大型交變鹽霧試驗(yàn)室的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳新蘋，薛秀美

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 511370）

引言

交變鹽霧試驗(yàn)是考核裝備防護(hù)層和表面涂層耐腐蝕性指標(biāo)的重要試驗(yàn)之一，交變鹽霧試驗(yàn)設(shè)備（亦稱復(fù)合鹽霧試驗(yàn)箱）是完成交變鹽霧試驗(yàn)的必備設(shè)施[1-2]。一些艦船、潛艇、沿海用直升機(jī)、航天器等大尺寸整機(jī)、零部件有交變鹽霧試驗(yàn)需要[3-5]，需研制大型交變鹽霧試驗(yàn)室。為滿足GJB 150A-2009、IEC 60068-2-52：2017、GB/T 2423.18-2021、MIL-STD-810F等標(biāo)準(zhǔn)中的交變鹽霧試驗(yàn)方法及大試驗(yàn)內(nèi)容積的要求，確定裝備防護(hù)層和表面涂層的防護(hù)效能、確定鹽沉積對裝備物理特性和電氣特性的影響，按照標(biāo)準(zhǔn)[6]要求成功研制了大型交變鹽霧試驗(yàn)室及其監(jiān)控系統(tǒng)，并已成功應(yīng)用于某第三方檢測實(shí)驗(yàn)室，達(dá)到了考核大型整機(jī)、零部件等產(chǎn)品耐受鹽霧的能力。

大型交變鹽霧試驗(yàn)室的主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下[7-9]：

1）試驗(yàn)溫度范圍：（+20～+60）℃；

2）鹽霧溫度范圍：（+15～+35）℃；

3）濕熱能力：（40±2）℃；（93±2）%RH；

4）干燥能力：（23±2）℃；（45～55）%RH；

5）溫濕度均勻度: ± 2 ℃、±2 %RH；

6）鹽霧沉降量:（1～3）ml/80 cm2·h。

該大型交變鹽霧試驗(yàn)室在結(jié)構(gòu)上采用了雙室體結(jié)構(gòu)，即由鹽霧室和濕熱室兩部分組成，鹽霧室承擔(dān)鹽霧暴露的功能，濕熱室承擔(dān)濕熱和干燥貯存的功能，以達(dá)到鹽霧和濕熱、干燥的循環(huán)試驗(yàn)要求；在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用工控機(jī)和可編程序控制器（PLC），對鹽霧室和濕熱室同時進(jìn)行控制和監(jiān)測，以達(dá)到高度的可靠性、一體化控制的目的。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成

大型交變鹽霧試驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)分為三個層級：基礎(chǔ)級、過程級、管理級。該監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 大型交變鹽霧試驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架

基礎(chǔ)級：實(shí)現(xiàn)對交變鹽霧試驗(yàn)室的直接控制、檢測和初步轉(zhuǎn)換，當(dāng)在上位系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，進(jìn)行緊急處理操作，其主要由拖動電路、傳感器、加濕系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等組成。

過程級：它對過程信號進(jìn)行深加工，以滿足控制要求，當(dāng)基礎(chǔ)級出現(xiàn)故障時，進(jìn)行處理操作并回送給上位機(jī)進(jìn)行報(bào)警，其主要由PLC組成。

管理級：通過工控機(jī)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)剖面的輸入、密碼管理、運(yùn)行、報(bào)警、程序控制、顯示等功能，并可通過打印機(jī)輸出過程運(yùn)行情況，其主要由工控機(jī)、打印機(jī)等組成。工控機(jī)通過RS232總線與過程級的可編程控制器（PLC）進(jìn)行通訊。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

大型交變鹽霧試驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)數(shù)據(jù)交換、PID控制算法、信號采集處理控制、輸入輸出狀態(tài)顯示、狀態(tài)報(bào)警等功能，包括人機(jī)交互界面系統(tǒng)和測控系統(tǒng)。本文重點(diǎn)介紹人機(jī)交互界面系統(tǒng)和測控系統(tǒng)。

2.1 人機(jī)交互界面系統(tǒng)

人機(jī)交互界面系統(tǒng)采用可視組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)的監(jiān)視、報(bào)警、試驗(yàn)剖面的輸入等功能，具有友善的人-機(jī)界面及逼真的動態(tài)圖形顯示，主要由首頁、主頁、系統(tǒng)設(shè)置、試驗(yàn)剖面、數(shù)據(jù)、報(bào)表、輸入輸出、歷史趨勢、數(shù)據(jù)、報(bào)警、運(yùn)行/停止、在線幫助等部分組成，動態(tài)顯示試驗(yàn)的運(yùn)行情況。人機(jī)交互界面系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 人機(jī)交互界面系統(tǒng)構(gòu)成

