发动机抽真空冗余自动化测控系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及火箭用液氧煤油发动机领域，尤其涉及一种发动机抽真空冗余自动化测控方法。
【背景技术】
[0002]我国新型火箭采用液氧煤油发动机，该火箭发射前需进行燃料腔抽真空和充填。根据火箭发射要求，发动机抽真空时间为火箭发射前人员撤离后，由操作员在后端动力方舱内进行控制。为保证火箭顺利发射，抽真空系统必须按节点正确工作，在规定时间内将发动机燃料腔压力抽至额定值以下同时保持该压力不少于1000s。
[0003]目前，我国现有发动机抽真空测控方法为:手动按钮控制真空栗、手动阀门控制引射器两种方式进行抽真空试验。采用单一设备抽真空效果及稳定性差，当采用冗余工艺设备时，手动测控容易受到人为干扰。现有抽真空测控方法都是依靠敷设电缆靠手动按钮进行抽真空试验，自动化程度低，误操作率高，灵活性差，可靠性低。
【发明内容】
[0004]为了解决【背景技术】中所存在的技术问题，本发明提出了一种发动机抽真空冗余自动化测控系统及方法，采用双下位机、多上位机测控一体方案，由远端控制，可靠性高；同时测控一体方案与传统测量与控制分开方法相比，效率提高。
[0005]本发明的技术解决方案是:发动机抽真空冗余自动化测控系统，包括相互交换的分别设在前端设备间和后端动力方舱的光端机，前端设备间内光端机分别与触摸屏、第一测控装置、第二测控装置通信，第一测控装置和第二测控装置连接信号转接器；后端动力方舱内光端机与第一测控上位机和第二测控上位机通信。
[0006]上述信号转接器分别连接压力传感器、真空传感器、电磁阀以及接近开关。
[0007]上述光端机之间通过光纤连接；前端设备间内光端机与触摸屏、第一测控装置、第二测控装置之间通过工业网线连接；后端动力方舱内光端机与第一测控上位机和第二测控上位机通过工业网线连接；第一测控装置和第二测控装置与信号转接器通过活动电缆连接。
[0008]发动机抽真空冗余自动化测控方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤:
[0009]I)远端方舱发送程序启动指令，下位机执行预先编译下载好的抽真空程序，开启真空栗；下位机控制器以扫描的方式依次读入所有输入状态和数据，其中控制器中的模拟量采集模块分辨率为15位，将所有数据存放到I/O映象区中的响应单元内；
[0010]2)系统加入反馈设计，真空栗开始工作60秒后，进入传感器值反馈判读程序；
[0011]3)传感器测量值实时与设定值进行比较，当4个传感器有3个小于等于设定值后，判读条件成立，程序自动向下进行；
[0012]4)打开引射器，向变频器发指令关闭真空栗；
[0013]5)在100s后程序自动关闭引射器，结束抽真空。
[0014]上述步骤2)反馈判读程序具体过程是:四个传感器将4-20mA电流信号传至PLC的模拟量输入模块，该模块通过AD转换后将数据传至PLC的控制器，控制器通过传感器的校准系数将信号转换成对应压力值。四个压力值实时与设定值进行比较，当传感器值大于设定值时，真空栗继续工作，当4个传感器有3个小于等于设定值后，程序关闭真空栗打开引射器。
[0015]上述步骤I)中所有输入状态是:抽真空系统的阀门指令信号、阀门回测信号；阀门指令信号与阀门回测信号是开关量信号(数字量信号)，即打开是1，关闭是O。
[0016]上述步骤I)抽真空程序具体是:
[0017]1.1)软件初始化并进行试验前系统检查；
[0018]1.2)进入程序流程图界面；
[0019]1.3)控制第一下位机，选择程序控制；
[0020]1.4)开始采集并启动程序，60秒后进行传感器判断；
[0021]1.5)程序启动引射器，关闭真空栗；
[0022]1.6)待100s后关闭引射器，抽真空结束。
[0023]上述步骤1.3)若当控制第一下位机故障时，则进行步骤1.7)切换到第二下位机，选择程序控制；
[0024]1.8)开始采集并启动程序，60秒后进行传感器判断；
[0025]1.9)程序启动引射器，关闭真空栗；
[0026]1.10)待100s后关闭引射器，抽真空结束。
[0027]本发明的有益效果是:通过程序控制变频器、缓慢启动或关闭栗，有效减少大功率设备启停带来的电磁干扰；根据引射器工作原理，开启与关闭时阀门顺序的不同，采用程序保护设计，可以减少传统操作方法人为带来的误操作问题；当抽真空系统遇到紧急情况，需要关闭所有设备时，单击“紧急关闭按钮”可以按顺序快速关闭所有工艺设备，该方法比传统方法减少真空状态下，误动作带来的设备损坏。
[0028]系统建成后，通过了多次调试并参加了多次发动机抽真空和煤油充填试验，获得较全面、准确的数据，与传统抽真空方法有以下优点:1)首次将冗余下位机测控应用到发动机抽真空试验中可靠性高；2)采用自动反馈设计有效解放人力，提高了工作效率与试验的准确性；3)采用多站点设计，可以实现近、远距离控制；4)安全性设计增强了工艺设备的安全运转，保障生命及财产安全。
【附图说明】
[0029]图1是本发明抽真空测控系统原理图；
[0030]图2是本发明的抽真空控制流程图；
[0031]图3是本发明抽真空系统自动控制时序图；
[0032]图4是本发明反馈流程图；
[0033]图5是本发明的紧急关闭时序图；
[0034]图6是本发明的网络通讯系统图；
[0035]图7是本发明自动程序流程不意图。
【具体实施方式】
[0036]本发明提出一种发动机抽真空冗余自动化测控系统:
[0037]1.1】硬件系统
[0038]测控硬件系统主要由测控上位机、光端机、测控装置(下位机)、信号转接器、传感器及通讯光缆等组成。
[0039]a)测控装置采用采用两台小型宽温系列PLC (MicroLogixHOO)控制器1766-L32BWAA及其扩展模块，主要负责测控数据采集、通道控制、超高速定时计数与数据运算等功能。
[0040]b)上位机及触摸屏集中控制站采用工业控制计算机、笔记本及10寸触摸屏，通过Ethernet标准局域网通信协议，实现控制电磁阀、监测网络交换机端口运行状态、实时数据采集与存盘及工艺流程显示等功能。
[0041]c)光端机采用冗余工业以太网通信方式，具有双路单模光口，通过单模光纤及网线连接完成上位机、触摸屏与下位机的数据交换。
[0042]d)信号转接箱主要完成抽真空系统电磁阀控制电缆、阀位检测电缆及传感器电缆信号输入与输出、前端测控柜所有直流电源运行指示等功能。
[0043]1.2】软件系统
[0044]软件系统由测控软件与数据处理软件组成。下位机控制器采用RSLogix 500开发环境，上位机及触摸屏基于FactoryTalk View Stud1组态设计环境开发，其中上位机按钮通过组态虚拟按钮编写，一键功能按钮通过内嵌VBA开发，网络通讯基于RSLinx环境运行，数据处理软件通过VB.net语言编写。
[0045]2】抽真空系统工作流程
[0046]火箭地面抽真空系统采用真空栗预抽真空、真空引射装置接力工作模式。在发射前，首先通过后端动力方舱内