航天企業(yè)全系統(tǒng)試驗時序控制程序的設(shè)計*

郭飛龍 ，王燕平

（1.上?？臻g推進研究所，上海 201112；2.上海空間發(fā)動機工程技術(shù)研究中心，上海 201112）

引言

在液體火箭發(fā)動機試車過程中，試車程序的編寫是一項很重要的工作。目前，對于不同的試車臺，航天企業(yè)采用的試車程序編寫方法各不相同，相對于單機試車來說，全系統(tǒng)試車臺的程序編寫要更為復(fù)雜，數(shù)據(jù)量龐大，需要消耗大量時間。如何高效的將任務(wù)書的時序圖紙、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)銜接起來，這是需要迫切解決的問題。

1 現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理端文件的編寫

系統(tǒng)試車前期，設(shè)計部門通過CAD 軟件進行擬畫試車簡易時序圖，包括主程序、子程序圖紙。系統(tǒng)試車控制系統(tǒng)所兼容的文件為TXT 或者Excel 文件，為此，需要根據(jù)圖紙上分機工作時間，手動輸入“0”和“1”，再將文件導(dǎo)入控制系統(tǒng)。如圖1 所示為控制系統(tǒng)所需的試車程序文件。

圖1 控制系統(tǒng)所需的試車程序文件

圖2 數(shù)據(jù)處理的文件

如此次試車程序時間比較長，分機比較多的情況下，需要消耗大量時間，容錯率較高，檢查修改起來比較困難。

試車程序數(shù)據(jù)處理是基于VEE 程序開發(fā)，尤其是全系統(tǒng)試車，各分機程序均不一樣，需要試車數(shù)據(jù)的同時，還需要讀取各分機工作時間的配置文件，均為手動輸入，需要消耗大量時間，如圖2 所示。

其中，第一行代表著分機數(shù)量，第二行分別表示分機工作時刻、脈沖次數(shù)、開機時間、關(guān)機時間和分機名。手動輸入容錯率非常高，一旦有誤寫的地方，會影響正常處理；另外耗時非常久。

2 控制程序自動轉(zhuǎn)化軟件的設(shè)計說明

設(shè)計思路是整合試車程序設(shè)計階段、試車前時序準備階段、試車后數(shù)據(jù)處理階段經(jīng)過同一軟件實現(xiàn)高效化、智能化、自動化轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢與特點。

2.1 設(shè)計原理

設(shè)計原理主要是根據(jù)全系統(tǒng)控制程序的算法和數(shù)據(jù)處理VEE 程序的算法，通過LabVIEW 環(huán)境搭建軟件框架，編寫前端試車程序和自動生成后端控制程序文件和數(shù)據(jù)處理文件，大大減少了前期試驗準備時間和后期數(shù)據(jù)分析時間，為整個試驗過程提高了效率。

2.2 現(xiàn)編譯方法和關(guān)鍵點

圖3 編譯流程圖

基于LabVIEW 高級編程搭建的框架，LabVIEW 是NI 推出的虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，它們能夠以其直觀簡便的編程方式、眾多的源碼級的設(shè)備驅(qū)動程序、多種多樣的分析和表達功能支持?？蓪⑺械膬x器控制信息均集中在軟件模塊中，可以采用多種方式顯示采集的數(shù)據(jù)、分析的結(jié)果和控制過程。這種對關(guān)鍵部分的轉(zhuǎn)移增加了虛擬儀器的靈活性。圖3 為現(xiàn)編譯方法流程圖，將原先的手動工作量替換成自動工作方式。

圖4

圖5

圖6

2.3 具體實現(xiàn)步驟、功能與操作流程

為了達到設(shè)計目的，考慮到LabVIEW 安裝不便（700MB），現(xiàn)將程序打包為可執(zhí)行文件（exe）。任意一臺未安裝LabVIEW 編譯軟件的計算機均可以安裝此新程序，大小僅為2MB，安裝極其簡易，無需安裝數(shù)據(jù)量龐大的LabVIEW。

步驟一，完成軟件的需求分析，功能實現(xiàn)分析，提出方案；

步驟二，軟件框架搭建，通過LabVIEW 環(huán)境編寫前端時序圖，后段控制程序；

步驟三，根據(jù)全系統(tǒng)控制程序的算法和數(shù)據(jù)處理的算法進行編寫；

步驟四，對編譯完成的軟件進行測試。

設(shè)計的初衷是使系統(tǒng)更加自動化、簡易化、智能化，軟件操作起來簡潔化、效率化，用最小的數(shù)據(jù)量表述最大的信息量。

（1）如圖4 所示，將編譯好的軟件打包成可執(zhí)行文件（exe），使得任意計算機均可安裝。

圖7

圖8

圖9

圖10

（2）圖5 為此次系統(tǒng)試車所用到的試車程序段，包括所需的穩(wěn)態(tài)和脈沖，程序段命名可以以任意方式命名，方便為分機程序調(diào)用其中的子程序。

圖11

表1 工作效率對比表

（3）圖6 為各分機的試車程序，只需填寫開機時間和編譯好子程序的名字（如可將某脈沖程序命名為A、B、C、D、），在分機界面中可復(fù)制粘帖寫入程序名，由后臺程序調(diào)用即可。

