一種用于氣動加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 一種用于氣動加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣動加熱模擬試驗(yàn)是模擬飛行器飛行中由高速氣流引起的氣動熱問題的一種地面模擬技術(shù)。它以氣動熱計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，利用控制氣動加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的加熱過程，模擬飛行器在空間的等效熱環(huán)境和氣動載荷，對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析提供指導(dǎo)作用，為產(chǎn)品研制提供依據(jù)，有助于加快型號研制進(jìn)度、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低研制成本、縮短試驗(yàn)周期。石英燈紅外熱輻射加熱是常用的氣動加熱模擬試驗(yàn)熱源提供方式。
[0003]石英燈紅外熱輻射氣動加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括測量與控制裝置、電功率調(diào)節(jié)裝置、石英燈加熱器三個主要部分。可編程邏輯控制器(PLC)具有使用靈活、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，成為設(shè)計(jì)石英燈紅外熱輻射氣動加熱模擬系統(tǒng)的控制器重要選擇。試驗(yàn)系統(tǒng)要求能夠具備包含對試驗(yàn)件熱流、溫度熱狀態(tài)的控制和監(jiān)測能力?？刂菩盘柡捅O(jiān)測信號，主要通過PLC采集熱流傳感器和熱電偶的反饋信息獲取。試驗(yàn)過程中，往往還需要對加熱器水冷裝置水流速度及水冷板溫度、電功率調(diào)節(jié)裝置電流電壓等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。試驗(yàn)系統(tǒng)需要具備多通道數(shù)據(jù)采集能力，以滿足對多路測量通道數(shù)據(jù)的監(jiān)測，以及對控制反饋信息的測量，如整流罩的熱試驗(yàn)需要采集多達(dá)上百路的信號。
[0004]文獻(xiàn)《一種氣動加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)》中利用西門子PLC作為控制器，采用組態(tài)軟件WINCC開發(fā)上位機(jī)軟件，使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。文獻(xiàn)《?？颂貐⒖紲囟确ǖ臍鈩蛹訜嵯到y(tǒng)研究》中使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行PLC和上位機(jī)之間的通信。文獻(xiàn)《基于PLC的氣動熱環(huán)境模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中利用貝加萊PLC作為控制器，使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。這些基于TCP/IP協(xié)議的通信模式，使得上位機(jī)不能實(shí)時(shí)的得到狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，同時(shí)通信需要占據(jù)時(shí)間，使控制周期不能太短，影響控制精度，而且底層通信驅(qū)動程序編寫復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決氣動加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集問題，本發(fā)明提供一種基于Window NT技術(shù)規(guī)范OPC數(shù)據(jù)通訊的多通道數(shù)據(jù)采集方法，可快速的實(shí)現(xiàn)多達(dá)百路以上的數(shù)據(jù)采集。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:I)利用溫度傳感器、熱流傳感器敏感試驗(yàn)件的熱狀態(tài);2)PLC每隔固定的時(shí)間，測量試驗(yàn)件熱狀態(tài)，利用OPC向外界展示所測量得到的數(shù)據(jù);3)上位機(jī)通過OPC掃描試驗(yàn)系統(tǒng)所需要的變量;4)利用上位機(jī)人機(jī)交互界面進(jìn)行監(jiān)測變量顯示;5)通過掃描到的控制反饋量和控制律，計(jì)算得到控制量，通過OPC，賦值于PLC; 6 )PLC輸出相應(yīng)的控制量，改變電功率調(diào)節(jié)裝置的輸出及試驗(yàn)件熱狀態(tài)。