本文在總結(jié)以前系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用工業(yè)控制計算機(IPC)作為上位機，再以IPC為硬件平臺的基礎(chǔ)上安裝組態(tài)軟件作為程序開發(fā)平臺來完成工業(yè)流程及控制參數(shù)的顯示，實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控和管理等功能，下位機采用可編程序控制器(PLC)和數(shù)據(jù)采集模塊作為現(xiàn)場級的控制設(shè)備，用于數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判別和輸出控制，組成一個簡單實用的機翼加工水平測控系統(tǒng)。
2 測控系統(tǒng)的組成(見圖1)
2.1.1執(zhí)行系統(tǒng)
如圖2所示，裝備了空氣過濾器(1)空氣減壓閥；(2)壓力傳感器；(3)電磁閥集裝板；(4)二位五通電磁閥；(5)調(diào)速閥；(6)氣缸；(7)和轉(zhuǎn)盤升降機構(gòu)等設(shè)備。用于調(diào)整測量位置和氣缸的動作速度，位移傳感器在氣缸的帶動下改變著測量位移。
為了實現(xiàn)上述工藝要求，本系統(tǒng)選用SIMATICS7-200系列PLC作為現(xiàn)場控制設(shè)備，因為該系列PLC具有較高的性價比且具有強大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備選用工控機(IPC)，現(xiàn)場裝備了文本顯示器作為現(xiàn)場監(jiān)控和輸入裝置，它們都與PLC的RS-485通信接口相聯(lián)。測控系統(tǒng)有17路模擬量輸入、16路數(shù)字量輸出。同時，PLC控制系統(tǒng)還應(yīng)至少具有2個RS-485通信接口，CPU226具有2個RS-485通信接口，本機有14個數(shù)字量輸入和10個數(shù)字量輸出；兩個帶8位數(shù)字量輸入8位數(shù)字量輸出EM235擴展模塊，方便以后擴展。
同時配置了位移傳感器、壓力傳感器和傳感器信號檢測模塊和20位A／D轉(zhuǎn)換模塊。位移傳感器選用了LVDT型，精度為0.05％。考慮到現(xiàn)場干擾和溫度范圍大等因素，傳感器才用恒流源供電和溫度補償。
2.2 測控系統(tǒng)的組態(tài)軟件
2.2.1組態(tài)軟件
以前的測量沒有采用的監(jiān)控軟件，一般都是用一些通用的計算機語言編制相應(yīng)的人機界面，但這種界面往往不具備較好的監(jiān)視功能，而且程序擴展性不好。由于專業(yè)的監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的軟件平臺工具，主要包括HMI(人機界面)、實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)、通信及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I／O設(shè)備的廣泛支持等內(nèi)容。所以，選用專業(yè)的工業(yè)控制軟件可以非常方便地編制符合實際需要的HMI。本文提出的精加工自動監(jiān)控系統(tǒng)的HMI，可以選用的組態(tài)軟件有多種，應(yīng)用比較廣泛的Kingview、Wincc，力控等。本文從性價比角度出發(fā)，選用了Kingview組態(tài)軟件，其軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
2.2.2 PLC與上位機的通信連接及程序設(shè)計
系統(tǒng)運行時，S7-200型PLC的編程口通過一根PPI電纜與IPC的一個RS232C串行通信口連接，用于程序的寫入和調(diào)試以及上位機監(jiān)視。
組態(tài)王與PLC之間通信采用的是Modbus通訊協(xié)議。Modbus協(xié)議是工業(yè)控制而設(shè)計的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信。Modbus的數(shù)據(jù)傳輸為主／從式，報文形式為請求／相應(yīng)幀方式，不需握手，等待從機返回響應(yīng)幀直至響應(yīng)時間超時。對于廣播報文從機不返回響應(yīng)幀。在RS485等允許多個站點的網(wǎng)絡(luò)中，至多只能有一個從站響應(yīng)主站的請求。Modbus協(xié)議可使用ASCII和RTU兩種傳輸模式，本系統(tǒng)支持的為RTU格式。