1）首頁

主要顯示該監(jiān)控軟件相關(guān)設(shè)計(jì)的信息如軟件版本號、設(shè)計(jì)者、所有權(quán)等，用戶輸入用戶名、密碼后可登錄進(jìn)入主頁。

2）主頁

主頁包括大型交變鹽霧試驗(yàn)室的雙室體結(jié)構(gòu)，顯示濕熱室的離心風(fēng)機(jī)、制冷機(jī)、加濕器、加熱器、溫度傳感器等的相對位置及動態(tài)運(yùn)行狀況；顯示鹽霧室的加熱器、噴嘴、鹽水箱、水泡塔、空壓機(jī)、溫度傳感器等的相對位置及動態(tài)運(yùn)行狀況；顯示試驗(yàn)運(yùn)行狀況；修改用戶密碼，管理登錄用戶；當(dāng)設(shè)備有報(bào)警時，軟件界面的報(bào)警燈會閃爍提示用戶；通過鍵盤鼠標(biāo)進(jìn)入到系統(tǒng)的其它部分。

3）試驗(yàn)剖面

在交變鹽霧試驗(yàn)剖面畫面設(shè)置用戶的試驗(yàn)剖面：保存、打開試驗(yàn)剖面；設(shè)置數(shù)據(jù)記錄時間、掉電保護(hù)時間，設(shè)置報(bào)警溫度限；通過鍵盤鼠標(biāo)進(jìn)入到系統(tǒng)的其它部分。

4）數(shù)據(jù)監(jiān)視

數(shù)據(jù)監(jiān)視畫面可顯示濕熱室的溫度、相對濕度的實(shí)測值及設(shè)定值；顯示鹽霧室的溫度、兩個水泡塔的溫度；顯示加熱、加濕輸出量；進(jìn)入到以EXCEL查看歷史數(shù)據(jù)，利用EXCEL打印數(shù)據(jù)及曲線；通過鍵盤鼠標(biāo)進(jìn)入到系統(tǒng)的其它部分。

5）輸入輸出

輸入輸出畫面顯示22路輸出及13路輸入狀態(tài)；在系統(tǒng)管理員級下，當(dāng)在非運(yùn)行狀態(tài)時，可強(qiáng)制輸出，利于對拖動電路的調(diào)試、檢查；通過鍵盤鼠標(biāo)進(jìn)入到系統(tǒng)的其它部分。

6）歷史趨勢

歷史趨勢顯示設(shè)備在一定的時間段內(nèi)的溫度、相對濕度值；通過鍵盤鼠標(biāo)進(jìn)入到系統(tǒng)的其它部分。

7）系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置畫面的主要功能是：在系統(tǒng)管理員級下可設(shè)置測量參數(shù)；設(shè)置控制參數(shù)；可進(jìn)行自整定控制；通過鍵盤鼠標(biāo)進(jìn)入到系統(tǒng)的其它部分。

8）報(bào)警

畫面顯示報(bào)警內(nèi)容，以供查閱詳細(xì)的報(bào)警資料。

9）運(yùn)行/停止

當(dāng)在停止?fàn)顟B(tài)時，顯示“運(yùn)行”；當(dāng)在運(yùn)行狀態(tài)時，顯示“停止”；需運(yùn)行或停止時，按鍵會出現(xiàn)一個確認(rèn)畫面，根據(jù)需要進(jìn)行處理。

10）在線幫助

在線幫助實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)畫面的操作說明，其目的是幫助用戶盡快掌握和應(yīng)用該系統(tǒng)軟件的操作功能。

2.2 測控系統(tǒng)

大型交變鹽霧試驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)的測控系統(tǒng)部分采用在PLC中進(jìn)行編程，主要實(shí)現(xiàn)測量計(jì)算、PID調(diào)節(jié)、過程控制等功能，包含電路自檢、采集計(jì)算、PID控制、輸入輸出控制、通訊等子程序，實(shí)現(xiàn)了對鹽霧室和濕熱室兩個室體中的四組溫度傳感器、濕度傳感器的采集計(jì)算并上傳到上位機(jī)顯示、對溫度、濕度4路參數(shù)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制、對拖動電路進(jìn)行輸入輸出操作。

3 結(jié)束語

本文主要介紹在大型交變鹽霧試驗(yàn)室中對溫度、相對濕度等過程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對交變鹽霧試驗(yàn)室雙室體的監(jiān)視、控制及對試驗(yàn)剖面的設(shè)置運(yùn)行等功能。該監(jiān)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：操作畫面友好、動態(tài)顯示、直觀性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，已成功運(yùn)行于大型交變鹽霧試驗(yàn)室，如圖3、圖4所示，取得了預(yù)期效果。可為交變鹽霧試驗(yàn)等大型試驗(yàn)設(shè)備的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

圖3 大型交變鹽霧試驗(yàn)室