本發(fā)明屬于高超聲速風(fēng)洞技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高超聲速推進(jìn)風(fēng)洞控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高超聲速風(fēng)洞是指試驗(yàn)流場(chǎng)為5馬赫數(shù)以上的風(fēng)洞，適用于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。以此在地面上形成高超聲速飛行器模型的試驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)設(shè)備必須能夠提供高超聲速氣流，能夠模擬高超聲速飛行器高馬赫數(shù)飛行時(shí)周圍氣流燴值與壓力的上升，模擬空氣稀薄的高空飛行環(huán)境。同時(shí)滿足上述條件時(shí),實(shí)驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)十分復(fù)雜,設(shè)計(jì)運(yùn)行難度非常大。本文所涉及的高超聲速推進(jìn)風(fēng)洞采用燒氫補(bǔ)氧的方式，高超聲速推進(jìn)風(fēng)洞主要由加熱器、噴管、實(shí)驗(yàn)艙、引射器等組成。加熱器本體是一個(gè)圓筒，氫氣和空氣的預(yù)混氣體首先加入加熱器，并由火花塞點(diǎn)燃，形成引導(dǎo)火焰，主流空氣與氫氣，被該引導(dǎo)火焰點(diǎn)燃后在加熱器內(nèi)燃燒，提高加入空氣的總溫；超聲速噴管的作用是把由加熱器加熱后的空氣加速到設(shè)計(jì)馬赫數(shù)，并以自由射流的形式提供給超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；排氣系統(tǒng)由兩級(jí)中心空氣引射器和消音塔串聯(lián)構(gòu)成，一方面提供實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的高空環(huán)境，另一方面排出實(shí)驗(yàn)氣流以及發(fā)動(dòng)機(jī)模型的排氣。試驗(yàn)過程中使用大量高壓氫氣、氧氣、空氣對(duì)設(shè)備供氣，通過各類閥門操控上述氣體滿足流量、壓力。風(fēng)洞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制部位分散，危險(xiǎn)性大；試驗(yàn)過程中，檢測(cè)信號(hào)數(shù)量大、種類多，短時(shí)間內(nèi)信息量大，信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性要求高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種基于PLC的高超聲速推進(jìn)風(fēng)洞控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集各氣路水路上的溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分散在風(fēng)洞現(xiàn)場(chǎng)的被控設(shè)備和監(jiān)測(cè)裝置的集中監(jiān)視和控制，提高對(duì)風(fēng)洞系統(tǒng)工況的監(jiān)測(cè)管理水平。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高超聲速運(yùn)行控制系統(tǒng)，包括：主控單元、服務(wù)器單元、顯示打印單元、PLC主站單元、PLC從站1單元、PLC從站2單元、PLC從站3單元、PLC從站4單元、PLC從站5單元、PLC從站6單元、氣動(dòng)閥單元、調(diào)節(jié)閥單元、電動(dòng)閥單元、水泵單元、數(shù)據(jù)采集單元、總溫總壓傳感單元；

所述主控單元以工控機(jī)為載體，采用WinCC組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互控制，通過step7進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)；所述主控單元用于控制程序的編寫、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制與操作、數(shù)據(jù)采集顯示傳輸，以及PLC程序的下裝調(diào)試；所述主控單元與PLC主站單元通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)與指令傳輸；

所述服務(wù)器單元與所述主控單元通過以太網(wǎng)連接，用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、處理、分析和歷史的數(shù)據(jù)查詢追溯；

所述顯示打印單元用于顯示控制程序界面、溫度壓力界面，以及試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的打印輸出；

所述PLC主站單元用于采集輸入信號(hào)、執(zhí)行用戶程序、刷新系統(tǒng)的輸出，以及儲(chǔ)存程序和相關(guān)數(shù)據(jù)；所述主控單元通過以太網(wǎng)總線與所述PLC從站1單元、所述PLC從站2單元、所述PLC從站3單元、所述PLC從站4單元、所述PLC從站5單元、所述PLC從站6單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，獲得控制參數(shù)，進(jìn)行運(yùn)算后輸出控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制；

