一种用于气动加热模拟试验系统的多通道数据采集方法

文档序号:9910221阅读:526来源:国知局
一种用于气动加热模拟试验系统的多通道数据采集方法
【技术领域】
[0001 ] 一种用于气动加热模拟试验系统的多通道数据采集方法。
【背景技术】
[0002]气动加热模拟试验是模拟飞行器飞行中由高速气流引起的气动热问题的一种地面模拟技术。它以气动热计算结果为依据,利用控制气动加热模拟试验系统的加热过程,模拟飞行器在空间的等效热环境和气动载荷,对结构强度设计分析提供指导作用,为产品研制提供依据,有助于加快型号研制进度、提高产品质量、降低研制成本、缩短试验周期。石英灯红外热辐射加热是常用的气动加热模拟试验热源提供方式。
[0003]石英灯红外热辐射气动加热模拟试验系统主要包括测量与控制装置、电功率调节装置、石英灯加热器三个主要部分。可编程逻辑控制器(PLC)具有使用灵活、可靠性高、抗干扰能力强、维护方便等优点,成为设计石英灯红外热辐射气动加热模拟系统的控制器重要选择。试验系统要求能够具备包含对试验件热流、温度热状态的控制和监测能力。控制信号和监测信号,主要通过PLC采集热流传感器和热电偶的反馈信息获取。试验过程中,往往还需要对加热器水冷装置水流速度及水冷板温度、电功率调节装置电流电压等信息进行实时监测。试验系统需要具备多通道数据采集能力,以满足对多路测量通道数据的监测,以及对控制反馈信息的测量,如整流罩的热试验需要采集多达上百路的信号。
[0004]文献《一种气动加热模拟试验系统的实现》中利用西门子PLC作为控制器,采用组态软件WINCC开发上位机软件,使用TCP/IP协议进行通信。文献《埃克特参考温度法的气动加热系统研究》中使用TCP/IP协议进行PLC和上位机之间的通信。文献《基于PLC的气动热环境模拟系统设计》中利用贝加莱PLC作为控制器,使用TCP/IP协议进行通信。这些基于TCP/IP协议的通信模式,使得上位机不能实时的得到状态反馈数据,同时通信需要占据时间,使控制周期不能太短,影响控制精度,而且底层通信驱动程序编写复杂。