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:I)利用OPC實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和PLC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，解決了氣動加熱系統(tǒng)多通道數(shù)據(jù)快速采集問題;2)利用OPC高可靠性和高速數(shù)據(jù)傳輸能力，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，能夠有效縮短控制周期，提高譜線的跟蹤精度;3)只需要對OPC服務(wù)器進(jìn)行簡單的設(shè)置就可以使用，省去了編寫底層通信驅(qū)動的工作。
【附圖說明】
[0008]圖1為氣動加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖中，丨一上位機(jī)pc，2—PLC，3—電功率調(diào)節(jié)裝置，4一石英燈加熱器，5—試驗(yàn)件，6—熱電偶。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0011]本發(fā)明實(shí)施實(shí)例的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參照圖1，由I上位機(jī)、2PLC、3電功率調(diào)節(jié)裝置、4石英燈加熱器、5試驗(yàn)件和6熱電偶組成。系統(tǒng)通過PLC實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，輸出模擬信號控制電功率調(diào)節(jié)裝置中的輸出功率;通過電功率調(diào)節(jié)裝置給石英燈加熱器提供可控電壓來給試驗(yàn)件進(jìn)行熱輻射加熱。
[0012]上位機(jī)采用研華工控機(jī)610H，主要配置為:酷睿E7400、內(nèi)存2GB、硬盤160G。
[0013]PLC采用貝加萊公司B&R X20系列，具有以下特點(diǎn):硬件模塊化;組網(wǎng)通信能力；具有與HMI通訊的接口；具有工業(yè)計(jì)算機(jī)能力；可靠的I/O總線協(xié)議;獨(dú)立的I/O總線和系統(tǒng)總線;工業(yè)強(qiáng)度的端子排;多I/O總線系統(tǒng)的高性能。包含以下模塊:CPU模塊、總線模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、熱電偶模塊、機(jī)架、電源模塊。
[0014]電功率調(diào)節(jié)裝置選用佳凱中興的JK3S系列全數(shù)字三相晶閘管功率控制器，功率230kW。該裝置有完善的保護(hù)功能:缺相保護(hù)、過熱保護(hù)、故障輸出互鎖功能、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、防短路保護(hù)、漏電保護(hù)。工作模式設(shè)置為:閉環(huán)調(diào)壓自動控制。采用模擬電流信號作為控制信號。
[0015]石英燈加熱器由石英燈燈管矩陣組成。每根燈管的功率為5kW。輸入電壓為可達(dá)380V ο燈管表面含有涂層。加熱器含有水冷板。水冷板通過氬弧焊進(jìn)行焊接。
[0016]試驗(yàn)件采用TB型鈦合金板，厚度為5mm。
[0017]熱電偶采用OMEGAK型高溫?zé)犭娕?，具有如下?yōu)點(diǎn):測溫范圍寬、線性度好、熱電勢率比較高、靈敏度高、抗氧化能力較強(qiáng)、在還原與氧化氣氛中輸出熱電動勢均較穩(wěn)定。熱電偶一端為焊點(diǎn)，另一端接入PLC的熱電偶模塊，測溫線長為20米。
[0018]軟件部分包含PLC軟件和上位機(jī)軟件兩大部分組成。上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能為:溫度譜線的給定、控制律參數(shù)的設(shè)置、控制量的生成、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存。PLC軟件完成的功能為溫度數(shù)據(jù)的測量，以及電功率調(diào)節(jié)裝置控制所需要模擬電流信號的給定。
[0019]通過網(wǎng)線將上位機(jī)與PLC相連，使用貝加萊PLC提供的OPC服務(wù)器軟件PVIOPCConfigurator進(jìn)行通信設(shè)置。打開OPC服務(wù)器軟件后，通信路徑選擇PVI_LNINA2，總線選擇INA2000，通訊方式選擇以太網(wǎng)。將OPC服務(wù)器的IP地址設(shè)置成與PLC的地址一致。在CPU下拉菜單中選中PLC相應(yīng)程序的名字，往PLC變量文件夾中導(dǎo)入所需讀寫的變量。
[0020]上位機(jī)軟件利用LabWindows/CVI編寫。使用DataSocket Library所提供函數(shù)庫中的DS_0pen函數(shù)，來創(chuàng)建通訊連接。該函數(shù)的調(diào)用方法為:
