环境试验设备专用控制系统的通用化研究15662.docx

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1、收稿日期期：100.100 环环境试验验设备专专用控制制系统的的通用化化设计广州爱斯斯佩克环环境仪器器有限公公司 高高级工程程师 郑郑建福Absttracct: Thiis AArtiiclee prroviide a eenviironnmenntall teestiing equuipmmentt coontrrolllingg syysteem ggeneerallizaatioon ddesiign schhemee annd rreallizaatioon bbaseed oon aanallysee off thhe eequiipmeent basiic ffuncctioons

2、 andd soortss.摘要：本本文在对对环境试试验设备备基本功功能和分分类分析析的基础础上，提提出了控控制系统统的通用化设设计方案案及实现现。关键词：环境试试验设备备 控制制系统 通用化化 Keywwordds: envviroonmeentaal ttesttingg eqquippmennt, conntroolliing sysstemm, ggeneerallizaatioon1 环境试验验设备功功能简介介环境试验验设备是是一种用用于评价价产品环环境适应应能力和和质量的的设备，其其功能是是制造各各种不同同的温度度、湿度度、气压压及其组组合和变变化的环环境条件件，以激激发和暴暴露被

3、测测试产品品的缺陷陷，它是是提高各各种产品品质量不不可缺少少的工具具。从手手机、家家电等各各种民用用产品到到卫星、导导弹等军军工产品品都需要要进行环环境适应应性试验验和可靠靠性试验验。目前前我国已已经成为为全球制制造业的的中心，对对环境试试验设备备的需求求在急剧剧增加。本本文是针针对环境境试验设设备（以以下简称称设备）控控制系统统的通用用化与开开放性进进行讨论论。2设备备的基本本构成和和分类如图1所所示，设设备通常常由试验验室、制制冷机组组、控制制系统组组成；试试验室内内又包含含样品区区，空气气调节通通道；空空气条件件通道中中有加热热丝、蒸蒸发器、加加湿器、风风机；在在通道出出口有干干球和湿湿

4、球温度度传感器器；其工工作原理理为：将将样品放放入样品品区，从从操作面面板给定定试验的的条件（温温度/湿湿度），控控制系统统发出指指令启动动风机工工作，并并根据试试验的温温度和湿湿度设定定值，控控制加热热器、蒸蒸发器、加加湿器工工作。风风机在设设备运行行后一直直工作，控控制系统统根据传传感器测测量反馈馈得到样样品区内内的实际际温度和和湿度，采采用一定定的调节节规律控控制加热热器、加加湿器和和制冷机机等部件件的工作作，从而而到达试试验要求求的温度度和湿度度。风机控制系统 试验室室内示意意 传传感器空气调节通道样品 加热热器制冷机 组样图品区蒸发器 加湿湿器箱体及保保温材料料图1.环环境试验验设备

5、示示意图根据不同同的试验验需要，设设备分为为：高于于环境温温度的高高温试验验箱（温温度6003000），多多用于样样品的老老化试验验；具有有高温和和低温的的温度试试验箱（温温度7701150），多用用于环境境适应性性评价试试验；具具有温度度和湿度度的高低低温湿热热试验箱箱（温度度7001550，湿度度1099RH），多用于环境适应性评价试验；温度冲击试验箱（温度80250，温度冲击恢复时间5分钟），多用于元器件缺陷暴露；快速温度变化（温度80150，温度变化速率515/min）,多用于整机和部件的缺陷激发；温度湿度加振动的三综合试验箱（实际上是快速温度变化箱湿度控制振动接口），用于高可靠产品的