所述PLC從站1單元帶有數(shù)字量輸入輸出模塊和多路氣動(dòng)閥控制通道；氣動(dòng)閥單元位于閥門區(qū)，用于控制各路氣體管路通斷，每一氣體管路帶有兩臺(tái)氣動(dòng)閥；所述PLC從站1單元根據(jù)所述PLC主站單元的控制信號(hào)指令，直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門區(qū)所述截止閥單元進(jìn)行開關(guān)控制，并將開到位、關(guān)到位信號(hào)反饋回所述PLC主站單元；

所述PLC從站2單元帶有模擬量輸入輸出模塊和多路調(diào)節(jié)閥控制通道；調(diào)節(jié)閥單元位于閥門區(qū)，設(shè)在兩臺(tái)氣動(dòng)閥之間，用于調(diào)節(jié)各路氣體管路內(nèi)壓力；所述PLC從站2單元根據(jù)所述PLC主站單元的控制信號(hào)指令，直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門區(qū)所述調(diào)節(jié)閥單元進(jìn)行輸出開度控制，并將開到位、關(guān)到位信號(hào)反饋回所述PLC主站單元；

所述PLC從站3單元帶有數(shù)字量模塊、模擬量輸入輸出模塊和多路電動(dòng)閥控制通道；所述PLC從站3單元根據(jù)所述PLC主站單元的控制信號(hào)指令，直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門區(qū)及氣源區(qū)電動(dòng)閥單元進(jìn)行輸出開度控制，并將開到位、關(guān)到位信號(hào)反饋回所述PLC主站單元；

所述PLC從站4單元帶有模擬量輸入輸出模塊和多路水泵控制通道；水泵單元位于泵房，多臺(tái)水泵配合使用，用于調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需冷卻水流量和壓力；所述PLC從站4單元根據(jù)所述PLC主站單元的控制信號(hào)指令，直接對(duì)所述水泵單元的變頻器進(jìn)行控制，并將壓力反饋回所述PLC主站單元；

所述PLC從站5單元帶有模擬量輸入模塊和多路模擬信號(hào)通道；壓力溫度傳感單元位于閥門區(qū)，用于檢測(cè)各氣路和水路的溫度、壓力和流量；所述PLC從站5單元將所述壓力溫度傳感單元采集的溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋回所述PLC主站單元；

所述PLC從站6單元帶有模擬量輸入模塊和多路模擬信號(hào)通道；總溫總壓測(cè)力天平傳感單元用于測(cè)量加熱器總溫、總壓，以及試驗(yàn)件測(cè)力天平數(shù)據(jù)；所述PLC從站6單元將所述總溫總壓傳感單元采集的總溫、總壓數(shù)據(jù)反饋回所述PLC主站單元。

更進(jìn)一步地，所述PLC主站單元包括：主程序模塊、自動(dòng)程序設(shè)置模塊、氣源壓力顯示模塊、水路參數(shù)顯示模塊、報(bào)警參數(shù)設(shè)置模塊、緊急停車處理模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、手動(dòng)模塊；

所述主程序模塊按照設(shè)定的時(shí)間循環(huán)執(zhí)行，是整個(gè)程序運(yùn)行的主干；

所述自動(dòng)程序設(shè)置模塊用于設(shè)置自動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，各位閥門邏輯關(guān)系參數(shù)，用于設(shè)置所述氣動(dòng)閥開關(guān)時(shí)序，設(shè)置所述調(diào)節(jié)閥和所述水泵按時(shí)間進(jìn)行的開度變化關(guān)系；

所述氣源壓力顯示模塊主要用于顯示各個(gè)氣路氣源、流路、前室壓力；

所述水路參數(shù)顯示模塊用于顯示水路官網(wǎng)及各支路壓力、流量、溫度參數(shù)；

所述報(bào)警參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置風(fēng)洞運(yùn)行安全包絡(luò)線參數(shù)，當(dāng)風(fēng)洞運(yùn)行超過安全包絡(luò)線后觸發(fā)所述緊急停車處理模塊；

