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燃气发生器监测和控制系统的设计及应用

何晶晶  
【摘要】:燃气发生器是采用氧化剂及燃料燃烧生成高温燃气以输出大功率热能动力的装置,在工业燃气轮机、火箭冲压、高超声速推进地面试验系统、气动激光器及化学激光器压力恢复系统等军事和民用领域广泛应用。监测与控制系统需完成燃气发生器状态检测、运行控制、安全联锁和保护性停车等,是燃气发生器实现可靠、安全运行的关键子系统。传统的监测与控制系统针对特定类型燃气发生器进行设计,存在通用性差、维护困难等缺点。本文针对这一现状,开展具有通用性和扩展性的燃气发生器监测和控制系统的模型分析、架构设计、软硬件设计、调试和应用研究,完成的主要工作及取得的成果如下:(一)提出适应燃气发生器的通用控制模型,并完成软硬件的总体架构设计。针对燃气发生器的状态检测、运行控制、数据采集、安全联锁和保护性停车等需求,对测控系统的总体需求和技术指标进行概括,基于抽象化和分层设计思想,建立了三层通用控制模型,包含试验行为底层模型、IO硬件接口无关的硬件中间模型、硬件无关的顶层软件模型,其中顶层软件通过虚拟通道映射来控制物理通道,实现与硬件无关。硬件总体架构分为控制系统、测量系统和摄像系统三个子系统。软件系统主要划分为数据采集模块和控制模块两部分,每个模块分别由上、下位机两端子模块构成。(二)完成燃气发生器测控系统硬件和软件的具体设计及开发。硬件系统设计时,利用近些年来测控领域的一些新的高可靠、低成本技术,采用高性价比元组件建立硬件系统,完成包括上位机、PLC控制器、PXI数据采集系统、传感器、视频摄像机、解码控制器和电源等的选型,并重点考虑安全联锁设计以及电磁兼容等方面的工艺设计。软件系统主要包括通信模块、控制模块和数据采集模块三个子模块。采用美国NI公司LabVIEW8.5编写上位机的控制界面,PLC软件开发基于STEP7,上位机与PLC间通过网络采用OPC技术实现两者间通信。(三)针对某型燃气发生器,完成测控系统的调试和应用研究。制定了重要用例覆盖、分步执行的调试方案,在某型燃气发生器上完成了包括硬件测试、软件分模块测试、系统联调等的调试。应用表明,该测控系统针对燃气发生器不同工况修改参数方便,状态检测、运行控制、数据采集、安全联锁均符合预期。通过本文工作,建立了一套实用的、通用性良好的燃气发生器测控系统。该系统能缩短燃气发生器研制周期、降低费用、提高运行可靠性和适应性,有良好工程应用前景。


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