PDF《环境试验远程监控系统设计》

收稿日期:

2011 -02 -28 作者简介: 李载峰( 1971- ) , 男, 汉族, 吉林长春人, 长春光学精密机械与物理研究所助理研究员, 主要从事电子检测技术方向 研究, E - mail: cclzf@ sohu.

com. 第32 卷第2期长春工业大学学报( 自然科学版) Vol

32 No.

2 2011 年04 月Journal of Changchun University of Technology ( Natural Science Edition) Apr

2011 环境试验远程监控系统设计 李载峰, 蔚素升, 李俊霖 ( 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033) 摘要: 介绍一种环境试验远程监控系统, 该系统具有高集成度、 高自动化水平、 高可靠性等 优点, 保证了环境试验过程管理的规范性和高效性, 使环境试验综合控制能力得到进一步提 高. 关键词: 环境试验;

远程监控;

自动控制 中图分类号: TP277 文献标志码: A 文章编号:

1674 -1374( 2011)

02 -0140 -04 A remote monitoring system for environmental test LI Za- i feng, WEI Su -sheng, LI Jun -lin ( Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China) Abstract: A remote monitoring system for environmental test is introduced here. The system has the advantages of high integration level, automated and high reliability. It ensures the environmental test to be standardized and more efficient, and improve the integrated control ability for the test. Key words: environmental test;

remote monitoring;

automation.

0 引言在航天产品设计过程中, 环境试验是必不可 少的环节, 由于航天产品多工作于空间环境, 其工 作条件与日常环境差别极大, 因此, 必须通过环境 试验模拟空间环境变化, 通过产品在环境试验条 件下的工作状态来检验产品的真实性能.由此可 见, 良好的环境试验平台是产品可靠性设计的有 力保障. 环境试验总体分为力学试验和热试验两种, 其中热试验多为长时间连续工作, 工作过程中需 要定时切换环境试验设备状态, 传统的控制方式 是全过程人为参与, 手动控制设备状态切换, 该种 控制方式存在自动化程度低、 故障反映速度慢、 时 间精度低、 人为影响因素大等缺点, 为了保证环境 试验的顺利进行, 文中提出一套环境试验远程监 控系统.

1 系统整体设计 环境试验远程监控系统设计旨在针对现有环 境试验设备控制方式的不足, 提出一套高集成度、 高自动化水平、 高可靠性的环境试验控制系统, 该 系统利用环境试验设备通用的 RS422/

485 总线 建立通讯链路, 采用分布式系统设计, 中央控制器 采用工控机结合多路 RS422/

485 串口采集卡的 方式建立硬件系统, 并结合高效的软件实现如下 功能[

1 -2] : 1) 可实时查询和修改系统内环境试验设备的 任务周期和使用情况, 辅助工作人员实现设备优 化管理;

2) 可实现多台环境试验设备集中监控, 根据 实际需要能够实现容量扩展;

3) 具备实时数据采集与处理功能, 系统采样 率根据需要可实时改变;

4) 同时监控环境试验设备和被测设备的环境 特征参数, 实时监控被测设备状态变化;

5) 单台环境试验设备数据采用专用数据库存 储, 查询方便;

6) 设备故障可实时报警, 对于紧急状况可对 环境试验设备进行自动断电保护;

7) 可根据试验需求设置环境试验曲线, 监控 系统根据试验曲线自动控制环境试验设备完成状 态切换;

8) 监控系统集成 GPS 时统, 采用 GPS 统一 授时, 从而保证监控系统与被测设备的时间一致 性;

9) 环境试验后能够自动生成并打印试验报 告, 提高工作效率.

