学文网摘 要：针对地面生命保障系统密封舱试验系统内温湿度环境控制的需要，研究与设计了一种采用Agilent VEE虚拟仪器技术和PLC技术相结合的温湿度测控系统。该系统通过PLC软件实时地进行温湿度值的设定和修改并完成温湿度的控制任务，同时将PLC采集到的温湿度信号通过串口完成与PC机的通信，通过Agilent VEE软件实现温湿度信号的存储、显示和打印，完成温湿度的测量。实验结果表明，该系统具有良好的实用性和可靠性。
关键词：密封舱；温湿度控制；Agilent VEE；PLC
中***分类号：TP29文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)07-110-03オ
Design and Realization of Temperature Humidity Measurement and Control System in Capsule
YU Shisheng,TIAN Hao
(Harbin Institute of Technology,Harbin,150001,China)
Abstract：The temperature-humidity measurement and control system through the combination of Agilent VEE software and Panasonic Electronic Industry′s PLC technique,for the requirement of the temperature and humidity circumstance control of capsule in the life protection system on ground.This system sets and modifies the value of temperature and humidity real-time and accomplishes the control task of the temperature and humidity in capsule.Meantime,the sign of temperature and humidity,gathered from PLC,correspondences with PC.Through the signs of temperature and humidity memory,display and print,the measurements of temperature and humidity are completed.The experiment results show that the system has good practicability and reliability.
Keywords：capsule;temperature-humidity control;Agilent VEE;PLC
1 引 言
在航天器的热控设计中，温湿度指标一般是针对采用密封结构的航天器提出的，如载人飞船、空间站、返回式科学实验卫星的密封舱等。密封舱体起到维护人体正常生理功能的作用。人造环境受系统调节特性的影响，不可避免的会出现波动，其结果对人体的危害是可想而知的。随着我国载人航天工程的发展，对地面生命保障系统密封舱内的环境控制提出了更高的要求，他关系到试验人员是否安全、健康和高效的工作，因此要求载人飞船生命保障系统的密封舱的温湿度维持在一定的范围内。而密封舱温湿度测控系统是生命保障系统的必备控制系统，对其进行研究和开发具有重要意义。
本文采用Agilent VEE软件作为开发平台，将虚拟仪器技术与PLC技术结合到一起，发挥各自的优势，完成PC机与PLC的串行通信，利用上位机的控制功能，实现良好的人机界面与可靠的系统控制。本文针对载人航天地面模拟器密封舱，应用此温湿度测控系统，可以有效地控制生命保障系统密封舱内的温湿度。
2 测控系统的组成
系统主要由密封舱、温湿度传感器、松下电工可编程控制器FP1(C40C)型PLC、加热器、制冷器、加湿器、除湿器、PC机等组成，其系统结构如***1所示。
***1 测控系统的组成
温湿度控制是以PLC为核心的自动控制系统，系统采用JWSH-5VBCO2D温湿度变送器(0~50 ℃,0~100%RH)作为温湿度传感器。采集到的温湿度信号经过A/D转换后送入PLC。通过PLC程序控制是否加热、制冷、加湿和除湿，保证密封舱内的温湿度自动保持在规定的范围内。PLC程序定时的将温湿度信号传送到PC机，通过Agilent VEE软件完成对温湿度测量数据的实时采集、显示与存储。
3 PLC程序设计
温湿度控制系统是以PLC为核心的自动控制系统，通过温湿度传感器检测密封舱内的温度、湿度，按照系统目标值控制加热、制冷、加湿和除湿，从而达到密封舱内的温湿度自动保持在规定的范围内。PLC控制程序见***2。
***2 PLC程序梯形***
PLC高级指令用法如下：
3.1 F0(MV)16位数据传输指令
F0(MV)指令将16位数据从一个16位传到另一个16位区。
3.2 F62(WIN)16位数据区段比较指令
F62(WIN)指令是对带符号的16位数据在另两个16位数据之间进行区段比较，将判定结果输出到特殊内部继电器。
3.3 F144(TRNS)串行通信指令
用于通过RS232C串行通信向外部设备发送数据。
3.4 A/D转换单元
在工业控制中除了数字信号以外，还有大量的温度、湿度、流量、压力等连续变化的模拟信号，为了对这些过程变量进行监测和控制，须将这些信号变换成标准的电信号，再转换成计算机可以接收的数字信号,这些处理环节都是过程控制不可缺少的重要组成部分。FP1PLC拥有实现这些功能的特殊单元，这里介绍FP1 A/D单元的性能及用法。
3.4.1 A/D通道分配
A/D转换单元有4个模拟输入通道：CH0~CH3。各通道占用的输入通道分别是：
CH0：WX9 (X90~X9F)
CH1：WX10 (X100~X10F)
CH2：WX11 (X110~X11F)
CH3：WX12 (X120~X12F)
