1 引言 　　我國(guó)某機(jī)型機(jī)翼對(duì)合交點(diǎn)的精加工是該機(jī)型機(jī)翼加工的重要工序，為了保證對(duì)合交點(diǎn)的精加工質(zhì)量，機(jī)翼水平測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量采用電測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)飛機(jī)機(jī)翼精加工前及加工中對(duì)機(jī)翼各水平測(cè)量的值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并做好記錄以確保機(jī)翼安裝尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求。根據(jù)某飛機(jī)公司對(duì)以前機(jī)型的水平測(cè)控系統(tǒng)均采用了通用的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編輯人機(jī)界面和單片機(jī)控制系統(tǒng)，反映表現(xiàn)有些不足：測(cè)量精度（0.1%）達(dá)不到測(cè)試要求，系統(tǒng)升級(jí)較難，無(wú)安全故障檢測(cè)功能等。這些基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)雖然硬件成本不高，但其開(kāi)發(fā)成本較高，而且一般通用性不強(qiáng)。 　　本文在總結(jié)以前系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）作為上位機(jī)，再以IPC為硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上安裝組態(tài)軟件作為程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)完成工業(yè)流程及控制參數(shù)的顯示，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控和管理等功能，下位機(jī)采用可編程序控制器（PLC）和數(shù)據(jù)采集模塊作為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的機(jī)翼加工水平測(cè)控系統(tǒng)。 2 測(cè)控系統(tǒng)的組成（見(jiàn)圖1） 　　2.1 測(cè)控系統(tǒng)的硬件配置 　　2.1.1執(zhí)行系統(tǒng) 　　如圖2所示，裝備了空氣過(guò)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(pán)升降機(jī)構(gòu)等設(shè)備。用于調(diào)整測(cè)量位置和氣缸的動(dòng)作速度，位移傳感器在氣缸的帶動(dòng)下改變著測(cè)量位移。 　　2.1.2監(jiān)控系統(tǒng) 　　為了實(shí)現(xiàn)上述工藝要求，本系統(tǒng)選用SIMATICS7-200系列PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，因?yàn)樵撓盗蠵LC具有較高的性?xún)r(jià)比且具有強(qiáng)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(jī)（IPC），現(xiàn)場(chǎng)裝備了文本顯示器作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和輸入裝置，它們都與PLC的RS-485通信接口相聯(lián)。測(cè)控系統(tǒng)有17路模擬量輸入、16路數(shù)字量輸出。同時(shí)，PLC控制系統(tǒng)還應(yīng)至少具有2個(gè)RS-485通信接口，CPU226具有2個(gè)RS-485通信接口，本機(jī)有14個(gè)數(shù)字量輸入和10個(gè)數(shù)字量輸出;兩個(gè)帶8位數(shù)字量輸入8位數(shù)字量輸出EM235擴(kuò)展模塊，方便以后擴(kuò)展。 　　同時(shí)配置了位移傳感器、壓力傳感器和傳感器信號(hào)檢測(cè)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%?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)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(bǔ)償。 　　2.2 測(cè)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件 　　2.2.1組態(tài)軟件 　　以前的測(cè)量沒(méi)有采用的監(jiān)控軟件，一般都是用一些通用的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編制相應(yīng)的人機(jī)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(kuò)展性不好。由于專(zhuān)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(tái)工具，主要包括HMI（人機(jī)界面）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）、通信及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持等內(nèi)容。所以，選用專(zhuān)業(yè)的工業(yè)控制軟件可以非常方便地編制符合實(shí)際需要的HMI。本文提出的精加工自動(dòng)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?xún)r(jià)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(jī)的通信連接及程序設(shè)計(jì) 　　系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，S7-200型PLC的編程口通過(guò)一根PPI電纜與IPC的一個(gè)RS232C串行通信口連接，用于程序的寫(xiě)入和調(diào)試以及上位機(jī)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(jì)的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)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(bào)文形式為請(qǐng)求/相應(yīng)幀方式，不需握手，等待從機(jī)返回響應(yīng)幀直至響應(yīng)時(shí)間超時(shí)。