所述緊急停車處理模塊用于當(dāng)風(fēng)洞運(yùn)行超出其安全包絡(luò)線后，按照預(yù)先設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行風(fēng)洞停車后吹風(fēng)、試驗(yàn)終止動(dòng)作；

所述數(shù)據(jù)采集處理模塊用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與處理；

所述手動(dòng)模塊用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)試時(shí)，所述氣動(dòng)閥單元、所述調(diào)節(jié)閥單元、所述電動(dòng)閥單元、所述水泵單元的手動(dòng)操作。

本發(fā)明綜合采用集散控制技術(shù)、以太網(wǎng)總線技術(shù)、操作互鎖技術(shù)、模塊化編程技術(shù)、手動(dòng)自動(dòng)一體化技術(shù)，實(shí)時(shí)采集各氣路水路上的溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了在控制室對(duì)分散在風(fēng)洞現(xiàn)場(chǎng)的被控設(shè)備和監(jiān)測(cè)裝置的集中監(jiān)視和控制，增加了控制系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)展性，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了對(duì)風(fēng)洞系統(tǒng)工況的監(jiān)測(cè)管理水平。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)組成框圖；

圖2為本發(fā)明PLC主站單元組成框圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：參見圖1、圖2，一種高超聲速運(yùn)行控制系統(tǒng)，包括：主控單元1、服務(wù)器單元2、顯示打印單元3、PLC主站單元4、PLC從站1單元5、PLC從站2單元6、PLC從站3單元7、PLC從站4單元8、PLC從站5單元9、PLC從站6單元10、氣動(dòng)閥單元51、調(diào)節(jié)閥單元61、電動(dòng)閥單元71、水泵單元81、數(shù)據(jù)采集單元91、總溫總壓傳感單元101；

所述主控單元1以工控機(jī)為載體，采用WinCC組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互控制，通過step7進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)；所述主控單元1用于控制程序的編寫、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制與操作、數(shù)據(jù)采集顯示傳輸，以及PLC程序的下裝調(diào)試；所述主控單元1與PLC主站單元4通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)與指令傳輸；

所述服務(wù)器單元2與所述主控單元1通過以太網(wǎng)連接，用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、處理、分析和歷史的數(shù)據(jù)查詢追溯；

所述顯示打印單元3用于顯示控制程序界面、溫度壓力界面，以及試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的打印輸出；

所述PLC主站單元4用于采集輸入信號(hào)、執(zhí)行用戶程序、刷新系統(tǒng)的輸出，以及儲(chǔ)存程序和相關(guān)數(shù)據(jù)；所述主控單元1通過以太網(wǎng)總線與所述PLC從站1單元5、所述PLC從站2單元6、所述PLC從站3單元7、所述PLC從站4單元8、所述PLC從站5單元9、所述PLC從站6單元10進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，獲得控制參數(shù)，進(jìn)行運(yùn)算后輸出控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制；

所述PLC從站1單元5帶有數(shù)字量輸入輸出模塊和多路氣動(dòng)閥控制通道；氣動(dòng)閥單元51位于閥門區(qū)，用于控制各路氣體管路通斷，每一氣體管路帶有兩臺(tái)氣動(dòng)閥；所述PLC從站1單元5根據(jù)所述PLC主站單元4的控制信號(hào)指令，直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門區(qū)所述截止閥單元51進(jìn)行開關(guān)控制，并將開到位、關(guān)到位信號(hào)反饋回所述PLC主站單元4；

所述PLC從站2單元6帶有模擬量輸入輸出模塊和多路調(diào)節(jié)閥控制通道；調(diào)節(jié)閥單元61位于閥門區(qū)，設(shè)在兩臺(tái)氣動(dòng)閥之間，用于調(diào)節(jié)各路氣體管路內(nèi)壓力；所述PLC從站2單元6根據(jù)所述PLC主站單元4的控制信號(hào)指令，直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門區(qū)所述調(diào)節(jié)閥單元61進(jìn)行輸出開度控制，并將開到位、關(guān)到位信號(hào)反饋回所述PLC主站單元4；

