【正文】 點火時序控制系統(tǒng)硬件設計畢業(yè)設計目 錄前 言 1第一章 設計任務及要求 2167。 設計任務 2167。 系統(tǒng)功能要求 2167。 技術(shù)指標 4167。 可靠性與使用要求 4第二章 設計內(nèi)容 6167。 設備組成及各部分功能 6167。 系統(tǒng)模塊組成及功能概述 6167。 控制柜 7167。 PLC箱 11167。 點火回路箱 12167。 設備工作原理 13167。 設備工作原理概述 13167。 點火電路 14167。 急停、復位控制電路 15167。 點火時統(tǒng)信號提取電路 17167。 倒計時顯示電路 18第三章 工控機和PLC 20167。 工控機功能 20167。 PLC功能 20167。 工控機與PLC功能關系 20第四章 信號通道分配 21167。 工控機信號通道分配 21167。 可編程控制器（PLC）信號通道分配 21167。 點火電路（按1個點火電路統(tǒng)計）信號通道分配 22167。 分控儀信號通道分配 22第五章 主要部件選擇 23167。 工業(yè)控制計算機 23167。 可編程控制器（PLC） 23167。 多功能采集卡 24167。 電流源點火電源 25167。 電壓源點火電源 25167。 其它電源 26167。 電源指示數(shù)字表頭 26167。 電流傳感器 27167。 電爆管測試表 28167。 功率繼電器 28第六章 技術(shù)要求響應 30第七章 可靠性、安全性、可維修性設計 31167。 可靠性設計 31167。 安全性設計 31167。 可維修性設計 32第八章 安全注意事項 33參考文獻 34致 謝 35附錄 電器連接示意圖 36英文資料翻譯 45V前 言點火控制是熱噴流發(fā)動機點火實驗的關鍵控制部分。點火控制失敗,點火時序控制精度不高,點火電路不安全,都直接影響試驗的成敗。目前,級間分離及多次點火試驗中的點火時序要求控制精度為毫秒級，因此對系統(tǒng)的精度、安全都有比較高的要求。本設計以PLC為中心，通過RS232接口與控制計算機通信，接收計算機命令完成任務的下載、任務啟動、精確定時。通過對PLC任務的整定和下載，可以實現(xiàn)點火動作的精確輸出?？梢愿鶕?jù)要求精確輸出1秒動作、零秒動作、解鎖信號、下工位啟動信號、開關信號及時統(tǒng)信號。同時能夠?qū)崟r監(jiān)測控制臺及各分控儀的工作狀態(tài)，及時的做出相應的處理。對于控制系統(tǒng)的安全性，在點火主電路中有復位、急停、1秒，共3個繼電器觸點，0秒點火開關，1個固態(tài)繼電器常開觸點，還有一個鑰匙開關，只有以上所有條件都滿足，才會啟動點火裝置，并且在每一個分控儀都有急停按鈕，急停、復位按鈕通過繼電器邏輯電路對點火回路進行控制，保證點火回路的可靠急停。點火電路中設置有急停、復位繼電器觸點。急停、復位繼電器由專門的繼電器控制電路控制，保證按壓急停按鈕后迅速切斷點火回路，同時自鎖電路保證按壓急停按鈕后只有按壓復位按鈕后才可以在此接通點火回路， 當每次執(zhí)行完點火任務，PLC將輸出信號使急停、復位觸點斷開。此時只有按壓復位按鈕后才可以再次接通點火回路，防止點火試驗完成后由于誤按壓啟動按鈕導致的誤點火動作。使用PLC與工業(yè)控制計算機的信號互傳，實現(xiàn)系統(tǒng)工作的軟件互鎖。利用兩種互鎖，滿足試驗的安全性要求.第一章 設計任務及要求167。 設計任務根據(jù)《超音速熱噴流模擬試驗設備（改造）》項目的技術(shù)要求，擬制作一套點火時序控制裝置。本課題為橫向科研項目。采用專用工業(yè)控制計算機、計算機數(shù)字模擬接口卡、電流傳感器、電磁繼電器、可調(diào)電流源、可調(diào)電壓源組成點火控制時序控制及點火電流實時測試記錄系統(tǒng)。設計內(nèi)容主要為選型、集成、信號調(diào)理電路設計、可控電腦電流源的改進。主要完成熱噴流發(fā)動機的點火試驗及點火參數(shù)測試、點火電流測試與控制、點火電阻測試、為下級崗位提供準確可靠的TTL、通斷、應急處理、準備就緒等信號，以及點火過程監(jiān)控與信號處理。本系統(tǒng)分為兩套試驗裝置，近端控制裝置和遠端控制裝置，分別為2級點火和4級點火。本設計的目標是設計點火控制時序控制及點火電流實時測試記錄系統(tǒng)，可以可靠的完成點火時序動作的完成，保證點火的安全可靠。需要設計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)集成、信號調(diào)理電路設計、可控電流源的設計改進。