密封舱压力检测与诊断系统的设计与实现

控制工程

Control Engineering of China Jul.2007Vol.14,S 1

2007年7月第14卷增刊

文章编号:1671-7848(2007)S 1-0056-04

收稿日期:2007-03-14; 收修定稿日期:2007-05-16

作者简介:任宁莉(1965-),女,河南尉氏人,博士,研究员,主要从事火箭总体与推进系统等方面的科研工作。

密封舱压力检测与诊断系统的设计与实现

任宁莉,张延伟

(第二炮兵装备研究院第三研究所,北京100085)

摘 要:针对传统机械式压力检测台手工操作、记录、分析诊断费时耗力的缺点,采用智能化技术对密封舱压力进行自动检测和诊断。系统由压力传感器MPX5999和MPX2053、温湿度传感器S HT 11采集数据,通过MAX197进行模数转换,由AT89C52控制电磁阀进行充气排气,再根据知识库给出诊断结论;并对其硬件和软件设计、压力自动检测诊断的实现原理以及非线性校正和软件抗干扰设计进行了论述。实际测试结果表明,该系统运行可靠,可扩展性强,适合对配气过程进行全面智能化控制。

关 键 词:密封舱;自动检测;故障诊断;压力传感器;温湿度传感器中图分类号:TP 216 文献标识码:A

Design and Implementation of Pressure Monitoring and

Fault Diagnosis System of Airtight Cabin

RE N Ning -li ,Z HANG Yan -wei

(3rd Graduate School,Equipment Res earch Ins ti tute of PLA p s Second Artillery,Beijing 100085,China)

Abstract :Ai mming at the problem that manual operation,recordi ng ,analysis and faul t diagnosis on traditional mechanical pressure testing consume time and strength,inteligence technique is adopted to au tomatically test and diagnose the pressure of airti ght cabin.The sys tem co-l

lects datas through MPX5999and MPX2053,temperature and humidity sensor SH T 11,makes A P D transform via MAX197,performs air charg i ng and ex cluding with AT89C52to control electric -magnetism value.Finally,diagnosis resul t is g i ven by knowledge base.Hard and soft ware design,principle of automatic pressure test and diagnoss,nonlinear correcting and software disturbance resisting design are s tated.Prac -tical testing results show that the system reliably operates,possess strong enlarging ability,appropriate to proceed full scale i ntellegent control on air dis tributing process.

Key words :airtight cabin;au tomatic test;faul t diagnosis;pressure sensor;temperature &humidity sensor

1 引 言

针对传统机械式压力检测台手工操作、记录、分析诊断费时耗力的缺点,本文提出了密封舱压力检测与诊断系统。本文设计的系统由微控制器智能控制,实现对压力、温度、湿度、露点等参数的精确测量和充气、稳压、保压、排气、记录、判读等诊断过程的自动化操作。将系统进行实际测试,运行情况正常可靠,实现了预期的各项功能,具有很强的实用性。

2 系统工作原理

系统以干燥洁净的空气或氮气为工质,采用压降法进行测试诊断。

系统由电动调节阀、传感器、安全阀、二位三通换向阀、硬件电路及管路连接件组成,工作原理,如图1所示。

图1 工作原理

气路连接后,先将二位三通换向阀1转向排气状态,然后启动电动调节阀,气体从贮气罐输出,其温度、湿度和露点由温湿度传感器测量并存储,压力由压力传感器1测量并存储。

随着阀门开度的增大,管路内气体压力由低向高逐渐增大,当压力上升到规定值时,将二位三通换向阀1,2均换向充气状态,对受测产品进行充气。此时,压力传感器2开始工作,检测产品密封舱内的气压;当压力达到规定值时,关闭电动调节阀,开始计时稳压。

然后,根据压力变化情况适时控制各阀门,进行补压和保压。如气路压力高于规定值,相应安全阀将自动打开泄压。压力测试结束后,二位三通阀2换向排气状态,将产品密封舱内的气体放出。

最后,对存储的压力、温度等数据,依照预先建立好的知识库进行分析处理,给出气密检测诊断结果。

3 硬件构成

系统组成结构,如图2

所示。

图2 系统组成结构

1)传感器 压力传感器1,2分别采用X 型硅压力传感器MPX5999和MPX2053,最大压力测量值分别为1000kPa,50kPa,满量程电压415V,40mV,灵敏度5mV P kPa,018m V P kPa 。采用瑞士数字温湿度传感器SHT11,直接输出数字量的温度和湿度值,使用无需重新标定。

2)信号调理电路 MPX2053最大输出电压为40m V,和A P D 转换器的+5V 量程不匹配,采用精密运放AD704组成的电路进行信号放大,如图3所示。

根据奈奎斯特频率定律,

截止频率为采样频率

图3 前置放大电路

的一半以内,按照充气气压的特点和主控程序时序安排,采用LM358组成巴特沃夫4阶低通滤波器来衰减和消除高频干扰的影响,如图4

所示。

气压信号的采样频率定为50,截止频率定为8。

图4

低通滤波电路

图5 微控制器模块

3)微控制器模块 模数转换器采用美国MAX -IM 公司近年的新产品MAX197,将其设置为低功耗模式,使用内部时钟和内部基准。MC U 采用AT -

MEL 公司的AT89C52,有256字节RAM,8K 字节

ROM,3个16位的计数P 定时器。采用监控芯片MAXI M813L,可在程序中设置软件陷井,让系统自

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