摘 要：針對(duì)地面生命保障系統(tǒng)密封艙試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)溫濕度環(huán)境控制的需要，研究與設(shè)計(jì)了一種采用Agilent VEE虛擬儀器技術(shù)和PLC技術(shù)相結(jié)合的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)PLC軟件實(shí)時(shí)地進(jìn)行溫濕度值的設(shè)定和修改并完成溫濕度的控制任務(wù)，同時(shí)將PLC采集到的溫濕度信號(hào)通過(guò)串口完成與PC機(jī)的通信，通過(guò)Agilent VEE軟件實(shí)現(xiàn)溫濕度信號(hào)的存儲(chǔ)、顯示和打印，完成溫濕度的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的實(shí)用性和可靠性。

關(guān)鍵詞：密封艙；溫濕度控制；Agilent VEE；PLC

中圖分類號(hào)：TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2008)07-110-03

Design and Realization of Temperature Humidity Measurement and Control System in Capsule



YU Shisheng，TIAN Hao

(Harbin Institute of Technology，Harbin，150001，China)

Abstract：The temperature-humidity measurement and control system through the combination of Agilent VEE software and Panasonic Electronic Industry′s PLC technique，for the requirement of the temperature and humidity circumstance control of capsule in the life protection system on ground.This system sets and modifies the value of temperature and humidity real-time and accomplishes the control task of the temperature and humidity in capsule.Meantime，the sign of temperature and humidity，gathered from PLC，correspondences with PC.Through the signs of temperature and humidity memory，display and print，the measurements of temperature and humidity are completed.The experiment results show that the system has good practicability and reliability.



Keywords：capsule;temperature-humidity control;Agilent VEE;PLC

1 引 言

在航天器的熱控設(shè)計(jì)中，溫濕度指標(biāo)一般是針對(duì)采用密封結(jié)構(gòu)的航天器提出的，如載人飛船、空間站、返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的密封艙等。密封艙體起到維護(hù)人體正常生理功能的作用。人造環(huán)境受系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性的影響，不可避免的會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，其結(jié)果對(duì)人體的危害是可想而知的。隨著我國(guó)載人航天工程的發(fā)展，對(duì)地面生命保障系統(tǒng)密封艙內(nèi)的環(huán)境控制提出了更高的要求，他關(guān)系到試驗(yàn)人員是否安全、健康和高效的工作，因此要求載人飛船生命保障系統(tǒng)的密封艙的溫濕度維持在一定的范圍內(nèi)。而密封艙溫濕度測(cè)控系統(tǒng)是生命保障系統(tǒng)的必備控制系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行研究和開發(fā)具有重要意義。

本文采用Agilent VEE軟件作為開發(fā)平臺(tái)，將虛擬儀器技術(shù)與PLC技術(shù)結(jié)合到一起，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，完成PC機(jī)與PLC的串行通信，利用上位機(jī)的控制功能，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)界面與可靠的系統(tǒng)控制。本文針對(duì)載人航天地面模擬器密封艙，應(yīng)用此溫濕度測(cè)控系統(tǒng)，可以有效地控制生命保障系統(tǒng)密封艙內(nèi)的溫濕度。

2 測(cè)控系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)主要由密封艙、溫濕度傳感器、松下電工可編程控制器FP1(C40C)型PLC、加熱器、制冷器、加濕器、除濕器、PC機(jī)等組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 測(cè)控系統(tǒng)的組成

溫濕度控制是以PLC為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用JWSH-5VBCO2D溫濕度變送器(0~50 ℃，0~100%RH)作為溫濕度傳感器。采集到的溫濕度信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后送入PLC。通過(guò)PLC程序控制是否加熱、制冷、加濕和除濕，保證密封艙內(nèi)的溫濕度自動(dòng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。PLC程序定時(shí)的將溫濕度信號(hào)傳送到PC機(jī)，通過(guò)Agilent VEE軟件完成對(duì)溫濕度測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、顯示與存儲(chǔ)。

3 PLC程序設(shè)計(jì)

溫濕度控制系統(tǒng)是以PLC為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)溫濕度傳感器檢測(cè)密封艙內(nèi)的溫度、濕度，按照系統(tǒng)目標(biāo)值控制加熱、制冷、加濕和除濕，從而達(dá)到密封艙內(nèi)的溫濕度自動(dòng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。PLC控制程序見(jiàn)圖2。