6、整机和部件的缺陷激发。这些不同同类型的的设备基基本原理理相同，在在温度控控制方面面，若要要提高温温度可控控制加热热器通电电；但是是要使温温度降低低就没有有那么简简单，根根据目前前的制冷冷技术，同同行都采采用的是是机械制制冷方式式，通过过控制制制冷机组组及管路路。从工工作寿命命和温度度控制的的波动等等因素考考虑，制制冷机组组的工作作不能频频繁的启启停，冷冷量的大大小是选选择不同同的制冷冷回路。与与加热器器通过控控制通断断时间实实现功率率连续调调节不同同，制冷冷量的大大小只能能通过选选择不同同的制冷冷回路调调节输出出功率，且且输出功功率的可可调性要要比加热热器复杂杂的多，同同时受机机组运行行安全性

7、性的限制制也很大大。与我我们日常常所见的的空调机机不同，制制冷系统统的工况况比较宽宽，从高高温1550到低温温800环境下下都要正正常工作作，设计计上如不不注意将将造成压压缩机过过热、超超压和缺缺油等机机械故障障，直接接影响到到设备的的正常工工作。对对于上面面谈到的的快速温温度变化化箱、综综合试验验箱、大大型步入入式试验验箱等对对制冷量量要求较较大的设设备，如如何既实实现冷量量的合理理控制，又又保证制制冷机组组的安全全可靠运运行是摆摆在设备备系统设设计师面面前的重重要课题题。这也也要求控控制系统统在制冷冷机组安安全可靠靠运行的的前提下下实现对对制冷量量的合理理控制。由由于机组组的安全全性的限限

8、制，可可能会造造成某些些温度或或湿度点点不能正正常工作作，我们们称这些些点为“不良点点”，越是是复杂的的设备存存在“不良点点“的可能能性越大大。设备的安安全保护护包括箱箱体的过过热、样样品的过过热/过过冷保护护、风机机的过热热保护、三三相电机机的缺相相/相序序保护、加加湿器的的过热保保护；水水路系统统（带湿湿度功能能的设备备）的水水位、进进水、排排水的保保护；制制冷系统统的超压压、欠压压、压缩缩机过热热、缺油油的保护护。大多数试试验都有有相应的的国际（IIEC）标准、国国家标准准（GBB）、美军军标准（MMIL）、国军军标（GGJB）。许多多标准要要求温度度/湿度度随时间间变化而而变化，可可用

9、试验验曲线来来描述。在在控制系系统中的的操作面面板就必必须具备备试验曲曲线的输输入；运运行时温温度/湿湿度的设设定值计计算，运运行状态态（设定定温度/湿度、测测量温度度/湿度度、运行行时间等等参数）的的指示等等功能。3设备备控制系系统的组组成及通通常的实实现方案案设备控制制系统要要完成的的基本功功能是：1）试试验曲线线的输入入和设备备状态的的指示；2）温温度/湿湿度的测测量和调调节；33）各种种被控对对象如风风机、制制冷系统统管路的的控制；4）设设备安全全保护状状态的检检测。 控制制系统状 态指 示具有程序设定功能温度/湿度调节器输入输出控制（PLC）输 出 驱 动温度传感器安全状态机组、加热

10、、加湿、风机 图2. 设备备控制系系统组成成如图2所所示，具具有程序序（曲线线）设定定功能的的温度/湿度调调节器完完成试验验曲线的的输入和和运行状状态（设设定/测测量值等等曲线跟跟踪信息息）的显显示。输输入输出出控制（PPLC）完完成设备备安全状状态的检检测、控控制动作作的确定定。状态态指示装装置完成成设备工工作状态态的指示示（运行行、停止止、故障障及故障障信息指指示）。大多数设设备制造造厂家控控制系统统的实现现方案是是：输入入输出控控制由各各种品牌牌的PLLC来实实现，温温度/湿湿度调节节和程序序曲线功功能通过过具有编编程功能能的PIID调节节仪表来来完成，状状态信息息采用简简单的状状态指示

