一種用于氣動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)熱問(wèn)題的一種地面模擬技術(shù)。它以氣動(dòng)熱計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，利用控制氣動(dòng)加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的加熱過(guò)程，模擬飛行器在空間的等效熱環(huán)境和氣動(dòng)載荷，對(duì)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(hào)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(dòng)加熱模擬試驗(yàn)熱源提供方式。
[0003]石英燈紅外熱輻射氣動(dòng)加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括測(cè)量與控制裝置、電功率調(diào)節(jié)裝置、石英燈加熱器三個(gè)主要部分?？删幊踢壿嬁刂破?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(dòng)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(duì)試驗(yàn)件熱流、溫度熱狀態(tài)的控制和監(jiān)測(cè)能力?？刂菩盘?hào)和監(jiān)測(cè)信號(hào)，主要通過(guò)PLC采集熱流傳感器和熱電偶的反饋信息獲取。試驗(yàn)過(guò)程中，往往還需要對(duì)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(cè)。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(duì)多路測(cè)量通道數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，以及對(duì)控制反饋信息的測(cè)量，如整流罩的熱試驗(yàn)需要采集多達(dá)上百路的信號(hào)。
[0004]文獻(xiàn)《一種氣動(dòng)加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)》中利用西門(mén)子PLC作為控制器，采用組態(tài)軟件WINCC開(kāi)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?dòng)加熱系統(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(dòng)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(dòng)程序編寫(xiě)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決氣動(dòng)加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集問(wèn)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(wèn)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(cè)量試驗(yàn)件熱狀態(tài)，利用OPC向外界展示所測(cè)量得到的數(shù)據(jù);3)上位機(jī)通過(guò)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(cè)變量顯示;5)通過(guò)掃描到的控制反饋量和控制律，計(jì)算得到控制量，通過(guò)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(dòng)加熱系統(tǒng)多通道數(shù)據(jù)快速采集問(wèn)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(duì)OPC服務(wù)器進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置就可以使用，省去了編寫(xiě)底層通信驅(qū)動(dòng)的工作。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為氣動(dòng)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(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)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?qǐng)D1，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(guò)PLC實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，輸出模擬信號(hào)控制電功率調(diào)節(jié)裝置中的輸出功率;通過(guò)電功率調(diào)節(jié)裝置給石英燈加熱器提供可控電壓來(lái)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(pán)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(guò)熱保護(hù)、故障輸出互鎖功能、過(guò)電流保護(hù)、過(guò)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(dòng)控制。采用模擬電流信號(hào)作為控制信號(hào)。
[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(guò)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)犭娕迹哂腥缦聝?yōu)點(diǎn):測(cè)溫范圍寬、線性度好、熱電勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(cè)溫線長(zhǎng)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(cè)量，以及電功率調(diào)節(jié)裝置控制所需要模擬電流信號(hào)的給定。
[0019]通過(guò)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(kāi)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(xiě)的變量。
[0020]上位機(jī)軟件利用LabWindows/CVI編寫(xiě)。使用DataSocket Library所提供函數(shù)庫(kù)中的DS_0pen函數(shù)，來(lái)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(gè)參數(shù)是所讀寫(xiě)變量在OPC服務(wù)器軟件中配置對(duì)應(yīng)的映射路徑;第二個(gè)參數(shù)表示是實(shí)時(shí)讀寫(xiě);最后一個(gè)參數(shù)是變量句柄dshandle_X。
[0023 ] 上位機(jī)通過(guò)開(kāi)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(dòng)前，通過(guò)讀取EXCEL文件，得到溫度目標(biāo)譜的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)開(kāi)始后，定時(shí)器啟動(dòng)，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(cè)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(gè)參數(shù)是變量句柄，第二個(gè)參數(shù)表示數(shù)據(jù)類型，第三個(gè)參數(shù)是讀取PLC程序中相對(duì)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(gè)參數(shù)是變量句柄，第二個(gè)參數(shù)表示數(shù)據(jù)類型，第三個(gè)參數(shù)是改變PLC模擬量輸出所對(duì)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(guò)程數(shù)據(jù)寫(xiě)入到EXCEL文件中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于氣動(dòng)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(cè)量試驗(yàn)件熱狀態(tài)，利用OPC向外界展示所測(cè)量得到的數(shù)據(jù);3)上位機(jī)通過(guò)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(cè)變量顯示;5)通過(guò)掃描到的控制反饋量和控制律，計(jì)算得到控制量，通過(guò)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(kāi)了一種用于氣動(dòng)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(dòng)加熱模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集問(wèn)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(cè)量試驗(yàn)件熱狀態(tài)，利用OPC向外界展示所測(cè)量得到的數(shù)據(jù)。上位機(jī)通過(guò)OPC掃描試驗(yàn)系統(tǒng)所需要的變量。通過(guò)掃描到的控制反饋量和控制律，計(jì)算得到控制量，通過(guò)OPC，賦值于PLC。該方法不需要開(kāi)發(fā)底層的通信驅(qū)動(dòng)程序，在PLC通信配置好后通過(guò)簡(jiǎn)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(kāi)號(hào)】CN105676770
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610034694
【發(fā)明人】王德成, 司林濤, 李國(guó)豪
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月19日