組態(tài)王通過串行口訪問PLC相關(guān)的寄存器地址，以獲得PLC所控制設(shè)備的狀態(tài)或修改相關(guān)寄存器的值。在實際編程過程不需要編寫讀寫PLC寄存器的程序，組態(tài)王提供了一種數(shù)據(jù)定義方法，在定義了I／O變量后，可直接使用變量名用于系統(tǒng)控制、操作顯示、趨勢分析、數(shù)據(jù)記錄和報警顯示。為了保證S7-200型PLC能夠正常與IPC進行通信，除了在組態(tài)過程中對PLC進行正確的設(shè)置(波特率9600b／s，7位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗，站號為2)，載入PLC的通訊驅(qū)動程序外，還需要在PLC中進行如圖4所示的一段程序，其功能是將PLC的通信參數(shù)與上位機設(shè)置一致。
2.2.3傳感器校正算法
當(dāng)用小二乘曲線擬合法擬合函數(shù)時，如果逼近次數(shù)太高，導(dǎo)致計算速度過慢時，就應(yīng)當(dāng)采用分段曲線擬合。其原理是：對傳感器分段選擇多個試驗點進行精確測試，并根據(jù)測試數(shù)據(jù)繪制出傳感器的各段擬合曲線，然后利用擬合函數(shù)產(chǎn)生校正值生成分段查找表。如利用Kingview提供的工具直接查表取值，顯然將會影響測量精度。如果采用線性插值的分段處理方法，必能有效提高系統(tǒng)精度，所以綜合應(yīng)用函數(shù)分段擬合算法和線性插值將會有效提高系統(tǒng)的測量精度。利用線性插值法實現(xiàn)補償?shù)倪^程是首先確定測量值在哪一個區(qū)間，然后調(diào)出區(qū)間端點對應(yīng)值，利用公式：
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實現(xiàn)校正，其中M為測量輸出值，(M1，P1)、(M2，P2)為區(qū)間端點的值。
3 測控系統(tǒng)的主要功能
本文提出的基于組態(tài)軟件和PLC的機翼精加工水平測控系統(tǒng)可以根據(jù)不同的工藝參數(shù)對測量位置實時監(jiān)控及工藝人員可以通過友好的HMI方便地設(shè)定和修改各種工藝參數(shù)。該系統(tǒng)主要具備下列功能：(1)基本信息顯示功能：顯示各點的基本信息(橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、校零位等)；(2)工藝參數(shù)配置和修改功能：設(shè)定和修改各點變量(如局部外形偏差、安裝誤差、左右高度差等)的值；(3)實時／歷史曲線顯示功能：本系統(tǒng)將所測各點參量實時地存入到對應(yīng)的Excel數(shù)據(jù)庫，并在兩類HMI上顯示實時／歷史曲線；(4)報警功能：對系統(tǒng)的通訊點和各點的偏差設(shè)置了報警功能，一旦達到這些因素極限，HMI都會發(fā)出報警信息通知用戶；(5)報表功能：數(shù)據(jù)報表主要反應(yīng)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)等，通過對長期生產(chǎn)過程進行統(tǒng)計可以掌握和分析設(shè)備的生產(chǎn)情況；(6)手／自動切換功能：在設(shè)計電路部分實現(xiàn)手動、半自動、全自動方式，能實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的自動／半自動，手動操作模式間的無擾切換；(7)傳感器自動校正功能：采用分段擬合和線性插值的綜合算法計算校正方法軟件校正傳感器的非線性及溫度漂移。(8)其它功能：除了具備上述基本功能外，本系統(tǒng)還提供了登錄權(quán)限保護功能和打印功能。前者為不同層次的用戶提供對應(yīng)的使用權(quán)限，以保護系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。后者為用戶提供了打印系統(tǒng)基本信息及實時／歷史曲線的功能。
4 結(jié)束語
該系統(tǒng)利用了工控機組態(tài)軟件的強大數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)能力，PLC抗干擾能力強、適用于工業(yè)現(xiàn)場的特點，融合了較先進的自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和軟件技術(shù)，具有可靠性高、維護容易和測量精度高(0.1％)等特點。此系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中管理、自動控制、故障檢測等多方面功能。它投入運行后，較好地實現(xiàn)了工藝控制要求，具有較高的性價比，得到了用戶的一致好評，適合在我國航空工業(yè)推廣使用。