火藥燃燒測速系統(tǒng)的設計

李健蘋，游中勝

(1.重慶廣播電視大學，重慶 400052;2.重慶師范大學計算機與信息科學學院，重慶 401331)

火藥燃燒速度的檢測非常關鍵，借助這些檢測數(shù)據(jù)可確定合理安全的煙花燃放時間。但現(xiàn)有的檢測技術幾乎全部由人工完成，測試人員在一個平面場地鋪設一條大于5 m火藥帶，在點燃火藥的同時由人工按下秒表計時，在火藥燃盡的同時也由人工按下秒表停止計時，通過時間和長度的換算得出火藥燃燒速度?，F(xiàn)有技術的缺點是檢測受人為因素影響，誤差大，且浪費了大量火藥［1－8］。采用火藥燃燒測速系統(tǒng)可克服上述缺點，提高測量精度，節(jié)約人力和物力。

1 火藥燃燒測速系統(tǒng)主要技術指標

主要技術指標:測量精度為±0.1 cm/s;自動點火時間小于5 s;點火可靠性為99.9%;電源電壓為AC220V±10%，50 Hz;環(huán)境溫度為－5～+40℃;系統(tǒng)壽命大于50 000 h。

2 火藥燃燒測速系統(tǒng)整體設計

圖1是火藥燃燒測速系統(tǒng)總體示意圖。感光座(1)上開有前感光孔(1a)和后感光孔(1b)，前感光孔內安裝有前感光傳感器［2］(2)，后感光孔內安裝有后感光傳感器(3)，前感光傳感器(2)和后感光傳感器(3)都是豎直朝向感光孔的上端孔口，感光座(1)的上端面固定有水平透光板(4)，點火器(6)經點火器上的電阻絲(7)點燃火藥捻子(8)引燃火藥(9)達到測速的目的。

圖1 火藥燃燒測速系統(tǒng)總體示意圖

3 火藥燃燒測速系統(tǒng)控制部分

火藥燃燒測速系統(tǒng)總體結構框圖如圖2所示。系統(tǒng)由感光傳感器1、感光傳感器2、信號處理電路、點火器、可編程序控制器PLC、打印機、鼠標、鍵盤、顯示器、火藥燃速計算機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成。

圖2 火藥燃燒測速系統(tǒng)總體結構框圖

3.1 PLC選用和硬件分配

表1為系統(tǒng)PLC 的選用情況［9－11］。PLC輸入端分配表如表2所示，PLC輸出端分配表如表3所示。

表1 PLC選用情況

表2 PLC輸入端分配表

表3 PLC輸出端分配表

3.2 感光傳感器信號處理電路

圖3是感光傳感器信號處理電路。電路選用2只光敏管作為感光傳感器和2只50 MΩ電阻構成一個光電轉換電路。選用1只CD4093［3］施密特觸發(fā)器作為信號抗干擾電路。選用2只3DK4三極管，2只3 kΩ、2只1 kΩ電阻構成電平轉換電路。電路工作原理:光敏管遮光后電阻變大，經分壓電路在CD4093輸入一個低電平電壓，I0.1和I0.2端輸出低電平信號;火藥點燃后，光敏管感光后電阻變小，經分壓電路在CD4093輸入一個高電平信號，I0.1和I0.2端輸出高電平信號。

圖3 感光傳感器信號處理電路

3.3 定時器和點火電路的設計

定時器和點火電路如圖4所示。電路由西門子PLC221可編程控制器、繼電器J、按鈕ZB、測速按鈕CS、PC/PPI通信電纜、測速管理計算機、變壓器BY、點火電阻絲DZS(DZS阻值為2 Ω)、2只控制脈沖計數(shù)二極管、1只電路保護二極管IN4148構成。電路工作原理:由PLC221經Q0.0輸出高速時鐘脈沖，時鐘周期設置為50 μs;PLC221的輸入端I0.0接收Q0.0輸出的高速時鐘脈沖，利用PLC221內部高速計數(shù)器HSC0統(tǒng)計脈沖數(shù);Q0.1為0，允許計數(shù);Q0.1為1，禁止計數(shù)。

