一種燃油附件試驗設(shè)備測控系統(tǒng)分析研究

郭欣

摘要：本文的主要研究內(nèi)容是對燃油附件試驗設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開展分析研究，尤其是計算機測控系統(tǒng)是如何實現(xiàn)試驗設(shè)備和產(chǎn)品運行參數(shù)的采集監(jiān)控管理，通過現(xiàn)場總線等方式，采集其他分系統(tǒng)的狀態(tài)，確保試驗正常有序進行并對實時同步采集燃油附件的全部參數(shù)，達到控制試驗對象狀態(tài)的目的，同時對設(shè)備本身的狀態(tài)進行監(jiān)控和管理。

關(guān)鍵詞：測控系統(tǒng);控制狀態(tài);監(jiān)控管理

1.設(shè)計要求分析

測控系統(tǒng)的軟件可選擇需要后臺自動保存的測試參數(shù)，界面顯示參數(shù)的數(shù)量、名稱、顯示方式等，示波窗口內(nèi)的曲線數(shù)量、顏色等可設(shè)置;具有報警與緊停功能，對超出規(guī)定值范圍外的參數(shù)實現(xiàn)預警提示，參數(shù)嚴重超限時可自動緊停設(shè)備;用計算機顯示屏測控界面取代物理儀表、按鈕、指示燈，重要壓力、溫度、液位參數(shù)以虛擬儀表形式顯示。試驗模式分調(diào)試和驗收兩個模式，調(diào)試可進行一個或多個試驗項目，驗收進行整臺全部試驗項目;調(diào)試多個試驗項目時，每個試驗項目可重復運行;設(shè)備管理主操作界面和產(chǎn)品參數(shù)測試界面可分屏顯示，應當具有良好的人機界面和操作環(huán)境。

2.測控系統(tǒng)設(shè)計方案

被測產(chǎn)品狀態(tài)給定、試驗臺狀態(tài)給定及監(jiān)測的通道數(shù)決定了計算機測控系統(tǒng)中的輸入、輸出信號，其中主要的信號類型可分為模擬量、頻率量、開關(guān)量，在數(shù)據(jù)處理部分需要對各種狀態(tài)參數(shù)進行連續(xù)監(jiān)測，因此在采樣的同時需要對信號進行處理、保存和顯示?？刂朴嬎銠C的數(shù)據(jù)顯示方式包括曲線顯示、數(shù)字顯示、模擬表顯示和記錄瀏覽方式顯示等方式。為了提高系統(tǒng)的可靠性與精確性，測控系統(tǒng)還可設(shè)計傳感器校驗分析系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的故障情況給予更換調(diào)理電路或停機處理。測控系統(tǒng)的組成原理如圖1所示。

系統(tǒng)主要分為對試驗狀態(tài)監(jiān)控和試驗件性能測控兩部分。試驗臺采集的物理量經(jīng)信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為0～5V標準電壓信號進入計算機模擬量輸入板卡;流量、轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成TTL電平信號進頻率量輸入卡;低壓電氣控制信號由PLC輸出開關(guān)量經(jīng)數(shù)字輸入卡進計算機測控系統(tǒng)。試驗臺的轉(zhuǎn)速信號由通訊或總線以數(shù)字量形式控制輸出。計算機測控系統(tǒng)給燃油數(shù)字電子控制器發(fā)送試驗件狀態(tài)控制參數(shù)，并接收電子控制器的反饋信息，兩者采用RS422接口由通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)字電子控制器可實現(xiàn)對試驗件參數(shù)的開環(huán)與閉環(huán)控制，其閉環(huán)控制的PID參數(shù)可按狀態(tài)的不同設(shè)置多組，由軟件部分實現(xiàn)自整定功能。

1）數(shù)據(jù)采集卡選型分析

選用知名廠商基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡，插入計算機主板并上電，系統(tǒng)自動完成配置。數(shù)據(jù)采集卡具備很強的編程功能，可使用VB、VC、LabVIEW等高級開發(fā)語言對其編程以實現(xiàn)相應邏輯和功能。

2）信號調(diào)理與校準研究

傳感器是整個控制系統(tǒng)的前端，傳感器輸出的信號必須經(jīng)過信號調(diào)理電路的調(diào)理，將現(xiàn)場輸入信號進行隔離、放大、濾波等措施轉(zhuǎn)換成計算機接口設(shè)備所能識別的模擬、數(shù)字或頻率信號，決定了計算機測控系統(tǒng)中的信號調(diào)理電路所采用的方法和手段，需要調(diào)理的信號主要有：模擬信號、頻率信號等，對于不同類型的信號采用不同的處理方法。

