淋雨試驗是考核裝備車輛在運輸、貯存、野外作戰(zhàn)等情況下以及各類風(fēng)雨類環(huán)境中，軍用設(shè)備的保護罩、殼體、密封橡膠不封等的防雨性能是否滿足要求。本文是以某軍車的軍用裝備密封性能試驗系統(tǒng)的建設(shè)為背景，為滿足車輛對淋雨試驗的要求，提出一套淋雨試驗控制方法，以滿足不同產(chǎn)品在淋雨條件下的密封性。

1 淋雨試驗系統(tǒng)概述

1.1 淋雨試驗系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)及控制指標(biāo)

左側(cè)淋雨墻面尺寸為16400mm×4000mm，右側(cè)淋雨墻面尺寸為16400mm×4000mm，頂部淋雨墻面尺寸為16400mm×2800mm，前部淋雨墻面尺寸為4000mm×2800mm，后部淋雨墻面尺寸為4000mm× 2800mm，底部淋雨墻面尺寸為16400mm×8000mm。

降雨強度在6～13mm/min分了43擋，分別為：6.0、6.2、6.4、6.5、6.6、6.8、7.0、7.2、7.4、7.5、7.6、7.8、8.0、8.2、8.4、8.5、8.6、8.8、9.0、9.2、9.4、9.6、9.8、10.0、10.2、10.4、10.5、10.6、10.8、11.0、11.2、11.4、11.5、11.6、11.8、12.0、12.2、12.4、12.5、12.6、12.8、13.0（單位為mm/min）。

控制精度為±0.5mm/min。

1.2 淋雨試驗系統(tǒng)組成

該淋雨試驗系統(tǒng)原理圖如圖1所示。系統(tǒng)共分為6個分支路，分別為：左側(cè)淋雨墻、右側(cè)淋雨墻、頂部淋雨墻、前部淋雨墻、后部淋雨墻和底部淋雨墻。采用兩臺水泵并聯(lián)供水，水泵揚程為88m、流量為88m3/h。兩臺水泵出口經(jīng)過一個電動調(diào)節(jié)閥后，供水給6個主干支路，在每個主干支路分別設(shè)置一個電動調(diào)節(jié)閥，在主干支路上設(shè)置一個穩(wěn)壓緩沖罐。

圖1 淋雨試驗系統(tǒng)原理圖

該淋雨試驗系統(tǒng)控制框圖如圖2所示，采用西門子PLC作為控制系統(tǒng)的核心，通過PLC來采集流量和壓力等信號，并且發(fā)出控制信號來控制變頻器以及相應(yīng)的閥門等執(zhí)行設(shè)備。其中工業(yè)計算機主要負(fù)責(zé)接收操作員的工藝指令，完成測試結(jié)果的顯示與數(shù)據(jù)存數(shù)。

圖2 系統(tǒng)控制框圖

2 淋雨試驗系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 控制系統(tǒng)硬件

該淋雨試驗測控系統(tǒng)以西門子 S7-300 PLC為核心，PLC完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、程序處理以及控制輸出等功能。該CPU通過MPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)通信模塊，可以進行TCP/IP通信，能夠解決試驗過程中的高速數(shù)據(jù)傳輸問題，根據(jù)淋雨試驗系統(tǒng)IO點數(shù)實際需求，配置的IO模塊如圖2所示。配置1個數(shù)字量輸入模塊，1個數(shù)字量輸出模塊，2個模擬量輸入模塊，2個模擬量輸出模塊。

該系統(tǒng)中的壓力、流量等傳感器選取兩線制類型，輸出為4～20mA信號接入到PLC的模擬量采集模塊中，減少了外界電磁干擾和線路損失的影響。模擬量輸出通道輸出4～20mA信號對變頻器和閥門等執(zhí)行機構(gòu)進行控制。

圖3 控制系統(tǒng)硬件組成框圖

2.2 變頻器配置

該控制系統(tǒng)采用ABB ACS510系列變頻器來控制泵的轉(zhuǎn)速。PLC通過模擬量輸出模塊輸出4～20mA信號來給變頻器的模擬量輸入模塊，從而控制變頻器的輸出頻率和電壓。PLC通過DO模塊的輸出接到變頻器的數(shù)字量輸入模塊，來控制變頻器的起動和停止。

3 淋雨試驗系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 降雨強度控制（略）

根據(jù)6個淋雨面的尺寸，計算出6個淋雨面的面積分別為，左側(cè)為65.6m2，右側(cè)為65.6m2，頂部為45.92m2，底部為13.12m2，前部為11.2m2，后部為11.2m2。該淋雨試驗控制系統(tǒng)采用主干管路控壓、6個分支管路控制流量的控制策略，來實現(xiàn)不用的降雨強度。

程序設(shè)計采用模塊化編程方法，將控制系統(tǒng)分解成若干功能函數(shù)，在每個功能函數(shù)中編寫不同的程序。然后在主程序OB1中調(diào)用每個子程序。系統(tǒng)主干管路采用壓力PID閉環(huán)，6個分支路采用流量PID閉環(huán)。將壓力和流量放置到不同的循環(huán)中斷程序中。

程序控制流程圖如圖4所示，首先根據(jù)用戶根據(jù)試驗工況和降雨強度的輸入，然后系統(tǒng)計算出主干管路所需控制的壓力，6個分支路所需流量的控制目標(biāo)值。系統(tǒng)先控制水泵的頻率以及臺數(shù)來控制主干管路的壓力達到計算值，等到壓力穩(wěn)定后，控制6個分支路的流量調(diào)節(jié)閥來控制6個支路的流量達到穩(wěn)定值。

圖4 控制流程圖

3.2 上位機軟件設(shè)計

控制室內(nèi)采用工控機作為監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子WINCC進行組態(tài)設(shè)計，可以完成系統(tǒng)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)定、報警顯示、風(fēng)速曲線檢測、查看及打印報表等功能。

系統(tǒng)通信采用OPC接口技術(shù)，上位機與西門PLC之間采用OPC服務(wù)器進行通信。該控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為3層，即測控室監(jiān)控層、現(xiàn)場控制層和現(xiàn)場設(shè)備層。

1）第一層測控室監(jiān)控層。由一臺工控機組成，工控機裝有西門子WINCC軟件，可以實現(xiàn)對整個淋雨試驗測控系統(tǒng)的監(jiān)控與操作。監(jiān)控層與現(xiàn)場控制層之間通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)通信。

2）第二層為現(xiàn)場控制層。該層為淋雨試驗系統(tǒng)控制核心部分，由西門子S7-300組成。

3）第三層為現(xiàn)場設(shè)備層。主要包括傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、限位開關(guān)以及變頻器和水泵等。

監(jiān)控主界面如圖5所示。用戶通過該界面可以進行工藝參數(shù)的設(shè)定、試驗的起停以及系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)控。

圖5 監(jiān)控主界面

結(jié)論

本文針對該淋雨密封系統(tǒng)的測控方案設(shè)計、控制方案進行了詳細(xì)地介紹，針對不同的降雨強度要求，提出了主干管路控壓、6個淋雨墻分支控制流量的控制方法。最終的檢測結(jié)果驗證了測控方案及控制方案的正確性。