一种人影高炮模拟系统及控制方法与流程

本发明涉及人影高炮模拟领域，具体涉及一种人影高炮模拟系统及控制方法。

背景技术：
人工影响天气是气象部门服务于社会的一项重要活动。为减轻气象灾害给人类带来的不利影响，人影地面作业充分利用气候资源，凭借科技手段对局部大气的物理、化学过程进行人工干预，旨在达到增雨雪、防雹、消雾、消雨、防霜等目的，从而使局部地区天气状况向有利于人类生产活动的天气方向转化。我国充分利用现代科技手段，积极开展人影地面作业，取得了显著的作用效果，在服务于农业生产、保护生态平衡、缓解水资源紧缺、防灾减灾、以及重大社会活动保障等方面都起着重要作用。高炮作业是人工影响天气的日常工作，其作业数据的采集与收集尤为重要，高炮采集数据为人影部门作业指挥和作业效益评估提供参考。目前进行的人影高炮作业数据采集器测试方法是将需要测试的采集器安装在人工影响天气高炮上进行实弹发射测试，这种测试成本很高，一发碘化银弹药一千多元，而且人工影响天气作业每次作业一般都在十发左右，所以单纯做测试的话，人力物力成本都耗费很大。人影高炮作业数据采集器测试是必须根据人工影响天气的实际需要时才能经行测试，并不是想测试就能测试的。人工影响天气作业流程比较繁琐，根据是否该地区有人工影响天气(降雨、防雹、消云、除雾等)的需要，然后提前向相关部门提前申请空域，获得批准后人影指挥部门向该地区的作业炮点下发作业命令，该炮点再安排作业人员进行人工影响天气作业，作业过程中人影高炮作业数据采集器会将作业数据发送到人影指挥中心和手持终端。以上人影高炮作业数据采集器测试方法测试成本高、测试申请麻烦、进行测试所需要的人员比较多，特别是在对采集器进行批量测试时难度更大，迫切需要设计新的测试方案来测试人影高炮作业数据采集器。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种人影高炮模拟系统及控制方法，该系统大大缩减高炮作业数据采集器的测试成本、周期，同时也使得测试更加方便，通过该平台即可评估要所需测试的高炮作业数据采集器的性能。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种人影高炮模拟系统，其结构为：机械底盘上设置有两个模拟炮管，所述机械底盘下部设置有控制机械底盘在水平方向运动的方位旋转机构、控制机械底盘在垂直方向运动的俯仰旋转机构，所述方位旋转机构通过第一减速器连接到方位驱动机构，所述俯仰旋转机构通过第二减速器连接到俯仰驱动机构，所述机械底盘下部还设置有用于模拟所述人影高炮模拟系统震动的震动器。进一步的，还设置有控制单元，所述控制单元用于控制方位驱动机构和俯仰驱动机构正反转动。进一步的，所述控制单元采用信捷XC2-14T-E型PLC作为控制器。进一步的，还设置有触屏输入单元，所述触屏输入单元用于设置所述人影高炮模拟系统的所有参数，包括方位旋转机构的方向、俯仰旋转机构的角度，模拟用弹量、原点位置、手自动模式、弹药发射周期和驱动电机的转动频率。进一步的，所述触屏输入单元采用信捷工控TG765-MT型触屏。进一步的，所述方位驱动机构采用86HBS80AL4-DK0两相步进电机，所述俯仰驱动机构采用型号为57BYG250B的两相混合式步进电机。进一步的，所述震动器结构为：50ZYT91-R型永磁直流电机转轴上设置有一块半椭圆的硬塑料片，在所述硬塑料片的外表面嵌入有金属板，所述金属板通过其U型口嵌入到半椭圆的硬塑料片的外表面。一种人影高炮模拟系统的控制方法，包括以下步骤：对所述人影高炮模拟系统初始化，即通过触屏输入单元与PLC相对应的数据寄存器相关联，并设置数值；点击方位和俯仰的触屏启动按钮，相对应的软元件被设置成常开或常闭，触发PLC中DPLSY指令执行，PLC开始向方位和俯仰电机驱动器发送所设置的脉冲数并对脉冲计数，当所设置的脉冲数计数达到后，就停止向方位及俯仰电机驱动器发送脉冲；点击模拟发弹启动按钮，PLC控制用弹量输出端口的通断，同时对通断次数计数，等到通断次数达到后停止输出；所有动作执行结束后，系统停止工作。