由于試驗現(xiàn)場電磁環(huán)境復雜，常規(guī)測量方法容易引入誤差，因此信調(diào)電路輸出部分采用差分輸出方式，信號線采用屏蔽電纜。信調(diào)輸入為4～20mA電流信號，由調(diào)理電路中的內(nèi)置采樣電阻，將4～20mA電流轉(zhuǎn)換為0～5V電壓輸出，模擬濾波器完成對電流信號轉(zhuǎn)電壓信號的調(diào)理工作。

頻率信號調(diào)理通過調(diào)理模塊能夠?qū)⒚}沖信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集卡所匹配的輸入信號，并提升信號抗干擾性及穩(wěn)定性。流量傳感器輸出、電磁閥占空比信號以及轉(zhuǎn)速控制模擬系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器輸出，由于三種信號的輸出各不相同，頻率信號調(diào)理模塊將所有脈沖信號歸一化，并提供給計算機測控系統(tǒng)。

3）測控系統(tǒng)軟件開發(fā)

本控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的目標是開發(fā)一套適用于試驗臺狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時對試驗過程中的模擬量、頻率量、開關(guān)量進行監(jiān)控和測量并進行記錄

初始化完成開機后的系統(tǒng)自檢和初始化設(shè)定，以確保系統(tǒng)的功能是否正常可靠。權(quán)限管理包括用戶登錄和權(quán)限維護管理，參數(shù)配置可實現(xiàn)“參數(shù)通道設(shè)定”、“采樣率設(shè)置”和“報警門限設(shè)定”。按系統(tǒng)設(shè)置的采樣率進行數(shù)據(jù)采集時，測控系統(tǒng)將采集到的數(shù)字量自動轉(zhuǎn)化成工程物理量，并進行超限判斷。實時數(shù)據(jù)顯示各通道參數(shù)設(shè)置好后，通過LabVIEW環(huán)境選取數(shù)字儀表、數(shù)字示波器、數(shù)字記錄儀、指示燈等虛擬儀表來布局整個人機界面，此外對于若干重要參數(shù)還有數(shù)字示波功能。

數(shù)據(jù)處理主要是從采集的原始數(shù)據(jù)中產(chǎn)生有用的信息，模擬量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字量送入計算機，這些數(shù)據(jù)量并不是準確可靠的數(shù)據(jù)，因此在進行存儲、傳輸、顯示和報警之前，還必須根據(jù)需要進行一些必要的處理，如標度變換、數(shù)字濾波、非線性補償、報警處理等，以滿足各信號的不同要求。數(shù)據(jù)存儲功能用于將試驗數(shù)據(jù)按照office excel文件形式存儲于硬盤內(nèi)，由系統(tǒng)指定的區(qū)域;存儲的excel模板數(shù)據(jù)文件可以進行編輯修改，并生成excel格式的文件，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)絋DM系統(tǒng)。數(shù)據(jù)回放功能可以讀取試驗過程中存儲的數(shù)據(jù)文件，并將數(shù)據(jù)以虛擬儀表和時間曲線等方式顯示在屏幕上。用戶可以在試驗結(jié)束后以離線的方式再現(xiàn)試驗過程，用以輔助技術(shù)人員分析試驗結(jié)果、產(chǎn)品性能以及分析和判斷試驗中故障發(fā)生的原因等。

3.結(jié)語

試驗臺測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集界面主要有曲線顯示區(qū)、轉(zhuǎn)速指示區(qū)、儀表通訊區(qū)、試驗臺狀態(tài)給定/指示區(qū)、壓力及流量顯示區(qū)、參數(shù)顯示區(qū)、文件路徑指示及緩存區(qū)。曲線顯示區(qū)主要是顯示傳動控制模擬系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速的實時曲線、數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)速實時采集曲線等;轉(zhuǎn)速指示區(qū)用于顯示實時的具體數(shù)值，試驗臺狀態(tài)給定/指示區(qū)主要是顯示試驗臺各類控制部件的調(diào)節(jié)參數(shù)并實時顯示反饋值，壓力及流量顯示區(qū)主要是顯示燃油電控調(diào)節(jié)器出口流量的實時數(shù)值以及監(jiān)測的進、出口等壓力數(shù)值。對于操作人員來說更為友好，有利于縮短操作人員對測控系統(tǒng)的使用熟悉時間，提高測試效率。

參考文獻：

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