圖2 PLC程序梯形圖

PLC高級(jí)指令用法如下：

3.1 F0(MV)16位數(shù)據(jù)傳輸指令

F0(MV)指令將16位數(shù)據(jù)從一個(gè)16位傳到另一個(gè)16位區(qū)。

3.2 F62(WIN)16位數(shù)據(jù)區(qū)段比較指令

F62(WIN)指令是對(duì)帶符號(hào)的16位數(shù)據(jù)在另兩個(gè)16位數(shù)據(jù)之間進(jìn)行區(qū)段比較，將判定結(jié)果輸出到特殊內(nèi)部繼電器。

3.3 F144(TRNS)串行通信指令

用于通過(guò)RS232C串行通信向外部設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。

3.4 A/D轉(zhuǎn)換單元

在工業(yè)控制中除了數(shù)字信號(hào)以外，還有大量的溫度、濕度、流量、壓力等連續(xù)變化的模擬信號(hào)，為了對(duì)這些過(guò)程變量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，須將這些信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字信號(hào)，這些處理環(huán)節(jié)都是過(guò)程控制不可缺少的重要組成部分。FP1PLC擁有實(shí)現(xiàn)這些功能的特殊單元，這里介紹FP1 A/D單元的性能及用法。

3.4.1 A/D通道分配

A/D轉(zhuǎn)換單元有4個(gè)模擬輸入通道：CH0~CH3。各通道占用的輸入通道分別是：

CH0：WX9 (X90~X9F)

CH1：WX10 (X100~X10F)

CH2：WX11 (X110~X11F)

CH3：WX12 (X120~X12F)

PLC每個(gè)掃描周期對(duì)各通道采樣一次，并進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果分別存放在各自的輸入通道(WX9~WX12)中。

3.4.2 A/D轉(zhuǎn)換的編程方法



|---| |---------［F0 MV，WX9，DT0］|



執(zhí)行這一指令后，將CH0輸入的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入WX9中，再經(jīng)數(shù)據(jù)傳送指令F0傳送到DT0中，其他通道也照此編程。

3.5 對(duì)應(yīng)梯形圖中I/O地址分配

梯形圖中I/O地址分配如表1所示。

表1 梯形圖中I/O地址分配

輸入信號(hào)輸入點(diǎn)地址輸出信號(hào)輸出點(diǎn)地址

啟動(dòng)按扭X0Y0風(fēng)機(jī)供電觸點(diǎn)

溫度模擬量CH0Y1溫濕度檢測(cè)儀供電觸點(diǎn)

濕度模擬量CH1Y2制冷器供電觸點(diǎn)

Y3溫度正常范圍供電觸點(diǎn)

Y4加熱器供電觸點(diǎn)

Y5加濕器供電觸點(diǎn)

Y6濕度正常范圍供電觸點(diǎn)

Y7加濕器供電觸點(diǎn)

4 Agilent VEE 軟件設(shè)計(jì)

Agilent VEE 軟件設(shè)計(jì)圖如圖3所示。其中，[XC<19ta.tif>，JZ]是MSComm控件，用于讀取數(shù)據(jù)。初始化部分主要用于打開串口。數(shù)據(jù)處理部分是將PLC以字節(jié)的形式發(fā)送給PC機(jī)的16位的數(shù)據(jù)(兩個(gè)字節(jié)，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行溫濕度顯示。調(diào)用的Excel控件是將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Excel數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.1 MSComm控件

MSComm控件是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，通過(guò)串行端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能，在串口編程時(shí)非常方便。他實(shí)際上是調(diào)用了API函數(shù)，但編程過(guò)程中不必再了解復(fù)雜的API函數(shù)就可控制串行通信。通信的過(guò)程實(shí)際上是對(duì)屬性的操作和對(duì)控件事件的響應(yīng)。MSComm控件為串口通信提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通信命令的接口，他允許建立串口連接，可以連接到其他通信設(shè)備，還可以發(fā)送命令、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以及監(jiān)視和響應(yīng)在通信過(guò)程中可能發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事件，從而可以用他創(chuàng)建全雙工、事件驅(qū)動(dòng)的、高效實(shí)用的通信程序。

圖3 Agilent VEE軟件程序圖

4.2 MSComm控件主要屬性

CommPort：設(shè)置并返回通信端口號(hào)。

Settings：以字符串的形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位和停止位。其中以字符n，o，e分別代表無(wú)校驗(yàn)、奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)。

