据了解，国内外的风洞天校准设备，施加校准载荷的方式不尽相同，其中主要包括：净重加载、液压加载、气动加载和机械加载等。BACS-1500风洞天平校准系统的研制选取了净重自动加载方案，该加载系统包括加载头，砝码串及其拖动装置和滑轮及其传力钢带等几个部分。

　　1.工艺和实际自动化要求

　　为了获得较高的加载精度，并通过定值递增和递减的阶梯加载检验被校天平的线性和重复性等性能，选用砝码净重加载方案，通过砝码串及其拖动装置和增量式编码器以及西门子PLC的CPU226CN实现高精度自动加载。

　　本加载系统采用自动加砝码的净重加载方案，通过15个独立的砝码串及其拖动装置对被校天平施加校准载荷。加载时，控制系统启动加载电机正转，通过蜗杆/蜗轮，螺母/丝杆传动机构使砝码托盘向下运动，使位于托盘上的一串砝码自上而下逐个悬挂在加载杆上，实现加载的目的。当MT6100iv5控制电机反转时，托盘将悬挂在砝码杆上的砝码自下而上的逐个托起，使其与加载杆脱开，实现卸载的目的。

　2.加卸载控制系统

　　2.1 加卸载控制系统概述

　　自动加卸载是通过三相交流电动机(AO5624)经蜗轮/蜗杆、减速器使丝杆转动托盘上(卸载)下(加载)移动来实现的。通过选择合适的传动比和电机转速，获得合适的加载速度。并接在加载电机轴杆上的增量式编码器通过高速计数器以脉冲方式传给CPU226CN，经比较运算后提供给控制系统作为自动加载的控制信号，实现自动加载的目的。

　　2.2 系统硬件配置

　　加卸载控制电路主要包括：空气开关、西门子PLC及扩展模块、继电器，电机三相灭弧器、保险端子等……　　　本系统应用西门子PLC高速计数器功能，选择模式9(A/B相正交计数器)并初始定义计数器(HSC0，HSC1，HSC2，HSC4)，由于一台西门子PLC多只能控制4台电机，15台电机可由4台CPU226CN控制。以一台西门子PLC为例，每个CPU226CN扩展了两个模块EM221，具体输入点如下：

　　程序编制

　　2.3.1 上位机程序编写

　　由于开发环境为具有可视化功能的VB，上位机可以通过西门子PLC控件PLC_COM方便的对PLC寄存器进行读写。很方便的做到数据的给定和反馈值的显示。具体系统方框图如下：

　　2.3.2 PLC程序的编写

　　S7-200系列西门子PLC 具有自由通讯口，可由用户自主编制通讯协议及相关通讯程序，由于控制程序量较大，并且通讯程序占有西门子PLC有限的内存，因此通讯程序必须简洁高效。在本控制器中，西门子PLC始终作为从机，通过西门子PLC编程电缆(RS232转RS485)与上位机通讯，根据上位机发出的各种指令进行应答。通讯协议中，@表示起始字符，$表示结束字符，变量类型中W表示字型，B表示字节型，采用ASCⅡ码。在接收后再将ASCⅡ码转换为实际数据。

　　高速计数器都设为A/B脉冲正交计数器工作模式，对采用增量式编码器来进行位置控制有点难度，需要每次计数器采回码值都要存储到PLC内部寄存器，在下一次启动西门子PLC时再把寄存器内的数值储存回计数器中。这样增量式编码器可以作为式编码器使用，方便控制，而且运行可靠。

　　增量编码器的信号与西门子PLC高速计数器连接，检测托盘位置。程序编制时，将高速计数器(HSC0、HSC1、HSC2和HSC4)初始化为模式9，即为A/B脉冲正交计数器。为提高分辨率，高速计数器都设为4X模式。

　　2.4系统保护

　　在西门子PLC系统保护方面，系统在软硬件都加了严密的保护，软件方面，不但在输出触点设置互锁保护而且在输入触点也进行互锁和连锁保护;硬件方面，在托盘的运行轨迹上下两个端面装有行程开关，起到限位和保护作用。在控制柜控制电路中，增加了单项电流为2A的保险丝的保险端子，和总电流20A的三相空气开关，对电机的过流提供了保护，可对电机在缺相的情况下提供保护;除此还在电机输入端并有电机三相灭弧器防止电机打火;总而言之，该系统在保护方面的工作是非常完善的。

（1）A/D 转换。在实际应用中，一个来自传感器的模拟量物理信号，如 电阻信号、非标准的电压及电流信号等，一般先要经过变送器，转换为 4～ 20mA、0～20mA、1～5V、0～10V 等标准信号，才能接入到控制计算机 的 I/O 模块（板）的模拟量输入（AI）通道上。在 AI 模块（板）上一般都 有硬件滤波电路。电信号经过硬件滤波后接到 A/D 转换器上进行模拟量到 数字量的转换。A/D 转换后的信号是二进制数字量，数字量的精度与 A/D 的转换位数相关，如 12 位的 A/D 转换完的数值范围即为 0～4095，16 位 的 A/D 转换完的数值范围即为 0～65535。之后再由软件对 A/D 转换后的 数据进行滤波和预处理，再经工程量程转换计算，转换为信号的工程量值。 转换后的工程值，可以是定点格式数据，也可以是浮点格式数据。目前，一 般的 CPU 中基本都带有浮点协处理器，且 CPU 的运算速度已大大提高，为 了保证更高的计算精度，采用浮点格式表示数据的更为普遍。 （2）采样周期。对连续的模拟信号，A/D 转换按一定的时间间隔进行， 采样周期是指两次采样之间的时间间隔。从信号的复现性考虑，采样周期不 宜过长，或者说采样频率均不能过低。根据香农采样定理，采样频率ω必须 大于或等于原信号（被测信号）所含的高频率ωmax的两倍，数字量才能较 好地包含模拟量的信息，即 ω≥2ωmax　

　（2.1） 从控制角度考虑，系统采样周期T越短越好，但是这要受到整个 I/O 采 集系统各个部分的速度、容量和调度周期的限制，需要综合 I/O 模件上 A/D、D/A 转换器的转换速度，I/O 模块自身的扫描速度，I/O 模块与控制 器之间通信总线的速率及控制器 I/O 驱动任务的调度周期，才能计算出准确 的小采样周期。在控制系统中，I/O 信号的采样周期是一个受到软硬件性 能限制的指标。随着半导体技术的进步，CPU、A/D、D/A 等器件速度及软 件效率的提高，I/O 采样周期对系统负荷的影响已减小很多，软硬件本身在 绝大多数情况下，已不再是信号采样的瓶颈，一般来说，对采样周期的确定 只需考虑现场信号的实际需要即可。对现场信号的采样周期需考虑以下几 点。 ① 信号变化的频率。频率越高，采样周期应越短。 ② 对大的纯滞后对象特性，可选择采样周期大致与纯滞后时间相等。 ③ 考虑控制质量要求。一般来说，质量要求越高，采样周期应选得越小 一些。 除上述情况外，采样周期的选择还会对控制算法中的一些参数产生影 响，如 PID 控制算式中的积分时间及微分时间。