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某型飞机液冷车内冷却液温度报警系统设计

时间:2016-07-04来源: 作者: 点击: 343次



摘要:本文设计了基于PLC控制的某型飞机液冷车内冷却液温度监测报警系统,该系统利用温度传感器、S7-200PLC、触摸屏和声光报警器等器件监测车内冷却液的温度,并在温度超出安全范围时发出声光信号,达到警报的目的。

关键词:PLC;温度传感器;报警系统

中图分类号:TP311.1          文献标识码:A

Design of Monitoring and Alarming System for Coolant Temperature

in Aircraft Liquid Cooling Vehicle

LI Xu , Lei Jinguo

 (Department of Aviation Four Stations,  Air force Logistics College , Xuzhou Jiangsu 221000)

Abstract: Based on the Programmable Logic Controller (PLC), a monitoring and alarming system for coolant temperature in a type for aircraft liquid cooling vehicles is designed in this paper, which can monitor the coolant temperature with the help of temperature sensors, a S7-200 PLC, a touch screen, and makes sound-light alarm to warn the operators when one of safe temperature limits is exceeded.

    Key words: PLC ;  temperature sensor ;  alarming system

0 引言

在机务人员对飞机的任务系统进行检测、试验或维修时,因飞机的发动机处于停机状态,导致飞机的环控系统停止工作,飞机的液体换热冷板不能进行散热,任务系统产生的热量无法排除。因此,任务系统在地面停车状态下进行调试或检修时,需要有专门的液体冷却车来保障,对飞机任务系统的电子设备进行冷却(或加温),使飞机任务系统保持正常工作。

飞机液冷车(以下简称液冷车)的作用是在飞机液冷系统停止工作的状态下,通过飞机液冷系统地面保障专用接口,将液冷车上一定温度和流量的液体送到飞机任务发射系统冷板进行散热降温(或加温)循环,以控制电子设备的工作环境温度,保证其正常工作,延长任务系统电子设备的工作寿命。然而因为飞机液冷车的工作性质,其具有操作难度大,温度控制难度大,危险系数高,容易损伤等特点。针对此问题,本文设计了某型飞机液冷车内冷却液温度实时监控报警系统,该系统可以实时监控液冷车内的冷却液温度,并在冷却液温度达到损伤车内设备、管道的程度(即超出安全范围)时发出报警,有助于保证设备完好、正常运行,保护操作人员人身安全。

1 系统设计思路

飞机液冷车冷却液温度监控报警系统主要有硬件系统和软件系统两大部分组成。其中,硬件系统主要的配备有温度传感器、西门子S7-200PLC、触摸屏、报警器等器件;软件系统则采用西门子公司专为S7-200PLC设计的编程软件STEP7-Micro/WIN V4.0版本,利用国际通用PLC编程语言标准IEC61131-3编写监控程序。系统设计的结构框图如图1所示。

1 系统结构框图

 

系统的功能结构图如图2所示。首先,系统利用温度传感器测量出液冷车内设备或者管道中冷却液的实时温度,并且将实时温度转换成电信号传递给传感器与PLC执行器的接口,接口接收到传感器传来的电信号后将其传递给西门子S7-200PLCCPUCPU接收到信号后利用PLC内存中已提前存储的软件系统(即应用程序)将其翻译成为数字信号,并使用应用程序对信号进行分析、判别,对超过正常温度范围(即保证对液冷车设备、管道无法造成损伤或者损伤较小,在合理范围内的温度范围)的信号进行识别,并通过PLC的输出端子给声光报警器发送报警信号,促使声光报警器发出声、光报警信号,帮助操作人员及时停机检修、规避危险。

系统功能结构图

 

2 硬件系统设计

2.1  硬件系统设计思路

系统设计的总目标是建立能够检测并在温度超过既设安全范围的时候能够报警的监测报警系统。因此,可将系统的目标,或者说需实现的功能分为如下几个方面。

1.既然需要对冷却液的温度进行监测,必须有测量液体温度的设备,但由于还需分析温度是否超出安全范围,故而需要将测量的温度量转换为其它量以便传递给其他设备进行分析处理,而一般的温度计只能测量温度量但无法将其转换为其它量或者其它信号,故而不选用,所以在确定硬件系统设计思路需选用既能测量温度又能将温度转换为其它信号的温度测量元件。所以,硬件系统需满足的第一项功能为温度测量和信号转换与传递。

2.系统的第一项功能(即温度测量和信号转换与传递功能)完成后,系统需对接受到的信号进行翻译、分析,并判别是否需要报警,这即是硬件系统所需满足的第二项功能。

3.在系统第二项功能完成后,即已经判别是否需要报警后,在需要报警时,系统需根具需要进行报警。所以,系统第三项功能为根据上述判别进行报警。

4.系统除了上述功能外可能还有其它需要,必须进行人工操作,因此必须有能人工控制的控制器,如触摸屏等。这是系统的第四项功能,即人工控制功能。

由对整个系统所需实现的功能的分解,可分析出硬件系统中各器件具体的选择要求或选择对象,以及相互之间的连接方式。具体如下。

2.2  重要硬件的选择

通过对系统所需实现的功能的分解,得出硬件系统所必需的器件有温度传感器、西门子S7-200PLC、人机操作界面、报警器等。

2.2.1  温度传感器选择要求

1)为了使系统在设备、管道内的冷却液在温度超出安全范围时能够准确报警,首先该传感器的测量范围必须超出系统设定的温度安全范围才能够起到监测冷却液温度的作用。

2)必须选择具备能够测量出温度并能够将温度量转换为电信号的温度传感器,以便将温度测量结果传递给PLC。需注意的是,该传感器还应有数据传递功能,如USB接口等,为向PLC传递温度测量结果提供通道。