【发明内容】

[0005]为了解决气动加热模拟试验系统的多通道数据采集问题,本发明提供一种基于Window NT技术规范OPC数据通讯的多通道数据采集方法,可快速的实现多达百路以上的数据采集。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:I)利用温度传感器、热流传感器敏感试验件的热状态;2)PLC每隔固定的时间,测量试验件热状态,利用OPC向外界展示所测量得到的数据;3)上位机通过OPC扫描试验系统所需要的变量;4)利用上位机人机交互界面进行监测变量显示;5)通过扫描到的控制反馈量和控制律,计算得到控制量,通过OPC,赋值于PLC; 6 )PLC输出相应的控制量,改变电功率调节装置的输出及试验件热状态。
[0007]本发明的有益效果是:I)利用OPC实现PC机和PLC的实时数据交互,解决了气动加热系统多通道数据快速采集问题;2)利用OPC高可靠性和高速数据传输能力,实时实现闭环控制,能够有效缩短控制周期,提高谱线的跟踪精度;3)只需要对OPC服务器进行简单的设置就可以使用,省去了编写底层通信驱动的工作。
【附图说明】
[0008]图1为气动加热模拟试验系统硬件结构图。
[0009]图中,丨一上位机pc,2—PLC,3—电功率调节装置,4一石英灯加热器,5—试验件,6—热电偶。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
[0011]本发明实施实例的应用系统结构参照图1,由I上位机、2PLC、3电功率调节装置、4石英灯加热器、5试验件和6热电偶组成。系统通过PLC实时采集试验现场数据,输出模拟信号控制电功率调节装置中的输出功率;通过电功率调节装置给石英灯加热器提供可控电压来给试验件进行热辐射加热。
[0012]上位机采用研华工控机610H,主要配置为:酷睿E7400、内存2GB、硬盘160G。
[0013]PLC采用贝加莱公司B&R X20系列,具有以下特点:硬件模块化;组网通信能力;具有与HMI通讯的接口;具有工业计算机能力;可靠的I/O总线协议;独立的I/O总线和系统总线;工业强度的端子排;多I/O总线系统的高性能。包含以下模块:CPU模块、总线模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、热电偶模块、机架、电源模块。
[0014]电功率调节装置选用佳凯中兴的JK3S系列全数字三相晶闸管功率控制器,功率230kW。该装置有完善的保护功能:缺相保护、过热保护、故障输出互锁功能、过电流保护、过电压保护、防短路保护、漏电保护。工作模式设置为:闭环调压自动控制。采用模拟电流信号作为控制信号。
[0015]石英灯加热器由石英灯灯管矩阵组成。每根灯管的功率为5kW。输入电压为可达380V ο灯管表面含有涂层。加热器含有水冷板。水冷板通过氩弧焊进行焊接。
[0016]试验件采用TB型钛合金板,厚度为5mm。
[0017]热电偶采用OMEGAK型高温热电偶,具有如下优点:测温范围宽、线性度好、热电势率比较高、灵敏度高、抗氧化能力较强、在还原与氧化气氛中输出热电动势均较稳定。热电偶一端为焊点,另一端接入PLC的热电偶模块,测温线长为20米。
[0018]软件部分包含PLC软件和上位机软件两大部分组成。上位机软件实现的主要功能为:温度谱线的给定、控制律参数的设置、控制量的生成、试验数据的保存。PLC软件完成的功能为温度数据的测量,以及电功率调节装置控制所需要模拟电流信号的给定。
[0019]通过网线将上位机与PLC相连,使用贝加莱PLC提供的OPC服务器软件PVIOPCConfigurator进行通信设置。打开OPC服务器软件后,通信路径选择PVI_LNINA2,总线选择INA2000,通讯方式选择以太网。将OPC服务器的IP地址设置成与PLC的地址一致。在CPU下拉菜单中选中PLC相应程序的名字,往PLC变量文件夹中导入所需读写的变量。
[0020]上位机软件利用LabWindows/CVI编写。使用DataSocket Library所提供函数库中的DS_0pen函数,来创建通讯连接。该函数的调用方法为:
[0021 ] Result = DS_0pen("opc://localhost/B&R.Pv1PC.2/PLCVariables.test.X",DSConst_Rea dAutoUpdate,NULL,NULL,&dshandle_X)
[0022]其中,第一个参数是所读写变量在OPC服务器软件中配置对应的映射路径;第二个参数表示是实时读写;最后一个参数是变量句柄dshandle_X。
[0023 ] 上位机通过开启I OOms的定时器实现等时间间隔的控制。在定时器启动前,通过读取EXCEL文件,得到温度目标谱的数据。试验开始后,定时器启动,每隔固定的时间采用DS_GetDataValue函数得到温度反馈值,以及所需要观测点的温度值。该函数的调用格式为:
[0024]DS_GetDataValue(dshandle_G,CAVT_D0UBLE,&G[],O,O,O)
[0025]其中,第一个参数是变量句柄,第二个参数表示数据类型,第三个参数是读取PLC程序中相对应变量的地址。根据得到的反馈温度数据以及所设置的PID参数,产生控制量,利用DS_SetDataValue改变PLC输出的模拟量,以达到控制石英灯灯管的输入电压的目的。该函数的调用格式为:
[0026]DS_SetDataValue(dshandle_u,CAVT_D0UBLE,u[],O,O,O)
[0027]其中,,第一个参数是变量句柄,第二个参数表示数据类型,第三个参数是改变PLC模拟量输出所对应的PLC程序中变量名称。
[0028]试验结束后,关闭定时器,将试验过程数据写入到EXCEL文件中。
【主权项】
1.一种用于气动加热模拟试验系统的多通道数据采集方法,其特征在于I)利用温度传感器、热流传感器敏感试验件的热状态;2)PLC每隔固定的时间,测量试验件热状态,利用OPC向外界展示所测量得到的数据;3)上位机通过OPC扫描试验系统所需要的变量;4)利用上位机人机交互界面进行监测变量显示;5)通过扫描到的控制反馈量和控制律,计算得到控制量,通过0PC,赋值于PLC; 6)PLC输出相应的控制量,改变电功率调节装置的输出及试验件热状态。
【专利摘要】本发明公开了一种用于气动加热模拟试验系统的多通道数据采集方法,解决气动加热模拟试验系统的多通道数据采集问题。提供了一种基于Window?NT技术规范的OPC数据通讯方法,可快速的实现多达百路以上的数据采集。PLC每隔固定的时间,测量试验件热状态,利用OPC向外界展示所测量得到的数据。上位机通过OPC扫描试验系统所需要的变量。通过扫描到的控制反馈量和控制律,计算得到控制量,通过OPC,赋值于PLC。该方法不需要开发底层的通信驱动程序,在PLC通信配置好后通过简单的函数代码就可以实现上位机和PLC的实时数据交互,从而快速实现多通道的数据采集。
【IPC分类】G01N25/00, G05B19/05
【公开号】CN105676770
【申请号】CN201610034694
【发明人】王德成, 司林涛, 李国豪
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月19日
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