PortOpen：設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)。設(shè)置為1時(shí)，打開端口；設(shè)置為0時(shí)，關(guān)閉端口。

Input：從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。

Output：向發(fā)送緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，類型為字符串或字節(jié)數(shù)組。

InputMode：設(shè)置從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的格式，設(shè)為0時(shí)為字符串格式(Text)，設(shè)為1時(shí)為二進(jìn)制格式(Binary)。

InBufferCount：設(shè)置和返回接收緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)，設(shè)為0時(shí)清空接收緩沖區(qū)。

OutBufferCount：設(shè)置和返回發(fā)送緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)，設(shè)為0時(shí)清空發(fā)送緩沖區(qū)。

InputLen：設(shè)置和返回Input每次讀出的字節(jié)數(shù)，設(shè)為0時(shí)讀出接收緩沖區(qū)中的全部?jī)?nèi)容。

RThreshold：表示在串口事件(OnComm)發(fā)生之前，接收緩沖區(qū)接收的最少字節(jié)數(shù)。若設(shè)為0，可以禁止發(fā)生OnComm事件。一般設(shè)為1，即當(dāng)接收緩沖區(qū)中的字節(jié)數(shù)大于等于1時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生接收事件。

CommEvent：返回相應(yīng)的OnComm事件常數(shù)。如comEvReceive表示接收事件，comEventBreak表示接收到Break事件。

5 程序運(yùn)行顯示界面

為便于直觀了解密封艙內(nèi)的溫濕度值和溫濕度控制范圍，界面中實(shí)時(shí)地顯示出溫濕度隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)及變化曲線和溫濕度控制范圍標(biāo)線，非常直觀。另外同時(shí)將記錄的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于Excel數(shù)據(jù)庫(kù)，便于日后分析。

圖4 程序運(yùn)行界面

6 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)載人航天地面生命保障系統(tǒng)密封艙內(nèi)的溫濕度要求，采用Agilent VEE軟件作為開發(fā)平臺(tái)，將虛擬儀器技術(shù)與PLC技術(shù)結(jié)合到一起，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，完成PC機(jī)與PLC的串行通信，以PLC為硬件控制核心，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、采集傳感器信號(hào)通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)與Agilent VEE的數(shù)據(jù)通信，完成了密封艙P(yáng)LC溫濕度測(cè)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)崟r(shí)地控制、采集、顯示與存儲(chǔ)密封艙內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，效果良好，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

完成的密封艙P(yáng)LC溫濕度測(cè)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅能對(duì)溫度和濕度進(jìn)行測(cè)量和控制，利用相同的原理，通過(guò)更換測(cè)量傳感器，修改目標(biāo)參數(shù)等手段，可以完成氣壓、氧分法、二氧化碳分壓、風(fēng)速等參數(shù)的測(cè)控、顯示和存儲(chǔ)功能。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］張加迅，李勁東，孫耀赤.衛(wèi)星密封艙濕度控制技術(shù)的應(yīng)用研究[J].中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)，2006，26(3):47-51.

［2］Robert Helsel.HP VEE可視化編程[M].北京:清華大學(xué)出版社，1999.

［3］常斗南，李全利，張學(xué)武.可編程序控制器原理#8226;應(yīng)用#8226;實(shí)驗(yàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［4］汪曉光，孫曉瑛.可編程控制器原理及應(yīng)用(上冊(cè))[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［5］王強(qiáng)，李懷洲.基于VEE的集成電容自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)，2005(4):38-39.

［6］劉繼修.PC微機(jī)與松下FP1 PLC遠(yuǎn)程通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，27(18):41-43.

［7］劉正國(guó)，劉唯.計(jì)算機(jī)與松下FP系列PLC串行通訊的實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，22(22):166-168.

［8］唐雅娟，曾敏.虛擬儀器設(shè)計(jì)中的VEE編程[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，1999(3):27-31.

［9］陸小軍，劉學(xué)廣，王志選，等.多環(huán)境變量模擬密封艙及計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)[J].兵工學(xué)報(bào)，2002，23(2):265-269.



作者簡(jiǎn)介 于石聲 男，1953年出生，高級(jí)工程師。主要從事無(wú)損檢測(cè)及空間模擬方面的教學(xué)和科研工作。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。