风洞40m／s升级及测控系统改造方案的探讨与实施

测控软件的功能和特点 ： 操作直观、 便捷 ， 图 形化显示试验参数曲线 ；参数配置功能 ；控制功
能， 完 成 风压 、 风 速 控制 ； 数据 采 集 与 处 理 ； 检 定
驱动装置等组成。 在计算机稳风速开车方式时 ， 交 流调 速 ／ 驱 动装 置 的给 定来 自工 控机 速 压控 制 回 路 通 讯数 字量 ，在 手动 稳转 速 开车 时来 自变 频 器
湿度、 气 压这 三个重 要要 素 ， 作 为环境 参数 出示 在
检 定证 书 中。 根 据 上述 技 术要 求 ，该 风 洞 动力 交 流控 制 ／
在 中 国气 象局 和省局 的大力支 持下 ，老 式风 洞 检定 平 台得 到 了升级 改造 的机会 。如何 在 老式 风洞 的基础上 建立 新 的检 定平 台 ，前期 方案 探讨 成 为重 中之 重 。 而后期 如何 有序 的实施 改造 方案 ， 对 检定 人员来 说也 是个考 验 。
取得气象相关要素数据的主要手段。吉林省气象
仪 器计 量检定 站对 测量风 速 的相关 仪器 的检 定设 备 ，已经不 能满足 先进 自动气 象站 风要 素检 定 的 精度。 为提 高检定 精度 及检 定效率 ， 老式 风洞 检定
平 台迫 切需要 升级 改造 。
使用温湿度传感器 ， 测量实验室环境温度 、 湿 度； 使用 气压传 感器 测量 实验 室环境 气压 。温 度 、
风洞洞体
风 洞 的 动力 驱 动是 由电机 带 动 风机 型 负 载 ， 风机为 单 向运行 。 需 提供稳 定动力 输 出 ， 不需 要快 速启动 与制 动 。
风 洞 内部 要 求 无杂 物 、 颗粒 ， 如 有杂 物 、 颗粒
会 在运 行 时将风 杯打坏 。洞 体要求 组装 洞体 接触
２ 风 洞技 术要求
驱 动 系统总体 方案 如 图 １ 所示 。
３ ． ２ 方案 描述 ３ ． ２ ． １ 速压控 制 回路
速 压 控 制 回路 作 为 整个 动 力 控 制 系 统 的外
环， 主要 由数字压力计 、 温度传感器 、 传感器激励
电源 、 多功 能数据 采集卡 、 工控 机等 硬件 及风 速控 制软件 组成 。稳 风速控 制软件 计算 出的速压 调节 量作 为 内转 速环 的 给定 ， 通过 Ｒ Ｓ ４ ８ ５通 讯 信 号接 口将数 字调 节量传 到变 频器 ，从而 动态 调节 电机 转速 ， 得 到 期望 的速压 ， 数字 压 力计 、 大气 压 力计
４ ０ ｍ ／ ｓ 的 实施 方案 ，包括硬 件 系统 的改 造 和软 件
系统的 升级 。 并给 出 了系统升 级后 的测试 结果 ， 证
３ ． １ 总体方 案
该风 洞动力 控制 系统 以工业 计算机 为 速压 控
制 主机 ， 交 流变 频调速 器 为调速驱 动核 心 。 安装 于
明 了测 量精度 和 工作 效 率有 了很 大 的提 高。
风洞 ４ ０ ｍ ／ ｓ 升级及测控系统改造方案 的探讨与实施
孙 文博 魏运 芳 １ ３ ０ ０ ６ ２ ） （ 吉林省 气 象探 测保 障 中心 ， 长春
摘 要
面无缝 隙 ，如洞 体不 密闭会 影 响压力计 数值 的准
确性 。
３ 控 制 系统方 案设计
提 出 风 洞 最 高测 量 风 速 值 由 ３ ０ ｍ ／ ｓ 升 级 至
传感器 、 被检 自 动气象站风速传感器 、 数字压力计 输入的模拟信号转换为数字信号后上传至工业计
算机中。
４ ． ２ 测控 软件
测 控 软 件采 集 和 处 理风 压 、 大气压 、 温湿度 、 电机 及 其他 相 关 试 验参 数 。操 作 系 统 采用 Ｗｉ ｎ — ｄ ｏ ｗ ｓ Ｘ Ｐ或 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ ２ ０ ０ ３ ；编 程工 具 采用 Ｃ Ｖ Ｉ 或 Ｖ Ｃ可 视化 编程 软件 。
手操 器 。 ４ 硬 件 升级 、 件 调试 管理 ； 报警 、 帮助 。 ５ 改 造后 的应 用
５ ． １ 检定 自动站 风速传 感器
根据中国气象局 ２ ０ １ １ 年ｌ Ｏ 月实施的 《 自 动 气象站计量检定规程》 中的要求 ， 包括 Ｉ 型 自动气 象站 、 Ｉ Ｉ 型 自动气 象 站 等 在 内的风 速 传 感 器 的检 定 点 设 置 为 ２ ｍ ／ ｓ 、 ５ ｍ ／ ｓ 、 １ ０ ｍ ／ ｓ 、 １ ５ ｍ／ ｓ 、 ２ ０ ｍ ／ ｓ 、 ２ ５ ｍ ／ ｓ 、 ３ ０ ｍ ／ ｓ 和启动风速。检定时 ， 通过使用数据 采集卡接收到传感器发送的数字信号 ，并将此数 字信号根据 相应公式计算得到被检仪器 的风速 值。 此时 ， 微压计测得的风压值通过公式计算得到
试 验 段 Ｉ
交流电机
交 流变 频 调 速 装置
控
制
厶
Ｔ业控制计算机 ｌ
圈
匝
《 吉林 气 象） ） ２ ｏ １ ３年 第 １ 期
图 １ 风洞交流控制 ／ 驱动 系统总体方案框 图
和温湿度变送器将风洞 中实时的动压值 、大气压 和温湿度值传递到计算机 ，由控制软件计算 出风 洞 中的风速并和设定风速值进行 比较 ，重新调整 电机转速 ， 形成闭环 回路 ， 达到风速稳定的 目的。
统的恒值控制 ， 如果不采取先进 的智能控制策略 ，
将 较 难达 到理 想 的控制 效果 和精 度 。 ３ ． ２ ． ２ 转 速控 制 ／ 驱 动 回路 转速 控制 ／ 驱 动 回路 作 为 整个 稳 风速 控 制 系 统 的 内环 控制 ， 主要 由交 流 电 机 、 交 流 变频 调 速 ／
风速 稳定 下 ， 采 集标 定 待检 定 的风速 计 ， 记 录检 定 值， 之 后进 入 下一 个风 速检 定点 。 风洞 速压 控制 属 于典 型 的大滞 后 、多变 量 系
４ ． １ ． ４ 数据 采集 卡 Ｄ Ａ Ｑ 一 ２ ２ １ ３ 使 用 多通道 数据 采集 卡 ， 将 温湿 传感 器 、 气 压
关键 词 ： 风洞 ； 控 制 系统 ； 升级 改造 １ 引言
风 洞 试 验 段 中 的标 准 数 字 压 力 计 测 量 实 际 速 压
近 年来 ，随着 自动气 象站 在吉林 省 的推 广使
用 ，已逐步代 替人 工气象 站成 为吉林 省气 象 观测
值， 作为 反馈量 送入 工业计 算机 ， 工业 计算 机 内 的 数 字速 压控制算 法 完成高 精度稳 风速 控制 ，以检 定 待检 风速仪 器 。