PLC每个扫描周期对各通道采样一次，并进行模-数转换，转换的结果分别存放在各自的输入通道(WX9~WX12)中。
3.4.2 A/D转换的编程方法
|---| |---------［F0 MV，WX9，DT0］|
执行这一指令后，将CH0输入的信号经A/D转换成数字信号送入WX9中，再经数据传送指令F0传送到DT0中，其他通道也照此编程。
3.5 对应梯形***中I/O地址分配
梯形***中I/O地址分配如表1所示。
表1 梯形***中I/O地址分配
输入信号输入点地址输出信号输出点地址
启动按扭X0Y0风机供电触点
温度模拟量CH0Y1温湿度检测仪供电触点
湿度模拟量CH1Y2制冷器供电触点
Y3温度正常范围供电触点
Y4加热器供电触点
Y5加湿器供电触点
Y6湿度正常范围供电触点
Y7加湿器供电触点
4 Agilent VEE 软件设计
Agilent VEE 软件设计***如***3所示。其中，[XC,JZ]是MSComm控件，用于读取数据。初始化部分主要用于打开串口。数据处理部分是将PLC以字节的形式发送给PC机的16位的数据(两个字节，低字节在前，高字节在后)转换成十进制数进行温湿度显示。调用的Excel控件是将采集的数据存储在Excel数据库。
4.1 MSComm控件
MSComm控件是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，通过串行端口发送和接收数据，为应用程序提供串行通信功能，在串口编程时非常方便。他实际上是调用了API函数，但编程过程中不必再了解复杂的API函数就可控制串行通信。通信的过程实际上是对属性的操作和对控件事件的响应。MSComm控件为串口通信提供了一系列标准通信命令的接口，他允许建立串口连接，可以连接到其他通信设备，还可以发送命令、进行数据交换以及监视和响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件，从而可以用他创建全双工、事件驱动的、高效实用的通信程序。
***3 Agilent VEE软件程序***
4.2 MSComm控件主要属性
CommPort：设置并返回通信端口号。
Settings：以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验位、数据位和停止位。其中以字符n,o,e分别代表无校验、奇校验和偶校验。
PortOpen：设置并返回通信端口的状态。设置为1时，打开端口；设置为0时，关闭端口。
Input：从接收缓冲区读取数据。
Output：向发送缓冲区写入数据，类型为字符串或字节数组。
InputMode：设置从缓冲区读取数据的格式，设为0时为字符串格式(Text),设为1时为二进制格式(Binary)。
InBufferCount：设置和返回接收缓冲区的字节数，设为0时清空接收缓冲区。
OutBufferCount：设置和返回发送缓冲区的字节数，设为0时清空发送缓冲区。
InputLen：设置和返回Input每次读出的字节数，设为0时读出接收缓冲区中的全部内容。
RThreshold：表示在串口事件(OnComm)发生之前，接收缓冲区接收的最少字节数。若设为0，可以禁止发生OnComm事件。一般设为1，即当接收缓冲区中的字节数大于等于1时，就会产生接收事件。
CommEvent：返回相应的OnComm事件常数。如comEvReceive表示接收事件，comEventBreak表示接收到Break事件。
5 程序运行显示界面
为便于直观了解密封舱内的温湿度值和温湿度控制范围，界面中实时地显示出温湿度随时间的变化数据及变化曲线和温湿度控制范围标线，非常直观。另外同时将记录的数据存储于Excel数据库，便于日后分析。
***4 程序运行界面
6 结 语
针对载人航天地面生命保障系统密封舱内的温湿度要求，采用Agilent VEE软件作为开发平台，将虚拟仪器技术与PLC技术结合到一起，发挥各自的优势，完成PC机与PLC的串行通信，以PLC为硬件控制核心，实现系统控制、采集传感器信号通过串口实现与Agilent VEE的数据通信,完成了密封舱PLC温湿度测控实验系统的设计，使其能够实时地控制、采集、显示与存储密封舱内的温湿度数据。经过实际运行，效果良好，达到预期的目标。
完成的密封舱PLC温湿度测控实验系统不仅能对温度和湿度进行测量和控制，利用相同的原理，通过更换测量传感器，修改目标参数等手段，可以完成气压、氧分法、二氧化碳分压、风速等参数的测控、显示和存储功能。
参 考 文 献
［1］张加迅，李劲东，孙耀赤.卫星密封舱湿度控制技术的应用研究[J].中国空间科学技术,2006,26(3):47-51.
［2］Robert Helsel.HP VEE可视化编程[M].北京:清华大学出版社,1999.
［3］常斗南,李全利,张学武.可编程序控制器原理•应用•实验[M].北京:机械工业出版社,1998.
［4］汪晓光,孙晓瑛.可编程控制器原理及应用(上册)[M].北京:机械工业出版社,2001.
［5］王强，李怀洲.基于VEE的集成电容自动测试系统[J].仪表技术,2005(4):38-39.
［6］刘继修.PC微机与松下FP1 PLC远程通信的设计与实现[J].现代电子技术,2004,27(18):41-43.
［7］刘正国,刘唯.计算机与松下FP系列PLC串行通讯的实现[J].微计算机信息,2006，22(22):166-168.
［8］唐雅娟,曾敏.虚拟仪器设计中的VEE编程[J].国外电子测量技术,1999(3):27-31.
［9］陆小***，刘学广，王志选,等.多环境变量模拟密封舱及计算机测控技术[J].兵工学报,2002,23(2):265-269.
作者简介 于石声 男，1953年出生，高级工程师。主要从事无损检测及空间模拟方面的教学和科研工作。
注：本文中所涉及到的***表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
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