根据上述控制方法，所述设置的数值包括方位旋转机构和俯仰旋转机构的正反转，方位旋转机构和俯仰旋转机构的旋转角度，方位旋转机构和俯仰旋转机构的旋转速度，用弹数量。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)体积小：该人影高炮模拟机械装置的体积大小为长42cm，宽42cm，高67cm，这样的体积相对于人工影响天气高炮的体积明显小的多。(2)安装方便：将需要测试的采集器直接用螺钉固定在测试平台上即可，无需安装在人影高炮上安装。(3)测试方便：人影高炮模拟机械装置体积小，运输方便，运输时无需将测试平台进行拆卸再组装，两个人即可轻松移动。人影高炮作业数据采集器测试在实验室或其他有市电供电的地方都可进行，还可以对人影高炮作业数据采集器进行批量测试。(4)测试成本低：使用人影高炮模拟机械平台装置来测试人影高炮作业数据采集器，只需要对其提供220V市电无需像人影高炮作业一样发射碘化银降雨弹，这样就节省了大量的测试成本。(5)节省人力：使用人影高炮模拟机械平台装置来测试人影高炮作业数据采集器，只需要一个人操作人影高炮模拟机械控制平台的触摸屏就可以使模拟机械控制平台进行相应的动作。附图说明图1是本发明中人影高炮模拟系统原理示意图。图2是本发明中人影高炮模拟系统结构示意图。图2中：1-震动器；2-模拟炮管；3-俯仰旋转机构；4-机械底盘；5-方位旋转机构；6-方位驱动机构。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。如图1所示，该系统控制单元主要由PLC、24V开关电源、48V开关电源、继电器、电磁铁、工控触屏(触屏输入单元)、两个步进电机驱动器、两个步进电机以及一个永磁直流电机组成。一、机械单元机械单元连接关系如图2所示，包括机械底盘4，两个模拟炮管2，控制箱(用来放置控制电路器件)，震动器1，两个旋转机构(一个方位旋转机构5，一个俯仰旋转机构为3)，分别由两个电机来带动方位角和俯仰角机构的旋转，完成对高炮模拟测试机械平台姿态的调整。俯仰机械部分使用了一个减速器，其减速器的减速比为10比1。二、控制单元选择信捷XC2-14T-E型PLC作为控制器，此控制器支持基本的逻辑控制和数据运算、支持高速计数、脉冲输出、外部中断、C语言编辑功能块、I/O点的自由切换等功能，支持自由格式通讯、MODBUS通讯功能可选配。该型号PLC有8点NPN型输入X0～X7、6点晶体管型输出Y0～Y5，其中有两路输出为高速脉冲输出，有一路24V电源输出。两路高速脉冲输出Y0、Y1分别控制方位电机和俯仰电机的转动，Y2、Y3输出分别控制方位电机和俯仰电机的正反转方向，Y4、Y5输出分别单独控制两个电磁铁的吸合与断开次数从而模拟人影高炮弹药的发射数量。此PLC接220V交流电作为供电电源，输出电源接24V直流开关电源。三、触屏输入单元触屏输入单元采用信捷工控TG765-MT型触屏。该触屏采用ARM9CPU，400MHZ主频，128MB存储容量，尺寸为7英寸，1677万色TFT液晶显示LED背光，分辨率800*480像素，带2个COM口，独立通讯，支持232、485、422等通讯方式，可实现多屏一机，带有标配时钟，提供2个USB接口，实现数据的快速传输和备份以及支持多种以太网通讯(支持与MODBUSTCP协议设备及西门子S7-1200PLC通过以太网通讯)。该高炮模拟测试机械平台的所有需要更改的参数(包括需要旋转的方位角、俯仰角的角度、方向，以及模拟用弹量的设置、原点设置、手自动模式设置和弹药发射周期、电机转动频率设置等)都由触屏实时写入PLC的相应寄存器，从而使逻辑按照设定的参数运行。四、继电器控制电路所述继电控制电路由电磁式继电器，分合闸电磁铁和PLC控制系统组成，PLC输出口Y4、Y5分别控制两个电磁铁的通断，分合闸电磁铁工作电压为24V、电流为6A。Y4、Y5公共端为COM1口，当Y4有输出时则Y4与COM1导通继电器13和14端接通开关电源后继电器线圈两端加上24V电压，线圈中就会有电流流过，从而产生电磁效应，衔铁就在电磁力吸引的作用下克服反弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合，此时8和12端闭合电磁铁接通24V开关电源后开始吸合铁杆弹出靠近接近开关，从而模拟出弹药发射后弹壳从接近开关上方飞过的过程。