3)除此之外,传感器制作材质需要具备防腐蚀的性质,防止冷却液腐蚀传感器;并且,传感器的密封性能也要好,防止冷却液进入传感器中导致传感器精确度下降甚至失灵。

2.2.2  PLC的选择

为了使系统能够达成预定的目标,必须为系统配备必须的硬件设施。为了操作人员更好地控制整个系统,在系统控制器件的选择上,选取了西门子S7-200PLC,该型PLC器件属于西门子公司生产的小型PLC的一种,具有运行稳定、使用简单方便、性价比高、很适用于小型控制系统等诸多优点。因此,在选择PLC时,选择西门子S7-200PLC

2.2.3  人机操作界面的选择

    人机操作界面主要选择要求是便于操作人员操作和程序设计人员编写控制程序,故而选择触摸屏,触摸屏操作性能好,程序编写简便,适合充当PLC与操作员之间的人机操作界面。

2.3  硬件系统各配件间的连接

3 硬件系统配件连接图

如图3 硬件系统配件连接图所示,传感器连接在S7-200PLC的输入端,为PLC提供实时温度量信号;报警器连接在PLC的输出端,接收并根据来自PLC的信号决定是否报警;触摸屏的输入(出)端连接在PLC的输出(入)端,使操作员的控制能传达到PLC,同时也可使PLC的实时分析结果传递给触摸屏,便于操作员随时掌握、控制冷却液的温度状况。

软件系统设计

冷却液温度监测软件系统设计是达成检测目标、合理控制硬件系统各器件的核心,是整个系统的大脑,在实时监测冷却液温度的同时,软件系统还要完成温度值显示、数据通信、报警等功能,为了提高系统的并行性和实时性,软件系统设计采用了结构化子模块。在该软件系统中,依据系统所需满足的功能要求,将设计出三个程序,其中一个为主程序,另两个为辅助子程序,分别称为人控子程序和报警子程序。具体设计如下。

3.1  主程序设计

对于PLC主程序的设计主要分为5个步骤,依次是:1.初始化处理;2.刷新输入映像区;3.程序演算处理;4.映像区内容输出刷新;5.END处理。具体如下,PLC正常初始化后每间隔1min(或其它自定义时间间隔)对液冷车的冷却液实时温度进行一次采集,将采集到的温度值信号的数据存储到PLC自带的内存中,主程序将该温度值与既设的冷却液温度安全范围相比较,判定该实时温度是否处于安全范围内。主程序控制流程图如图4所示。

4 主程序控制流程图

 

3.2  人控子程序设计

在该程序的设计过程中,可利用触摸屏自带的软件系统进行设计,设计主要包含三个模块,分别称为“登录模块”、“设置模块”和“运行模块”。各模块主要功能如下:

1)登录模块:连接设置模块运行模块,其显示窗口构思图如图5所示;

 

5 登录模块窗口构思图

 

2)设置模块:设置系统的参数,主要是各测温点的温度安全范围,其显示窗口构思图如图6所示;

6 设置模块窗口构思图

 

3)运行模块:该模块功能又分为三部分,具体如下。

A 在系统运行时,实时反映各测温点的温度并与“设置模块”设置的各测温点安全范围相比较;

B 在温度比较后,将比较结果在触摸屏上显示出来,显示结果分为“安全”和“危险”两种,显示形式为在显示区域状态栏显示出绿色(红色)黑体粗体汉字“安全”(“危险”);

C 在需停止系统运行时,可选择“停止”操作,此时屏幕上将出现窗口提示“是否确认停止运行”,选择“确认”则系统停止运行,选择“返回”则系统返回到“运行模块”,选择“重新设置参数”则系统返回到“设置模块”。其显示窗口构思图如图7所示。

 

 

7 运行模块窗口构思图

 

3.3  报警子程序设计

在主程序判定完测温点所测的实时温度是否超出安全范围之后,如果实时温度超出安全范围就需报警子程序工作。具体就是,报警子程序接收到PLC中主程序发来的报警信号,开启声光报警系统,发出声光报警以引起注意。目的达成之后需解除警报,可以手动解除或者在温度恢复到安全范围后系统调节解除。声光报警流程图如图8所示。

8 声光报警流程图

4 结束语

本文设计了以PLC控制为基础的某型飞机液冷车内冷却液的温度监测报警系统,用于准备监测车内某些较为敏感部位的冷却液的温度,并在这些温度超出安全范围时发出报警信号,以便引起操作人员的注意,达到提醒、保护操作人员的目的。该系统结构稳定、操作简单,同样也适用于其它温度监测系统中。

 

 

参考文献:

[1]胡连桃,周俊.四站保障学[M].徐州:空军勤务学院.2013.

[2]李方园,杨帆.西门子S7 PLC应用简明教程[M].北京:机械工业出版社.2013.

[3]黄义定,王卓,张宇等.PLC原理与设计应用(西门子S7-200[M].北京:电子工业出版社.2013.

 

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