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(hào)輸出的函數(shù)關(guān)系。所謂天平校準(zhǔn)是指模擬天平的實(shí)際工作狀態(tài)，對(duì)在平進(jìn)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(duì)被校準(zhǔn)天平精確地施加校準(zhǔn)載荷對(duì)被校天平進(jìn)行精確校準(zhǔn)的前提。

    據(jù)了解，國(guó)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(dòng)加載和機(jī)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(dòng)加載方案，該加載系統(tǒng)包括加載頭，砝碼串及其拖動(dòng)裝置和滑輪及其傳力鋼帶等幾個(gè)部分。

1.工藝和實(shí)際自動(dòng)化要求

    為了獲得較高的加載精度，并通過(guò)定值遞增和遞減的階梯加載檢驗(yàn)被校天平的線(xiàn)性和重復(fù)性等性能，選用砝碼凈重加載方案，通過(guò)砝碼串及其拖動(dòng)裝置和增量式編碼器以及西門(mén)子PLC224CPU實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)加載。

    本加載系統(tǒng)采用自動(dòng)加砝碼的凈重加載方案，通過(guò)15個(gè)獨(dú)立的砝碼串及其拖動(dòng)裝置對(duì)被校天平施加校準(zhǔn)載荷。加載時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)加載電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)蝸桿／蝸輪，螺母／絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使砝碼托盤(pán)向下運(yùn)動(dòng)，使位于托 
盤(pán)上的一串砝碼自上而下逐個(gè)懸掛在加載桿上，實(shí)現(xiàn)加載的目的。當(dāng)控制電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，托盤(pán)將懸掛在砝碼桿上的砝碼自下而上的逐個(gè)托起，使其與加載桿脫開(kāi)，實(shí)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(dòng)加卸載是通過(guò)三相交流電動(dòng)機(jī)（AO5624）經(jīng)蝸輪/蝸桿、減速器使絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)托盤(pán)上（卸載）下（加載）移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)選擇合適的傳動(dòng)比和電機(jī)轉(zhuǎn)速，獲得合適的加載速度。并接在加載電機(jī)軸桿上的增量式編碼器通過(guò)高速計(jì)數(shù)器以脈沖方式傳給PLC224CPU，經(jīng)比較運(yùn)算后提供給控制系統(tǒng)作為自動(dòng)加載的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(kāi)關(guān)、PLC及擴(kuò)展模塊、繼電器，電機(jī)三相滅弧器、保險(xiǎn)端子等……　　　本系統(tǒng)應(yīng)用PLC高速計(jì)數(shù)器功能，選擇模式9（A/B相正交計(jì)數(shù)器）并初始定義計(jì)數(shù)器（HSC0，HSC1，HSC2，HSC4），由于一臺(tái)PLC最多只能控制4臺(tái)電機(jī)，15臺(tái)電機(jī)可由4臺(tái)PLC224控制。以一臺(tái)PLC為例，每個(gè)PLC224CPU擴(kuò)展了兩個(gè)模塊EM221，具體輸入點(diǎn)如下：

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2.3 程序編制

2.3.1 上位機(jī)程序編寫(xiě)

    由于開(kāi)發(fā)環(huán)境為具有可視化功能的VB，上位機(jī)可以通過(guò)PLC控件PLC_COM方便的對(duì)PLC寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)。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(yǔ)法： bbbbbb.Setting Port_Seting As bbbbbb, Port_No As Integer,     PLC0_ID As bbbbbb, PLC1_ID As bbbbbb, PLC2_ID As bbbbbb, PLC3_ID As bbbbbb, Step_Time As Integer, Wait_Time As Integer 

    Port_Seting ——串行通訊口的設(shè)置。 若9600 波特，無(wú)奇偶校驗(yàn)，8 位數(shù)據(jù)，一個(gè)停止位則Port_Seting="9600,n,8,1"

　　Port_No——串口號(hào)        MSComm1.PortOpen = True

　　PLC0_ID

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　　PLC1_ID

　　PLC2_ID            可編程控制器編號(hào)："11" "12" "13" "14"