当PLC控制Y4无输出时线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。继电器断开后电磁铁断电，铁杆弹回远离接近开关。五、电源接口电路电源电路包括两个开关电源，其中一个电源为带有三路24V输出的开关电源，两路分别给两个继电器与电磁铁回路供电，一路接触摸屏24V输入端，另一个开关电源是带两路48V输出的开关电源，分别接俯仰电机与方位电机的两相混合式步进电机驱动器MB450A的电源输入端。六、电机驱动电路此部分由两个两相步进电机和两个步进电机驱动器及PLC控制电路组成。其中电机包括俯仰电机、方位电机。方位电机为86HBS80AL4-DK0两相步进电机，该型号电机的步距角为1.8°，静转矩为4NM，工作电流为4A。方位电机在PLC的控制下通过驱动器启动方位电机的转动方向以及旋转角度的控制。俯仰电机采用57系列两相混合式步进电机，电机型号为57BYG250B步距角1.8°，电机输出加蜗轮蜗杆减速，减速比为10∶1。两个电机驱动器均采用型号为MB450A的两相混合式步进电机驱动器，此驱动器采用交流伺服驱动器的电流环进行细分控制，电机的转矩波动较小，运行比较平稳，使用48V开关电源供电。电机驱动器的A+、A-、B+、B-对应连接到两相混合式步进电机。驱动器控制信号PLS+为步进脉冲信号输入正端、PLS-为步进脉冲信号输入负端、DIR+为步进方向信号输入正端、DIR-为步进方向信号输入负端、ENA+为脱机使能复位信号输入正端、ENA-为脱机使能复位信号输入负端。将其中PLS+、DIR+连在一起作公共端在接一个2K的限流电阻接到24V的开关电源。将俯仰电机驱动器的PLS-、DIR-分别接到PLC的Y0、Y2端，将方位电机驱动器的PLS-、DIR-分别接到PLC的Y1、Y3端。通过驱动器面板上的拨码开关SW1、SW2、SW3位来设置驱动器的输出相电流，通过驱动器面板上的拨码开关SW5、SW6、SW7、SW8位来设置电机每转的步数。七、震动器1所述震动器1通过使用50ZYT91-R永磁直流电机转轴上安装一块半椭圆的硬塑料片，然后将金属板的U型口嵌在半椭圆的塑料片的外面。当电机转动时半椭圆的塑料片的长轴会碰击金属板的U型口这时金属片摆动一定角度，当电机带动半椭圆的塑料片再旋转180°半椭圆的塑料片的长轴会碰击金属板的U型口的另一边这时金属片向相反方向摆动相同角度，这样电机转动就带动金属片来回震动。将采集器中的倾角模块安装在金属片上从而实现高炮工作瞬间的超强震动。该电机采用12V直流电源供电，空载转速为每分钟2000转，额定转速为每分钟1500转。在使用本发明人影高炮模拟系统时，给人影高炮模拟机械平台装置提供220V市电，控制系统上电，PLC控制系统运行。控制系统触摸屏的方位角、俯仰角的角度、方向，以及模拟用弹量的设置、原点设置、手自动模式设置点亮即可进行参数设置(包括需要旋转和弹药发射周期、电机转动频率设置等)。参数设置好后点击触屏上运行功能图标，PLC控制系统开始按照设置好的参数控制人影高炮模拟机械平台装置进行相应的动作(包括方位角、俯仰角、发射弹药等)。本发明人影高炮模拟系统控制方法如下：上电后系统开始初始化，通过触屏软件中与PLC相对应的数据寄存器相关联并填写需要设置的数值，待所有需要进行设置的参数(方位、俯仰角的正反转设置，方位、俯仰角的旋转角度设置，方位、俯仰角的旋转速度设置以及用弹数量设置等)都设置好之后，等待点击触摸屏上的相应启动按钮执行相应动作。具体执行过程为当点击方位和俯仰的触屏启动按钮后相对应的软元件被设置成常开或常闭触发PLC中DPLSY指令执行，PLC开始向方位和俯仰电机驱动器发送所设置的脉冲数并对脉冲计数。当所设置的脉冲数计数达到之后就停止向方位及俯仰电机驱动器发送脉冲。模拟发弹则是待触屏用弹量参数设置好之后点击模拟发弹启动按钮，PLC控制用弹量输出端口的通断，同时对通断次数计数，等到通断次数达到后停止输出。待所有动作执行结束后程序停止，结束整个过程。