部分，現(xiàn)在已投入使用在天平校準(zhǔn)中，該系統(tǒng)軟件實現(xiàn)了校準(zhǔn)的自動化，降低了工作者的勞動強度。系統(tǒng)中通過串口與PLC通訊，通過高精度位移計測量裝置進行信號測量及優(yōu)化的復(fù)位控制算法，使整個系統(tǒng)穩(wěn)定，精度各方面得到明顯的提高和改善，充分滿足了天平校準(zhǔn)的要求，該系統(tǒng)采用了模塊化結(jié)構(gòu)，更便于維護，操作界面簡單、樸素，便于操作者使用。
本控制系統(tǒng)充分發(fā)揮了S7-200PLC的優(yōu)異性能（1.程序編寫方便，指令豐富；2. 性能價格比高，各項性能指標(biāo)均有提高；3. 結(jié)構(gòu)緊湊；4. 可靠性大大提高；），并極大的降低了系統(tǒng)成本，投入運行后，證明具有可靠性高、控制精確、操作簡單等特點。
系統(tǒng)證明：用多臺PLC編成分布式控制方式是一種既經(jīng)濟又可靠的模式。
相關(guān)鏈接：
西門子SIMATIC S7-200首頁