（4）圖7、8 為程序生成的電磁閥時序圖，可進行局部分析、對照、打印。

（5）圖9 為軟件根據(jù)所有程序時間的最小區(qū)間機動選取最大時間間隔生成控制程序文件，既節(jié)約了生成時間，又在同樣功能的前提下，降低了數(shù)據(jù)量。文本可直接導(dǎo)入系統(tǒng)試車的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動生成、轉(zhuǎn)換，大大降低了容錯率，節(jié)約了大量前期試車準備時間，提高了效率。

（6）圖10 為文件導(dǎo)入控制系統(tǒng)后生成的試車時序圖，用于正式試車程序。如今該設(shè)計已經(jīng)運用在各大全系統(tǒng)試車中，運行下來效率顯著提升，節(jié)約了大量前期準備時間。

（7）圖11 為生成數(shù)據(jù)處理的配置文件，有單元和雙元發(fā)動機可選，也可選擇需要生成的分機。加上采集好的數(shù)據(jù)文件，可實現(xiàn)3 天內(nèi)生成數(shù)據(jù)報告，與原先的兩周時間提升了3-4 倍的效率。

3 技術(shù)創(chuàng)新

（1）分析所有程序的時間量，通過算法，找出時序的最大間隔時間，從而用最小的數(shù)據(jù)量表達最大的信息量。

（2）通過對程序的命名，分析子程序和組程序，通過算法有序組織這些程序的混合編程。

（3）根據(jù)控制程序的算法，無序地添加子程序和組程序，并能方便修改。

（4）分析對數(shù)據(jù)的判讀，將程序中的時間量轉(zhuǎn)換為布爾量，并生成控制程序。

（5）顯示時序曲線，并能任意瀏覽時序曲線、保存圖像、導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

（6）根據(jù)VEE 數(shù)據(jù)處理方式，將時序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為兼容VEE 數(shù)據(jù)處理的文件。

（7）將程序打包成（exe）可執(zhí)行文件，并能在任意電腦上獨立運行，安裝非常簡易，無需安裝龐大的LabVIEW 編程軟件。

4 應(yīng)用成效及經(jīng)濟效益

從軟件開發(fā)至今，企業(yè)內(nèi)所有的系統(tǒng)試車，均應(yīng)用了該設(shè)計。首先通過頭兩次系統(tǒng)試車的檢驗，來考核本項目，驗證了可靠性、準確性，大幅提升工作效率。以表1 為新舊方法在兩次實際工作運用上的對比圖，相對于控制程序，效率提升倍數(shù)為兩位數(shù)以上。小型系統(tǒng)試車可節(jié)省2-3 個工作日的工作量；大型系統(tǒng)試車可節(jié)省3-5 個工作日的工作量。數(shù)據(jù)處理可在一天內(nèi)完成，未出現(xiàn)過軟件錯誤，各大型系統(tǒng)試車均能無縫銜接時序、控制和數(shù)據(jù)。

4.1 使用效果

（1）利用LabVIEW 編程，可實時、直接地對數(shù)據(jù)進行編輯，也可通過計算機總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯ζ?。既解決了數(shù)據(jù)傳輸，又充分利用了計算機的存儲能力，使其幾乎具有無限的數(shù)據(jù)記錄容量。

（2）由于虛擬儀器關(guān)鍵在于軟件，硬件的局限性比較小，因此與其他儀器連接比較容易實現(xiàn)。且可以方便地與網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及其他應(yīng)用連接，還可通過網(wǎng)絡(luò)進行多用戶數(shù)據(jù)共享。

（3）利用LabVIEW 的靈活性、便捷性，可將原本手動操作的工作，逐步轉(zhuǎn)換成自動操作。例如遠程自動校準傳感器、遠程自動增壓、遠程自動處理數(shù)據(jù)等等，均可嵌入開發(fā)程序，提高效率。

4.2 效益情況

（1）該成果大幅提高了系統(tǒng)試車時序控制文件的編寫和數(shù)據(jù)處理，編寫時間是原手動編寫的1/50 到1/150，數(shù)據(jù)處理從原來的一兩周縮短至1 天。

（2）該成果有效地降低了手動編寫的容錯率，消除了由人為因素所產(chǎn)生的差錯，軟件運行準確率為100%。

（3）利用該設(shè)計方法，大大地縮短試驗前期準備時間和后期數(shù)據(jù)處理時間，大幅度節(jié)省了試驗期間的時間，縮短了試驗周期，增強了效益。

5 結(jié)論

航天企業(yè)通過軟件編譯，實現(xiàn)全系統(tǒng)試驗時序圖編寫，生成數(shù)據(jù)信息，圖片信息，減少了編寫的時間，實現(xiàn)了控制程序自動轉(zhuǎn)化。大大降低了控制程序編寫時間，同時提高了試驗測控數(shù)據(jù)的準確性。實現(xiàn)了后臺自動生成數(shù)據(jù)處理文件，將控制系統(tǒng)與采集系統(tǒng)形成一個高效的對接，減少了80%數(shù)據(jù)處理時間。