11、示灯完成成。简称称这种方方案为方方案A。随着PLLC技术术的发展展，PLLC厂家家也推出出具有PPID运运算功能能的PLLC。采采用具有有PIDD运算功功能的PPLC再再配上LLCD触触摸屏也也是一种种不错的的方案。通通过LCCD触摸摸屏完成成操作界界面的功功能，由由PLCC完成模模拟量测测量、PPID温温度/湿湿度调节节、逻辑辑控制。简简称这种种方案为为方案BB。4几种种方案的的对比分分析方案功能及通通用性易操作性性可扩展性性成本（元元）开放性A比较适合合标准温温度/湿湿度箱；较难适适应复杂杂和特殊殊设备的的要求； 比较差，操操作者要要借助操操作手册册。具有一定定的扩展展能量，可可根据需需要

12、增减减I/OO口的数数量；约500001100000用户PCC难以连连接到控控制系统统；B可适合各各种复杂杂和特殊殊设备的的要求； 较好，操操作者可可不必借借助操作作手册。具有一定定的扩展展能量，可可根据需需要增减减I/OO口的数数量；约700001150000用户PCC难以连连接到控控制系统统；A和B两两种方案案都比较较难解决决同时适适应简单单和复杂杂控制的的要求，成成本比较较高，开开放性比比较差。有些厂家家自主研研制控制制系统，自自主研制制的产品品可根据据设备的的需要进进行设计计，单台台控制系系统的成成本可以以得到最最优化。在在设备的的生产小小批量多多品种特特点的情情况下，是是否要每每种设

13、备备都有相相配套的的专用控控制系统统？采用用怎样的的设计才才可实现现成本和和通用性性之间得得到最好好的平衡衡？下面面就进行行讨论。5 通用化的的设想51专专用控制制系统通通用化与与开发性性设计应应考虑的的因素1） 适应不同同的应用用对象，即即可适应应复杂和和简单设设备；2） 在不影响响系统的的结构的的前提下下，输入入/输出出的控制制点数可可有较大大的变化化；3） 控制的变变量可以以是：温温度、湿湿度，气气压、光光照度等等各种变变量及其其组合；4） 温度控制制方法，既既要控制制加热器器，又要要控制制制冷量；并且，可可根据试试验的要要求合理理的控制制和分配配制冷量量，实现现制冷量量在一定定范围内内

14、的连续续可调性性，消除除设备在在其工作作范围内内的“不良点点”，并达达到节能能的作用用；5） 设备各种种信息的的汇总与与处理，提提供标准准的数据据服务接接口，方方便与外外部PCC的数据据和信息息的交互互；6） 在操作面面板方面面既可满满足经济济型又可可满足豪豪华型的的需要；7） 功能可扩扩充性，方方便将来来新功能能的增加加；8） 软件的可可移植性性，方便便今后硬硬件平台台的升级级；5 2专用控控制系统统通用化化与开发发性设计计的实现现方案总体思想想：采用用积木化化的结构构，将系系统分成成功能独独立的智智能模块块，这些些模块是是：（1） I/O模模块，完完成输入入检测、逻逻辑运算算和输出出控制；

15、系统中中I/OO模块的的数量可可以16个；每个II/O模模块的II/O点点数为116448点；因此可可以适应应小型到到大型复复杂系统统的控制制。（2） ADDAA模块，完完成模拟拟量的测测量；可可完成PPt1000铂电电阻/TTC热电电偶温度度、标准准电压、标标准电流流的测量量；每个个ADDDA模块块测量的的输入点点数为66个，输输出1个个为420mmA 模模拟量；系统中中ADDDA模块块的数量量可以113个个，具有有很强的的适应性性；（3） CPU模模块，完完成控制制和调节节运算；程序曲曲线的跟跟踪、温温度等物物理量的的调节运运算（FFUZZZY+PPID），加加热量的的控制、制制冷量的的控