[0021 ] Result = DS_0pen("opc://localhost/B&R.Pv1PC.2/PLCVariables.test.X"，DSConst_Rea dAutoUpdate,NULL,NULL,&dshandle_X)
[0022]其中，第一個參數(shù)是所讀寫變量在OPC服務(wù)器軟件中配置對應(yīng)的映射路徑;第二個參數(shù)表示是實(shí)時(shí)讀寫;最后一個參數(shù)是變量句柄dshandle_X。
[0023 ] 上位機(jī)通過開啟I OOms的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)等時(shí)間間隔的控制。在定時(shí)器啟動前，通過讀取EXCEL文件，得到溫度目標(biāo)譜的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)開始后，定時(shí)器啟動，每隔固定的時(shí)間采用DS_GetDataValue函數(shù)得到溫度反饋值，以及所需要觀測點(diǎn)的溫度值。該函數(shù)的調(diào)用格式為:
[0024]DS_GetDataValue(dshandle_G，CAVT_D0UBLE，&G[]，O，O，O)
[0025]其中，第一個參數(shù)是變量句柄，第二個參數(shù)表示數(shù)據(jù)類型，第三個參數(shù)是讀取PLC程序中相對應(yīng)變量的地址。根據(jù)得到的反饋溫度數(shù)據(jù)以及所設(shè)置的PID參數(shù)，產(chǎn)生控制量，利用DS_SetDataValue改變PLC輸出的模擬量，以達(dá)到控制石英燈燈管的輸入電壓的目的。該函數(shù)的調(diào)用格式為:
[0026]DS_SetDataValue(dshandle_u，CAVT_D0UBLE，u[]，O，O，O)
[0027]其中，，第一個參數(shù)是變量句柄，第二個參數(shù)表示數(shù)據(jù)類型，第三個參數(shù)是改變PLC模擬量輸出所對應(yīng)的PLC程序中變量名稱。
[0028]試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉定時(shí)器，將試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)寫入到EXCEL文件中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于氣動加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于I)利用溫度傳感器、熱流傳感器敏感試驗(yàn)件的熱狀態(tài)；2)PLC每隔固定的時(shí)間，測量試驗(yàn)件熱狀態(tài)，利用OPC向外界展示所測量得到的數(shù)據(jù);3)上位機(jī)通過OPC掃描試驗(yàn)系統(tǒng)所需要的變量;4)利用上位機(jī)人機(jī)交互界面進(jìn)行監(jiān)測變量顯示;5)通過掃描到的控制反饋量和控制律，計(jì)算得到控制量，通過0PC，賦值于PLC; 6)PLC輸出相應(yīng)的控制量，改變電功率調(diào)節(jié)裝置的輸出及試驗(yàn)件熱狀態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于氣動加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集方法，解決氣動加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集問題。提供了一種基于Window？NT技術(shù)規(guī)范的OPC數(shù)據(jù)通訊方法，可快速的實(shí)現(xiàn)多達(dá)百路以上的數(shù)據(jù)采集。PLC每隔固定的時(shí)間，測量試驗(yàn)件熱狀態(tài)，利用OPC向外界展示所測量得到的數(shù)據(jù)。上位機(jī)通過OPC掃描試驗(yàn)系統(tǒng)所需要的變量。通過掃描到的控制反饋量和控制律，計(jì)算得到控制量，通過OPC，賦值于PLC。該方法不需要開發(fā)底層的通信驅(qū)動程序，在PLC通信配置好后通過簡單的函數(shù)代碼就可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和PLC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，從而快速實(shí)現(xiàn)多通道的數(shù)據(jù)采集。
【IPC分類】G01N25/00, G05B19/05
【公開號】CN105676770
【申請?zhí)枴緾N201610034694
【發(fā)明人】王德成, 司林濤, 李國豪
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月19日