對(duì)于廣播報(bào)文從機(jī)不返回響應(yīng)幀。在RS485等允許多個(gè)站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，至多只能有一個(gè)從站響應(yīng)主站的請(qǐng)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(guò)串行口訪問(wèn)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(shí)際編程過(guò)程不需要編寫(xiě)讀寫(xiě)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(shì)分析、數(shù)據(jù)記錄和報(bào)警顯示。為了保證S7-200型PLC能夠正常與IPC進(jìn)行通信，除了在組態(tài)過(guò)程中對(duì)PLC進(jìn)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(wú)校驗(yàn)，站號(hào)為2），載入PLC的通訊驅(qū)動(dòng)程序外，還需要在PLC中進(jìn)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(jī)設(shè)置一致。 　　2.2.3傳感器校正算法 　　當(dāng)用最小二乘曲線擬合法擬合函數(shù)時(shí)，如果逼近次數(shù)太高，導(dǎo)致計(jì)算速度過(guò)慢時(shí)，就應(yīng)當(dāng)采用分段曲線擬合。其原理是：對(duì)傳感器分段選擇多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行精確測(cè)試，并根據(jù)測(cè)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(huì)影響測(cè)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(huì)有效提高系統(tǒng)的測(cè)量精度。利用線性插值法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程是首先確定測(cè)量值在哪一個(gè)區(qū)間，然后調(diào)出區(qū)間端點(diǎn)對(duì)應(yīng)值，利用公式： 　　實(shí)現(xiàn)校正，其中M為測(cè)量輸出值，（M1，P1）、（M2，P2）為區(qū)間端點(diǎn)的值。 3 測(cè)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(jī)翼精加工水平測(cè)控系統(tǒng)可以根據(jù)不同的工藝參數(shù)對(duì)測(cè)量位置實(shí)時(shí)監(jiān)控及工藝人員可以通過(guò)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(diǎn)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(diǎn)變量（如局部外形偏差、安裝誤差、左右高度差等）的最佳值;（3）實(shí)時(shí)/歷史曲線顯示功能：本系統(tǒng)將所測(cè)各點(diǎn)參量實(shí)時(shí)地存入到對(duì)應(yīng)的Excel數(shù)據(jù)庫(kù)，并在兩類(lèi)HMI上顯示實(shí)時(shí)/歷史曲線;（4）報(bào)警功能：對(duì)系統(tǒng)的通訊點(diǎn)和各點(diǎn)的偏差設(shè)置了報(bào)警功能，一旦達(dá)到這些因素極限，HMI都會(huì)發(fā)出報(bào)警信息通知用戶(hù);（5）報(bào)表功能：數(shù)據(jù)報(bào)表主要反應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)等，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可以掌握和分析設(shè)備的生產(chǎn)情況;（6）手/自動(dòng)切換功能：在設(shè)計(jì)電路部分實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)方式，能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)/半自動(dòng)，手動(dòng)操作模式間的無(wú)擾切換;（7）傳感器自動(dòng)校正功能：采用分段擬合和線性插值的綜合算法計(jì)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(hù)功能和打印功能。前者為不同層次的用戶(hù)提供對(duì)應(yīng)的使用權(quán)限，以保護(hù)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。后者為用戶(hù)提供了打印系統(tǒng)基本信息及實(shí)時(shí)/歷史曲線的功能。 4 結(jié)束語(yǔ) 　　該系統(tǒng)利用了工控機(jī)組態(tài)軟件的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)能力，PLC抗干擾能力強(qiáng)、適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，融合了較先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(hù)容易和測(cè)量精度高（0.1%）等特點(diǎn)。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中管理、自動(dòng)控制、故障檢測(cè)等多方面功能。它投入運(yùn)行后，較好地實(shí)現(xiàn)了工藝控制要求，具有較高的性?xún)r(jià)比，得到了用戶(hù)的一致好評(píng)，適合在我國(guó)航空工業(yè)推廣使用。