所述PLC從站3單元7帶有數(shù)字量模塊、模擬量輸入輸出模塊和多路電動(dòng)閥控制通道；所述PLC從站3單元7根據(jù)所述PLC主站單元4的控制信號(hào)指令，直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門區(qū)及氣源區(qū)電動(dòng)閥單元71進(jìn)行輸出開度控制，并將開到位、關(guān)到位信號(hào)反饋回所述PLC主站單元4；

所述PLC從站4單元8帶有模擬量輸入輸出模塊和多路水泵控制通道；水泵單元81位于泵房，多臺(tái)水泵配合使用，用于調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需冷卻水流量和壓力；所述PLC從站4單元8根據(jù)所述PLC主站單元4的控制信號(hào)指令，直接對(duì)所述水泵單元81的變頻器進(jìn)行控制，并將壓力反饋回所述PLC主站單元4；

所述PLC從站5單元9帶有模擬量輸入模塊和多路模擬信號(hào)通道；壓力溫度傳感單元91位于閥門區(qū)，用于檢測(cè)各氣路和水路的溫度、壓力和流量；所述PLC從站5單元9將所述壓力溫度傳感單元91采集的溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋回所述PLC主站單元4；

所述PLC從站6單元10帶有模擬量輸入模塊和多路模擬信號(hào)通道；總溫總壓測(cè)力天平傳感單元101用于測(cè)量加熱器總溫、總壓，以及試驗(yàn)件測(cè)力天平數(shù)據(jù)；所述PLC從站6單元10將所述總溫總壓傳感單元101采集的總溫、總壓數(shù)據(jù)反饋回所述PLC主站單元4。

2.如權(quán)利要求1所述的一種高超聲速運(yùn)行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述PLC主站單元4包括：主程序模塊41、自動(dòng)程序設(shè)置模塊42、氣源壓力顯示模塊43、水路參數(shù)顯示模塊44、報(bào)警參數(shù)設(shè)置模塊45、緊急停車處理模塊46、數(shù)據(jù)采集處理模塊47、手動(dòng)模塊48；

所述主程序模塊41按照設(shè)定的時(shí)間循環(huán)執(zhí)行，是整個(gè)程序運(yùn)行的主干；

所述自動(dòng)程序設(shè)置模塊42用于設(shè)置自動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，各位閥門邏輯關(guān)系參數(shù)，用于設(shè)置所述氣動(dòng)閥51開關(guān)時(shí)序，設(shè)置所述調(diào)節(jié)閥61和所述水泵81按時(shí)間進(jìn)行的開度變化關(guān)系；

所述氣源壓力顯示模塊43主要用于顯示各個(gè)氣路氣源、流路、前室壓力；

所述水路參數(shù)顯示模塊44用于顯示水路官網(wǎng)及各支路壓力、流量、溫度參數(shù)；

所述報(bào)警參數(shù)設(shè)置模塊45用于設(shè)置風(fēng)洞運(yùn)行安全包絡(luò)線參數(shù)，當(dāng)風(fēng)洞運(yùn)行超過安全包絡(luò)線后觸發(fā)所述緊急停車處理模塊46；

所述緊急停車處理模塊46用于當(dāng)風(fēng)洞運(yùn)行超出其安全包絡(luò)線后，按照預(yù)先設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行風(fēng)洞停車后吹風(fēng)、試驗(yàn)終止動(dòng)作；

所述數(shù)據(jù)采集處理模塊47用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與處理；

所述手動(dòng)模塊48用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)試時(shí)，所述氣動(dòng)閥單元51、所述調(diào)節(jié)閥單元61、所述電動(dòng)閥單元71、所述水泵單元81的手動(dòng)操作。