圖4 定時器和點火電路

3.4 系統(tǒng)控制程序設計

計算機的RS232接口通過PC/PPI電纜連接到PLC221上。在配置中PLC要求異步通信協(xié)議為1個起始位、8個數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗位，有1個停止位，波特率為9 600 bps。

數(shù)據(jù)協(xié)議以10個ASCII碼字符為一組，每次PLC向計算機發(fā)送一組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式為SYXXXXXXXJ。第1字符表示一組數(shù)據(jù)開始，第2個字符表示PLC狀態(tài)，D字符表示PLC處于待機狀態(tài)，Z字符表示PLC處于準備好狀態(tài)，H字符表示PLC處于測試結束狀態(tài)，發(fā)送的第3～9個字符X測試燃燒時間數(shù)據(jù)是否有效，第10個字符J為一組數(shù)據(jù)傳送的結束標志。

PLC的控制流程如圖5所示。

圖5 PLC的控制流程

火藥燃速數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建立的火藥燃速數(shù)據(jù)表包括型號、批次、測試序號、日期、孔距、燃速合格范圍、燃燒時間、燃燒速度9個字段變量，火藥燃速數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有查詢、刪除、添加、打印測試報表的功能?；鹚幦妓贁?shù)據(jù)管理系統(tǒng)主界面見圖6。操作人員在PLC狀態(tài)顯示準備好后輸入其他數(shù)據(jù)項，再按下DH按鈕完成整個測試過程。

圖6 火藥燃速數(shù)據(jù)管理系主界面

4 結束語

本系統(tǒng)機械結構設計有創(chuàng)新，控制系統(tǒng)簡單實用，解決了現(xiàn)有測量技術受人為因素影響，測量誤差大，且浪費火藥的缺點，提高了測量精度，節(jié)約人力和物力。系統(tǒng)已在國內4個生產廠家得到應用，效果很好，有較大推廣價值。

［1］Gwiy-Sang C，Jae-Min J.Fabrication of micro heaters on polycrystalline 3C-SiC suspended membranes for gas sensors and their characteristics［J］.Microelectronic Engineering，2010，87:2348－2352.

［2］Bal N，Raynard J，Rein G，et al.Experimental study of radiative heat transfer in a translucent fuel sample exposed to different spectral sources［J］.International Journal of Heat and Mass Transfer，2013，61:742－748.

［3］Yu C Y，Liang W S，Kuan I，et al.Fabrication and characterization of a flow-through PCR device with integrated chromium resistive heaters［J］.Journal of the Chinese Institute of Chemical Engineers，2007，38:333－339.

［4］Yu C Y，Liang W S，Kuan I，et al.Fabrication and characterization of a flow-through PCR device with integrated chromium resistive heaters［J］.Journal of the Chinese Institute of Chemical Engineers，2007，38:333－339.

［5］Chana W Y，Chen K X，Chan H P，et al.A flattop PLC polymer waveguide interleaver based on folded two-stagecascaded Y-junction Mach-Zehnder interferometers［J］.Optics Communications，2009，282:883-886.

［6］Du H F，Ou L P，Yang X，et al.A new PKCα/β/TBX3/E-cadherin pathway is involved in PLCε-regulated invasion and migration in human bladder cancer cells［J］.Cellular Signalling，2014，26:580－593.

［7］Cruz-Orcutt N，Vacaflores A，Connolly S F，et al.Activated PLC-γ1 is catalytically induced at LAT but activated PLC-γ1is localized at both LAT-and TCR-containing complexes［J］.Cellular Signalling，2014，26:797－805.

［8］Wang L L，An J，Wu Y D，et al.A compact and low-loss 1×8 optical power splitter using silica-based PLC on quartz substrate［J］.Optics Communications，2014，312:203－209.

［9］趙益富，王振友，趙連軍，等.PLC控制在溫度計自動檢測系統(tǒng)中的應用［J］.重慶理工大學學報:自然科學版，2014(11):94－97.

［10］陳楠，李亞奇，李輝.電站消煙降溫裝置實時自動監(jiān)控系統(tǒng)設計［J］.四川兵工學報，2013(10):105－108.

［11］陳旭，龔璐.基于西門子PLCS7－300連鑄機二冷水控制系統(tǒng)設計及仿真［J］.重慶理工大學學報:自然科學版，2014(9):117－121.