杠杆式力标准机控制系统设计

　　力标准机是力学计量中对各种力传感器、测力仪和称重传感器进行检定或测试的设备， 它通常分为静重式、杠杆式、液压式、叠加式等类型。 力值不确定度主要取决于砝码质量的不确定度、安装地点重力加速度的测量不确定度、砝码和空气密度的测量不确定度，同时还与砝码的稳定性、加卸方式及机器的结构有关。 本文提出了一种杠杆式力标准机电气控制系统的设计方案，依照此方案改造成功的力标准机EEI-6已经应用于实际工作中。

　　一、系统总体结构

　　本文涉及的研究内容：力值、位移自动测量技术和可编程控制器(PLC)编程控制技术;编制电气控制应用软件，研发设计力标准机电气自动控制系统，实现对整机的自动控制;采用计算机进行总体控制，用位移传感器代替LC模拟平衡指示表;自行研发数字式显示系统，用以显示被检测力计示值;通过大量的系统测试与试验验证整套系统。

　　力标准机电气控制系统的总体结构如图1所示。采用模块式结构PLC为核心，主要用电磁感应器件采集信号，利用设计定制的专用机械安装结构， 配以相应的外围低压电器控制器件，从而驱动电机来实现。 杠杆式力标准机的系统改造中，各组砝码的加荷与卸荷，通过接近开关的计数来完成; 自动调节平衡是以接近开关通断作为反馈信号来判别调节的; 位移自动测量采用位移传感器并用模拟表显示;限位开关的作用是限位保护。 其他具体的控制功能是通过软件来实现的。 电磁感应检测电路和杠杆调节电路安装在力标准机主机身上， 能检测到每块砝码和杠杆的状态，并将信息转换为开关量传递到PLC的输入模块，CPU模块接收信号并分析处理， 产生对显示器、电机等I/O设备的控制命令，再经输出模块发出控制指令。

　　二、硬件设计

　　具体硬件设计主要分为机械测力和电气控制系统两部分。 经过周密测量与计算，制定位移传感器、接近开关和限位开关的安装方案， 完成安装夹具设计与加工，完成机械改造部分的设计、加工、安装和调试。电气控制系统是以模块式结构PLC为核心， 通过霍尔器件采集信号，配以相应的外围器件，从而驱动电机来实现的。 例如大、小砝码的加荷与卸荷，通过接近开关的计数来完成; 自动调节平衡是以接近开关通断作为反馈信号来判别调节;位移自动测量采用位移传感器并用模拟表显示。

　　1.检测电路

　　如何准确检测当前状态下所加载的砝码个数是本系统的一个关键技术。 由于砝码是标准件等间距放置，吊挂每加载一块砝码，都会移动同样的距离。因此，从吊挂的位移量即可知加载的砝码个数。 利用该原理我们设计了电磁感应检测电路： 数个接近片等间距垂直排列，一只接近开关固定在吊挂上，随着接近开关沿着接近片上下移动， 接近开关与接近片的距离调节适当，当接近开关移动到某一接近片时， 接收端电平发生跳变，从而产生一个脉冲信号，PLC输入端接收， 从而将位移量信号转化为电信号，这种无接触测量的方法定位准确度较高且重复性较好，几乎没有磨损。另外，将一挡板固定在吊挂上，其随吊挂上下移动，当吊挂运行到极限位置时，挡板接触到限位开关，限位开关动作，系统运行强行中断，从而起到系统保护的作用。