摘 要：傳統(tǒng)的燃?xì)獍l(fā)生裝置監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)針對(duì)某一特殊類(lèi)型燃?xì)獍l(fā)生裝置進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，存在通用性差、維護(hù)修改困難等缺點(diǎn)。如何提高監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的可移植性、通用性和擴(kuò)展性，即如何使其具備良好的“柔性”，對(duì)于縮短燃?xì)獍l(fā)生裝置研制周期和調(diào)試費(fèi)用、提高運(yùn)行可靠性和適應(yīng)性都具有重要意義。文章擬構(gòu)建一種可移植性、通用性和擴(kuò)展性良好，即具備“柔性”的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，可應(yīng)用于不同類(lèi)型、不同型號(hào)試驗(yàn)的燃?xì)獍l(fā)生裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行控制，其適應(yīng)性寬、可靠性高、操作靈活，便于非專(zhuān)業(yè)測(cè)控人員使用和維護(hù)，可視作裝備級(jí)的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)獍l(fā)生裝置；柔性；監(jiān)測(cè)；控制

燃?xì)獍l(fā)生裝置是一種采用氧化劑（氧、空氣或其他氧化劑）及燃料（酒精、煤油、天然氣等）燃燒生成預(yù)定流量、壓力和溫度的高溫燃?xì)獾膶?zhuān)門(mén)裝置，它適合短時(shí)輸出大功率熱能動(dòng)力，在工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)、火箭沖壓、高超聲速推進(jìn)地面試驗(yàn)系統(tǒng)、氣動(dòng)激光器及化學(xué)激光器壓力恢復(fù)系統(tǒng)等軍事和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。燃?xì)獍l(fā)生裝置類(lèi)型眾多、運(yùn)行特點(diǎn)不盡相同，監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)需要完成燃?xì)獍l(fā)生裝置的狀態(tài)檢測(cè)、運(yùn)行控制、安全聯(lián)鎖和保護(hù)性停車(chē)等，是燃?xì)獍l(fā)生裝置實(shí)現(xiàn)可靠、安全運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研制周期長(zhǎng)，特別是其調(diào)試往往是燃?xì)獍l(fā)生裝置研制和運(yùn)行中最為耗費(fèi)時(shí)間和人力的環(huán)節(jié)。測(cè)量和控制技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的重要支柱，在尖端研究領(lǐng)域，重大成果的取得往往依賴(lài)于測(cè)控技術(shù)的良好應(yīng)用?，F(xiàn)代測(cè)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放化，對(duì)于某一類(lèi)具體應(yīng)用的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，現(xiàn)代測(cè)控理念則強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的通用性、擴(kuò)展性和可維護(hù)性等。從國(guó)內(nèi)外研究情況來(lái)看，各研究單位開(kāi)發(fā)時(shí)均以解決當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)丶毙铻橹埸c(diǎn)，不注重系統(tǒng)的通用性、擴(kuò)展性和可維護(hù)性，在同一研究單位常發(fā)生燃?xì)獍l(fā)生裝置作調(diào)整或改進(jìn)后，往往需要對(duì)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)作重大修改才可重新使用，浪費(fèi)大量的人力物力并嚴(yán)重影響進(jìn)度。因此，針對(duì)燃?xì)獍l(fā)生裝置這一重要科研和生產(chǎn)用設(shè)備，提出柔性化設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)可謂正當(dāng)其時(shí)，能更好滿(mǎn)足目前科研和生產(chǎn)的需要。

1 研究方法

1.1 燃?xì)獍l(fā)生裝置柔性監(jiān)測(cè)和控制模型研究

采用抽象化和分層設(shè)計(jì)思想，將監(jiān)測(cè)和控制模型分為三層模型：試驗(yàn)行為底層模型、I/O硬件接口無(wú)關(guān)的硬件中間模型、硬件無(wú)關(guān)的頂層軟件模型。試驗(yàn)控制行為一般可以抽象為控制時(shí)序，控制時(shí)序由多個(gè)時(shí)序步驟組成，每個(gè)時(shí)序步驟包括時(shí)間點(diǎn)、閥門(mén)對(duì)象、閥門(mén)動(dòng)作三個(gè)基本元素，該時(shí)序步驟是否實(shí)現(xiàn)由監(jiān)測(cè)對(duì)象值（如壓力或閥門(mén)復(fù)位信號(hào)值）判定。硬件中間模型將硬件組成元素抽象為監(jiān)測(cè)和控制對(duì)象層、信號(hào)傳輸層和信號(hào)控制層：監(jiān)測(cè)和控制對(duì)象層定義了閥門(mén)或傳感器等前端硬件的控制電壓和電流、供電電壓、傳感器輸出信號(hào)，信號(hào)傳輸線制等，可根據(jù)需要快速更換滿(mǎn)足上述定義標(biāo)準(zhǔn)的閥門(mén)或傳感器等；信號(hào)傳輸層定義了信號(hào)傳輸形式、信號(hào)調(diào)理形式、通道數(shù)及接插件接口標(biāo)準(zhǔn)等；信號(hào)控制層由I/O模塊組成，提供控制信號(hào)，并采集監(jiān)測(cè)值。頂層軟件模型則通過(guò)虛擬通道映射來(lái)控制物理通道，實(shí)現(xiàn)與硬件無(wú)關(guān)。