16、制；完成各各种信息息的处理理和汇总总，统一一向外部部提供数数据请求求的服务务；CPPU模块块是整个个控制系系统的核核心，一一个系统统中只能能有一个个CPUU模块。（4） HMI模模块，完完成操作作面板人机交交互界面面功能；设计经经济型和和豪华型型两种HHMI模模块；模块之间间的信息息交互，采采用RSS-4885接口口；I/O与CCPU模模块、AADDAA与CPPU模块块之间，考考虑到是是控制系系统内部部数据交交换且交交换的数数据量比比较大、速速度要求求高，采采用自定定义协议议；HMMI与CCPU模模块之间间，考虑虑到是控控制系统统与外部部数据交交换，应应具有一一定的开开放性和和通用性性，采用用

17、的是三三菱协议议；用户PC数码管型HMILCD型HMICPU模块ADDA模块ADDA模块I/O模块I/O模块 图3. 通用用化实现现方案6 目前通用用化设计计的工作作进展61 CPUU模块硬件：采采用Inntell3866EX 33MMHZ CPUU，5112KSSRAMM（电池池保护），5512KK FLLASHH，3个个UARRT（22个RSS-4885,一一个RSS-2332），11个Ceentrroniics打打印口；软件：多多回路FFuzzzyPPID前馈控控制，FFuzzzy冷量量控制，程程序曲线线跟踪，II/O模模块通讯讯协议，AADDAA通讯协协议，三三菱通讯讯协议；62 I/

18、OO模块硬件：松松下FPP型PLLC、西西门子SS2000型PLLC、或或MPCC-STTD-II/O；输入口口8332点；输出口口8332点；软件：松松下或西西门子PPLC编编程软件件；对MMPC-STDD-I/O，118条软软PLCC指令解解释器，运运行速度度（1KK行/秒秒）；63 ADDDA模块块 8通道道 166位A/DD转换器器，带自自校正测测量，带带自校正正Pt1100铂铂电阻测测量；温温度补偿偿热电偶偶测量，标标准电压压、标准准电流测测量。116位DD/A转转换器，44200mA电电流输出出。64 VFDD数码管管型操作作显示屏屏由定制的的高亮度度的299个7段段数码管管199

19、个状态态指示灯灯组成的的VFDD显示屏屏，8个个键盘“飞轮”组成操操作显示示屏。65 P30064/P31104型型彩色TTFT66.4/10.4吋LLCD触触摸屏自行研制制的彩色色TFTT6.44/100.4吋吋LCDD触摸屏屏P30064/P31104，硬硬件采用用三星SS3C224100ARMM CPPU，332M FLAASH，664M SDRRAM，11M SSRAMM（带电电池保护护），22个UAART，11个Ceentrroniics打打印口，11个100 Baase 网口；64KK色TFFT LLCD显显示屏，110244x10024分分辨率丝丝线电阻阻触摸屏屏。软件：1）基于

20、于PC Winndowws环境境的画面面编辑器器；2）基于于S3CC24110 AARM CPUU + MonntaVVistta LLinuux 操操作系统统下的解解释程序序；实现现在PCC Wiindoows下下画面编编辑器设设计的界界面在LLCD触触摸屏上上的还原原。3）支持持的PLLC通讯讯协议有有松下FFP,西门门子S2200，三三菱（FFX-PPartt A）,Moodibbus等等；4）实现现无纸记记录功能能和记录录数据的的U盘转转存PCC浏览打打印功能能；66 用户PPC集中中监控软软件1） 通过RSS-4885接口口，完成成对166台设备备的集中中监控；2） 设备远程程操作与与控制；3） 数据记录录与趋势势图；4） 用户APPI接口口；7 结论我们自2200003年起起，按照照此方案案已经为为生产了了约12200套套控制系系统，为为约五十十多种不不同类型型、12200多多台设备备配套；设备涵涵盖了温温度、温温湿度、低低气压、温温度气压压综合、温温度湿度度光照综综合、温温度湿度度淋雨综综合、温温度湿度度振动综综合等多多种设备备。应用用表明该该方案的的设计是是成功的的，基本本达到了了通用性性的要求求。目前我们们正在进进一步优优化系统统，强化化软件功功能，特特别是智智能化控控制软件件，以达达到设备备的更稳稳定、更更可靠、节节能运行行。