167。 系統(tǒng)功能要求a)測試系統(tǒng)具備自檢功能系統(tǒng)啟動時對各板卡進行檢測，出現(xiàn)錯誤時給出信息并退出系統(tǒng)，防止系統(tǒng)帶病工作,導致誤動作。b)使用PLC可編程控制器可編程控制器能通過RS232接口與控制計算機通訊，接受計算機命令完成任務的下載、任務啟動、精確定時。同時檢測控制臺及各分控儀的工作狀態(tài)，實時做出相應處理。c)使用工業(yè)控制計算機使用工業(yè)控制計算機，對點火過程進行任務整定、下載、定時對點火參數(shù)進行測量及保存、顯示。同時檢測控制臺按鈕及分控儀工作狀態(tài)，實時做出相應處理。d)安全性互鎖使用繼電器電路，實現(xiàn)繼電器電路與PLC信號的硬件互鎖。使用PLC與工業(yè)控制計算機的信號互傳，實現(xiàn)系統(tǒng)工作的軟件互鎖。利用兩種互鎖，滿足試驗的安全性要求。e)點火動作的精確輸出通過對PLC任務的整定和下載，可以實現(xiàn)點火動作的精確輸出。可以根據(jù)要求精確輸出1秒動作、零秒動作、解鎖信號、下工位啟動信號、開關信號。f)倒計時顯示本系統(tǒng)在控制臺、分控儀及計算機軟件界面上均設置了倒計時顯示，方便實驗過程中的觀察。g)高電壓信號傳送為保證遠距離的信號傳送，本系統(tǒng)中控制臺到各工位的電信號均采用12V電平。這些電平包括：倒計時顯示信號、時統(tǒng)信號、啟動電平信號。h)分控儀狀態(tài)監(jiān)視本系統(tǒng)可以與5個分控儀信號進行連接，在控制臺面板上即可監(jiān)視分控儀是否處于準備好狀態(tài)。在點火過程中，隨時可以利用分控儀以及控制臺上的急停按鈕終止點火試驗過程。向分控儀輸出時統(tǒng)、啟動和觸點信號。i)系統(tǒng)可以安全可靠地對點火線路及電阻進行測試j)系統(tǒng)具有多級點火能力近端控制裝置具有2級點火能力，為電流源點火和電壓源點火。遠端控制裝置具有4級點火能力，分別為3路電流源點火和1路電壓源點火。電流源的輸出點火電流、電壓源的輸出點火電壓可通過電位器在1A～20A可調(diào)。k)解鎖信號產(chǎn)生本系統(tǒng)可以通過任務整定，在點火時刻前指定的時間輸出解鎖信號。l)點火參數(shù)的測量本系統(tǒng)在點火前2秒開始對選定通道的點火電流進行實時檢測、保存及顯示。試驗結(jié)束將形成實驗數(shù)據(jù)文件，以便過后認真觀察、研究。m)能夠自動生成測試結(jié)果的文本格式文件可以自動生成測試結(jié)果的文本報告。n)可以實時顯示各測試量量的測量結(jié)果，并能夠任意縮放在測試界面，通過示波器控件顯示測試曲線。o)利用游標可以讀取曲線上的任意點。示波器具有局部放大、拖動、曲線數(shù)據(jù)讀出等功能，方便對測試數(shù)據(jù)進行仔細觀察分析。p)系統(tǒng)校準近端控制裝置可以對2路電流信號采集電路進行校準，遠端控制裝置可以對4路電流信號采集電路進行校準。在實驗中利用電流測量通道的斜率、截距對測試結(jié)果進行校正計算，提高系統(tǒng)的測試精度。167。 技術(shù)指標a) 點火回路電阻測量范圍：0～9Ω（考慮接觸電線及線路電阻），測量精度≤2%，測量電流≤10mA；b) 點火電流：2～20A；c) 電流控制精度：控制誤差≤5%；d) 點火電流測量范圍：2～20A，測量精度≤1%；e) 電流上升時間（點火電流從0上升到穩(wěn)定控制值之間的時間）：≤1ms；f) ～99s連續(xù)設置，設置步長：； g) 啟動信號的設置時間為99～99s連續(xù)設置，設置步長：； h) 所有時統(tǒng)信號的同步誤差：≤1ms； i) 解鎖電機供電電壓27177。3V（負載電阻為30Ω）； j) ～10s連續(xù)設置，；167。 可靠性與使用要求 a) 平均無故障工作時間MTBF ≥1000h； b) 連續(xù)工作時間Tc：≥8h； c) 工作溫度：5～40℃ d) 工作溫度：≤80%。 e) 設備應具有良好的電磁兼容性，能經(jīng)受實際工作環(huán)境中各種設備所產(chǎn)生的電磁輻射，并對其它設備不產(chǎn)生干擾。第二章 設計內(nèi)容167。 設備組成及各部分功能167。 系統(tǒng)模塊組成及功能概述設備由遠端控制裝置及近端控制裝置兩臺設備組成。近端控制裝置為最多兩級點火，一級為電流源點火另一級為電壓源點火，除分控儀外均安裝在一雙聯(lián)機柜形式。