1.2 采用PLC技術(shù)完成硬件設(shè)計(jì)

采用PLC為核心構(gòu)建硬件系統(tǒng)，包括上位計(jì)算機(jī)、PLC系統(tǒng)和檢測(cè)執(zhí)行設(shè)備，所有的硬件均保證可通用性和可互換性。上位計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的管理計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置調(diào)度、運(yùn)行工況的操作，過(guò)程參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理等；PLC系統(tǒng)是燃?xì)獍l(fā)生裝置的核心控制系統(tǒng)，它配置有CPU模塊和若干I/O模塊，負(fù)責(zé)完成整個(gè)系統(tǒng)的壓力、溫度、時(shí)序控制和過(guò)程參數(shù)測(cè)量處理等，并將數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/IP協(xié)議發(fā)送至上位計(jì)算機(jī)。PLC系統(tǒng)工作穩(wěn)定、安全可靠、邏輯控制和數(shù)據(jù)處理能力都很強(qiáng)。

1.3 基于OPC技術(shù)的PLC與PC通訊模式

OPC 建立在OLE 規(guī)范之上，它為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)機(jī)制。OPC規(guī)范包括OPC 服務(wù)器和OPC 客戶(hù)端兩個(gè)部分。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)OPC與PLC 進(jìn)行通信，利用傳感器對(duì)各管道設(shè)備壓力、溫度等信息進(jìn)行采集，然后將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)OPC 提供給PC 機(jī)，由現(xiàn)場(chǎng)操作人員針對(duì)PLC傳上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)獍l(fā)生裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1.4 以LabVIEW為平臺(tái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件

LabVIEW是美國(guó)國(guó)家儀器公司推出的圖形化虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)定義和連接代表各種功能模塊的圖標(biāo)，可方便迅速地建立高水平應(yīng)用程序。LabVIEW提供了虛擬儀器面板上所必需的大量顯示或控制對(duì)象，并用圖標(biāo)表示功能模塊，使用圖標(biāo)間連線表示各種功能模塊間傳遞的數(shù)據(jù)流，使用數(shù)據(jù)流程圖式的圖形化語(yǔ)言編寫(xiě)代碼。完成后，用戶(hù)直接面對(duì)的是系統(tǒng)軟件，在軟件的可視化窗口中通過(guò)一系列簡(jiǎn)單操作，即可完成燃?xì)獍l(fā)生裝置的監(jiān)測(cè)和控制運(yùn)行。

2 技術(shù)路線

在充分理解各型燃?xì)獍l(fā)生裝置監(jiān)測(cè)和控制需求的基礎(chǔ)上，完成柔性化模型研究，通過(guò)初步設(shè)計(jì)、修改并最終確立總體方案，完成軟件框架和硬件框架設(shè)計(jì)，最后調(diào)試系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。具體技術(shù)路線如圖1所示。

國(guó)內(nèi)僅科研用的燃?xì)獍l(fā)生裝置種類(lèi)就達(dá)20種以上，數(shù)量以千計(jì)，這些燃?xì)獍l(fā)生裝置采用傳統(tǒng)的監(jiān)控和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的調(diào)試周期一般在3～6個(gè)月，若采用柔性監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，僅需簡(jiǎn)單更換前端硬件（如控制閥門(mén)、測(cè)量傳感器等）和進(jìn)行軟件配置即可應(yīng)用到不同類(lèi)型的燃?xì)獍l(fā)生裝置上，將大大縮短系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)時(shí)間。并且柔性設(shè)計(jì)的監(jiān)控和控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多輪優(yōu)化和調(diào)試后，可靠性會(huì)更高，將極大減小燃?xì)獍l(fā)生裝置運(yùn)行和調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)民用的燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)，若這種柔性設(shè)計(jì)思想進(jìn)一步推廣至該領(lǐng)域，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益將更為顯著。

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作者簡(jiǎn)介：何晶晶（1982，4-），女，講師，籍貫四川省富順縣，講師，研究方向：電子控制技術(shù)。