1  引言

    近年来，随着计算机技术的迅速发展，对科研实验效果的要求也越来越高。在冶金行业中金属塑性热加工过程的研究中，要求能够精确的测量实验数据，同时又能对即将使用在生产线上的各种传感器、执行器进行测控，以便对其性能进行评估，为最终安装在生产线上能可靠运行提供保障。但被测量的信号或被控制对象所处的位置是不同的，如测量一个钢块在被加热过程中，不同位置的点的温度变化时，要在加热炉附近进行。而测控一个伺服阀的性能要在液压站附近进行，为此我们开发了一套可以对多种信号进行测量，也可以对某些对象进行闭环控制的测控车。
具体地说，此测量车可以测量压力、扭矩、流量、速度、位移、电压、电流以及钢板温度等信号。可以对伺服阀、液压马达、加热炉、水幕(或集管)冷却水的流量等进行闭环控制。

2  系统的硬件构成

    整个测控车控制系统包括两部分，即测量控制部分和数据处理及分析部分。测量和控制部分采用西门子公司S7-300系列PLC，选择CPU-315-2DP作为控制器，与ET200组成PROFIBUS-DP网，以便于对分散的对象进行控制时减少接线。选用6ES7 331-7KF02多功能模拟量输入模块做信号采集，因为此模块可以采集热电偶信号，电压信号和电流信号。模拟量输出模块选择12位精度的6ES7 322-5HD01。
数据处理及分析部分采用为工业控制计算机，通过美国NI公司提供的PC-1500PFB PROFIBUS通讯卡，实现上位机与控制器之间的数据交换。软件采用该公司的图形化软件LabVIEW7.0。硬件配置见图1所示。

图1  控制系统硬件配置

3  系统的功能原理

    该测量车机械结构紧凑、移动灵活、接线方便。另外ET200M部分为一个单独的控制箱，它与CPU之间只有一条数据线，因此可以放在与测量车有一段距离、靠近被控制点附近。
该测量车可以对被测量进行短时或长时间的测量，并将数据通过PROFIBUS总线保存在上位机中，之后对数据进行绘制各种曲线、拟合、回归等处理，还可以打印报表等。可以快速地记录闭环控制过程中的Setpoint值、Process Variable值、偏差值和PID输出值，以便对被控对象的性能，控制效果等进行分析和评估。
该控制系统的硬件控制器为S7-300系列的CPU315-2DP，具有速度快、可构成DP网的特点。模拟量输入模块采用331-7KF02，该模块通过改变其侧面的4个小方块的安装方向，来改变所测量信号的种类，即电压、电流、热电偶信号。每一个小方块控制两通道，共8个通道。另外在STEP7的HardWare Config中，在331-7KF02的属性里也要选定与小方块指示相同的信号类型。在硬件接线方面，要将331-7KF02模块的前连接器的第10、11脚短接，并连接到每个通道的负端。这样才能正确地测量到信号。模拟量输出信号选用322-5HD01，其输出可以选择电压或电流量方式。
计数器选用FM350-2，具有8个通道。开关量输入模块为321-1BL00-0AA0，即32点，24VDC。开关量输出模块为两种:一种是322-1BL00-0AA0，32点，24VDC;另一种是322-1HF01-0AA0，为8点继电器输出，可以直接控制电流较大的负载。

4  系统软件

    测量和控制部分的软件为西门子公司的STEP7 5.2，该软件编程直观快捷，函数功能齐全，调试方便。软件结构是根据不同的任务分为若干个子程序，通过上位机传送的不同参数，或控制面板上的转换开关来启动相应的程序，如图2所示。如在温度测量的程序中，分为测量热电偶的温度mV信号和测量来自红外线测温仪的4～20mA电流信号，不同类型的信号，其标度变换将调用不同标定子程序。在控制部分中流量控制和位移控制也是不同的子程序。

图2  系统软件任务分配

上位机的软件为LabVIEW7.0，通过PC-1500PFB PROFIBUS通讯卡于PLC交换数据。该软件具有运行速度快，数据分析和数据处理的函数齐全，编程速度快，界面友好等特点。在人机界面中，对各种类型的测量和控制的试验进行编码，当操作者选择了相应的实验后，通过通讯将该实验编码及相关的参数一起发送到PLC中的特定DB块中，PLC程序得到实验编码后进行初始化，然后等待操作者按下启动按钮，程序才能真正地运行。在测量和控制中采集到的数据以数组的形式存放在不同的数据块中。上位机在传送完实验参数后，将运行数据接收子程序，将PLC中DB块内的实验过程数据获得并存储在上位机中，同时在上位机可以实时显示这些数据。