遠端控制裝置為最多四級點火，三級為電流源點火，一級為電壓源點火，除分控儀外均安裝在一雙聯(lián)機柜形式。兩個控制裝置均由測控計算機、PLC控制箱、點火輸出控制箱及電源和輔助電源等組成。系統(tǒng)功能原理如圖21所示。圖21遠、近端控制裝置組成功能框圖測控計算機為工業(yè)控制計算機，是系統(tǒng)的測試控制核心，用于對點火電流的測量記錄圖形顯示、點火倒計時的顯示控制、對分控儀狀態(tài)檢測、點火任務的整定及對PLC的任務下載及監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)處理、顯示等。PLC主要接收計算機的下載任務，由控制臺按鈕啟動，完成下載任務要求的點火定時動作。通過與繼電器互鎖邏輯，保證點火過程的安全有效。點火電源系統(tǒng)由可控電流源及可控電壓源組成。近端控制裝置為一個可控電流源和一個可控電壓組成。遠端控制裝置為三個可控電流源和一個可控電壓組成。可控電流源提供點火需要的2～20A、最大輸出電壓40V?？煽仉妷涸摧敵鲭妷?2V～30V，最大輸出電流為15A。輔助電源由24V電源、12V電源、177。12V電源組成。24V源為PLC輸出及繼電器電路提供線圈電壓。12V電源為裝置中的數(shù)字信號提供電源。177。12V電源為電流傳感變送器提供電源。167。 控制柜本系統(tǒng)全部安裝在一雙聯(lián)控制柜中，雙聯(lián)控制柜如圖22所示。近端控制裝置與遠端控制裝置雙聯(lián)柜立面分別如圖224所示，面板上電流表監(jiān)視各點火電源的點火電流。左半部為工控機及顯示器。右半部為點火電壓、電流源的測試儀表、電源調(diào)整電位器、電爆管測試儀、電爆管測試切換按鈕及分控儀就緒狀態(tài)指示燈。顯示器顯示工控機信息， 倒計時窗口顯示點火倒計時進程。分控儀指示燈顯示各分控儀的狀態(tài)，當準備就緒時燈亮。電爆管測試儀測量點火回路的電阻值。圖22 雙聯(lián)柜結(jié)構(gòu)示意圖操作臺面示意圖如圖226所示。最上一排的鑰匙開關負責接通或斷開各點火電源的輸出通路，確保只有試驗時才接通點火回路。第二排按鈕為點火回路電阻測試按鈕，按下此按鈕和電爆管測試儀上的測試按鈕，測試回路才接通，電爆管測試儀將顯示當前通道的回路電阻。第三排為各電流源輸出電流調(diào)節(jié)及電壓源輸出電壓調(diào)節(jié)電位器旋鈕。最后一排按鈕為啟動、急停、復位按鈕?！皢印卑粹o負責啟動一次點火過程。“急?！卑粹o負責在實驗中立即終止實驗過程?！皬臀弧卑粹o負責對系統(tǒng)設置復位狀態(tài)，在每次啟動一次點火過程前，必須按壓“復位”按鈕，只有在復位狀態(tài)有效時，“啟動”按鈕才可以按下，否則“啟動”按鈕失效，無法啟動點火過程。在每次開機及一次試驗做完，系統(tǒng)都會設置復位失效，保證系統(tǒng)不會在無意識的情況下由于誤碰“啟動”按鈕而導致點火過程的誤觸發(fā)。雙聯(lián)柜后下檔板示意圖如圖27，28所示。面板上的空氣開關負責通斷個點火電源的交流輸入回路。電源輸入插座輸入操作臺面板表及輔助電源的交流輸入，開關負責通斷操作臺面板表及輔助電源的交流回路。圖23 近端控制裝置雙聯(lián)柜立面圖24 遠端端控制裝置雙聯(lián)柜立面圖25 近端控制裝置雙聯(lián)柜操作臺面圖26 遠端控制裝置雙聯(lián)柜操作臺面圖27 近端控制裝置雙聯(lián)柜后下檔板圖28 遠端控制裝置雙聯(lián)柜后下檔板167。 PLC箱PLC箱中安裝有西門子200型PLC控制器、啟動信號繼電器及驅(qū)動繼電器、信號調(diào)理電路板。負責整個點火過程時序動作的控制。近端控制裝置與遠端控制裝置的PLC箱的后面板如圖2210所示?！胺挚貎x”航空插座與分控儀聯(lián)接，通過+12V邏輯與分控儀交換邏輯信息。系統(tǒng)向“分控儀”發(fā)送倒計時信號及時統(tǒng)啟動信息。同時監(jiān)控“分控儀”的狀態(tài)，保證任何時刻“分控儀”均可中斷點火過程。PLC箱上的電源插座為PLC提供交流電源，電源開關控制電源的輸入。圖29 近端控制裝置PLC箱后面板圖210遠端控制裝置PLC箱后面板167。 點火回路箱點火回路箱為點火主回路控制箱，負責主回路點火電流的輸出。近端控制裝置與遠端控制裝置的點火回路箱的后面板如圖21212所示。輸出電源區(qū)域為點火電流輸出區(qū)域，電源輸出端子連接點火回路。外接電阻端子連接補償電阻。補償電阻與點火回路呈串聯(lián)狀態(tài)，提高點火電壓的輸出，保證時統(tǒng)信