2 系统硬件组成 环境试验远程监控系统硬件采用分布式设 计, 利用环境试验设备通用的 RS422/

485 总线建 立通讯链路, 中央控制器采用高性能工控机结合

16 路串口采集卡, 并集成了高精度 GPS 时统终 端[ 3] , 具体结构框图如图

1 所示. 图1环境试验远程监控系统硬件框图 结合中央控制器的性能和系统实时性要求, 设计中采用

16 路RS422/

485 串口通讯卡, 因此, 该系统所能连接的最大设备数为

16 台, 图1中设 备1~ 设备

14 为系统连接的环境试验设备, 每台 环境试验设备均具备通用的 RS232 接口 [ 4] , 并附 带相应的通讯协议, 依据通讯协议编写相应软件 可实现相应控制功能.状态监控器

1 和状态监控 器2是自行研制的数据采集设备, 用于采集环境 试验过程中被测设备的特性参数, 根据现实需要, 状态监控器采用多通道设计, 利用分布式温度传 感器实现环境试验过程中多特征点温度采集, 状 态监控器硬件结构框图如图

2 所示. 图2状态监控器硬件框图

141 第2期李载峰, 等: 环境试验远程监控系统设计 由于环境试验设备多采用 RS -232 协议, 为 了增加传输距离, 通过 RS485 -RS232 转换器实现 RS -232 与RS -485 之间的转换.中央控制器是整 个系统的关键环节, 其主要作用是实现系统各种 监控功能, 中央控制器是一台高性能工控机, 同时 配置一个

16 路串口采集卡和一个高精度时统卡,

16 路串口采集卡建立中央控制器与外围控制设 备的数据通讯链路, 高精度时统卡为系统提供同 步的 GPS 时间, 便于系统与被测设备时间同步. 蜂鸣器用于设备出现故障时的报警, 使监控人员 第一时间做出应急反应. 状态监控器实质为多通道数据采集系统, 核 心控制器采用高性能

8 位单片机, 单片机内部集 成8路10 位A/ D 转换和串口通讯,

8 路热电偶 可以根据需要监控被测设备的关键点温度信息, 并完成实时温度采集, 液晶显示器实时刷新显示 被测设备关键点温度, 串行 EPROM 完成采集数 据实时存储, 便于日后查询, 键盘用于设备功能设 置, 电源管理完成电源转换, 为状态监控器供电. 环境试验远程监控系统中, 每个中央控制器 最多只能连接

16 台串口设备, 如果需要扩展容 量, 则需要再建立若干该系统, 而系统中央控制器 间可建立网络连接, 形成基于网络构架的环境试 验监控系统[

5 -6] , 具体系统构架如图

3 所示. 图3基于网络构架的环境试验远程监控系统

3 系统软件设计 软件设计是系统功能实现的关键, 环境试验 远程监控系统软件分为两个部分, 状态监控器的 软件采用嵌入式软件设计, 主要功能是采集被测 设备关键点的温度, 读入温度数据并完成存储, 刷 新液晶屏显示, 最后通过 RS -232 串口将温度数 据反馈至中央控制器;

中央控制器软件采用 VC 编写, 利用模块化设计实现系统各项功能 [

7 -8] , 中 央控制器软件功能框图如图

4 所示. 图4中央控制器软件功能框图

142 长春工业大学学报( 自然科学版) 第32 卷 中央控制器软件根据环境试验远程监控系统 设计要求划分为

7 个功能模块.设备工作状态确 认功能模块用于查询和规划系统内各试验设备使 用情况, 通过该功能可以实时查询系统内各试验 设备的使用情况和预定时间内的任务安排, 通过 修改设备计划表来重新规划设备执行任务, 辅助 工作人员实现设备优化管理;

RS -485 通讯功能模 块用于建立底层数据通讯链路, 通过设置通讯所 需的串口号、 波特率、 协议格式、 数据收发方式等 参数完成串口配置;

数据采集与处理功能模块根 据设定的采样率定期采集处于工作状态环境试验 设备、 状态监控器的返回数据以及 GPS 时统终端 的时间信息, 并对返回数据进行判断和处理, 最后 根据处理结果进行相应动作;

数据存储与查询功 能模块根据不同设备建立相应的数据库, 将系统 采集的相应环境试验设备及状态监控器的返回数 据按 GPS 时间顺序存储于相对应的数据库中, 数 据库具有查询功能, 可以随时调出某时段某设备 的测试数据;

测试报告生成与打印功能模块用于 试验结束后, 系统自动生成环境试验报告, 提供环 境试验曲线, 并驱动打印机完成报告打印, 提高........