　　PLC3_ID

　　Step_Time ——從可編程控制器讀數(shù)據(jù)時(shí)，可編程控制器間的間隔。應(yīng)不小于70ms

　　Wait_Time——超時(shí)等待時(shí)間（ms）。

　　●  往可編程控制器寫(xiě)數(shù)據(jù)：

　　bbbbbb. .No0_Write=bbbbbb   往0#可編程控制器寫(xiě)數(shù)據(jù)bbbbbb

　　bbbbbb. .No1_Write=bbbbbb   往1#可編程控制器寫(xiě)數(shù)據(jù)bbbbbb

　　bbbbbb. .No2_Write=bbbbbb   往2#可編程控制器寫(xiě)數(shù)據(jù)bbbbbb

　　bbbbbb. .No3_Write=bbbbbb   往3#可編程控制器寫(xiě)數(shù)據(jù)bbbbbb

　　bbbbbb中必須存有偶數(shù)個(gè)字符

　　●  從可編程控制器讀數(shù)據(jù)：

　　通過(guò)bbbbbb. .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(lái)自0#可編程控制器的40個(gè)字符

　　b——存有來(lái)自1#可編程控制器的40個(gè)字符

　　c——存有來(lái)自2#可編程控制器的40個(gè)字符

　　d——存有來(lái)自3#可編程控制器的40個(gè)字符

　　2.3.2 PLC程序的編寫(xiě)

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    S7-200系列PLC 具有自由通訊口，可由用戶(hù)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(jiǎn)潔高效。在本控制器中，PLC始終作為從機(jī)，通過(guò)編程電纜（RS232轉(zhuǎn)RS485）與上位機(jī)通訊，根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的各種指令進(jìn)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(lèi)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(shí)際數(shù)據(jù)。

    高速計(jì)數(shù)器都設(shè)為A/B脈沖正交計(jì)數(shù)器工作模式，對(duì)采用增量式編碼器來(lái)進(jìn)行位置控制有點(diǎn)難度，需要每次計(jì)數(shù)器采回碼值都要存儲(chǔ)到PLC內(nèi)部寄存器，在下一次啟動(dòng)PLC時(shí)再把寄存器內(nèi)的數(shù)值儲(chǔ)存回計(jì)數(shù)器中。這樣增 
量式編碼器可以作為絕對(duì)式編碼器使用，方便控制，而且運(yùn)行可靠。

    增量編碼器的信號(hào)與PLC高速計(jì)數(shù)器連接，檢測(cè)托盤(pán)位置。程序編制時(shí)，將高速計(jì)數(shù)器（HSC0、HSC1、HSC2和HSC4）初始化為模式9，即為A/B脈沖正交計(jì)數(shù)器。為提高分辨率，高速計(jì)數(shù)器都設(shè)為4X模式。

2.4系統(tǒng)保護(hù)

    在系統(tǒng)保護(hù)方面，系統(tǒng)在軟硬件都加了嚴(yán)密的保護(hù)，軟件方面，不但在輸出觸點(diǎn)設(shè)置互鎖保護(hù)而且在輸入觸點(diǎn)也進(jìn)行互鎖和連鎖保護(hù)；硬件方面，在托盤(pán)的運(yùn)行軌跡上下兩個(gè)端面裝有行程開(kāi)關(guān)，起到限位和保護(hù)作用。在控制柜控制電路中，增加了單項(xiàng)電流為2A的保險(xiǎn)絲的保險(xiǎn)端子，和總電流20A的三相空氣開(kāi)關(guān)，對(duì)電機(jī)的過(guò)流提供了保護(hù)，可對(duì)電機(jī)在缺相的情況下提供保護(hù)；除此還在電機(jī)輸入端并有電機(jī)三相滅弧器防止電機(jī)打火；總而言之，該系統(tǒng)在保護(hù)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(gè)待校天平時(shí)，記下0串砝碼的碼值，就可以實(shí)現(xiàn)高精度位置控制。

    天平校正臺(tái)砝碼串加載系統(tǒng)運(yùn)行兩個(gè)月以來(lái)，故障率為零。加載一串砝碼的時(shí)間大約需要0.3秒，系統(tǒng)可以同時(shí)控制15臺(tái)電機(jī)同時(shí)加（卸）載，實(shí)現(xiàn)了高度的自動(dòng)化操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

    天平校準(zhǔn)臺(tái)的測(cè)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(shí)現(xiàn)了校準(zhǔn)的自動(dòng)化，降低了工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。系統(tǒng)中通過(guò)串口與PLC通訊，通過(guò)高精度位移計(jì)測(cè)量裝置進(jìn)行信號(hào)測(cè)量及優(yōu)化的復(fù)位控制算法，使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定，精度各方面得到明顯的提高和改善，充分滿(mǎn)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(hù)，操作界面簡(jiǎn)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(xiě)方便，指令豐富；2. 性能價(jià)格比高，各項(xiàng)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(yùn)行后，證明具有可靠性高、控制精確、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 

    系統(tǒng)證明：用多臺(tái)PLC編成分布式控制方式是一種既經(jīng)濟(jì)又可靠的模式。