密封艙溫濕度測控系統的設計與實現

摘 要：針對地面生命保障系統密封艙試驗系統內溫濕度環境控制的需要，研究與設計了一種采用Agilent VEE虛擬儀器技術和PLC技術相結合的溫濕度測控系統。該系統通過PLC軟件實時地進行溫濕度值的設定和修改并完成溫濕度的控制任務，同時將PLC采集到的溫濕度信號通過串口完成與PC機的通信，通過Agilent VEE軟件實現溫濕度信號的存儲、顯示和打印，完成溫濕度的測量。實驗結果表明，該系統具有良好的實用性和可靠性。

關鍵詞：密封艙；溫濕度控制；Agilent VEE；PLC

中圖分類號：TP29文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)07-110-03

Design and Realization of Temperature Humidity Measurement and Control System in Capsule

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YU Shisheng，TIAN Hao

(Harbin Institute of Technology，Harbin，150001，China)

Abstract：The temperature-humidity measurement and control system through the combination of Agilent VEE software and Panasonic Electronic Industry′s PLC technique，for the requirement of the temperature and humidity circumstance control of capsule in the life protection system on ground.This system sets and modifies the value of temperature and humidity real-time and accomplishes the control task of the temperature and humidity in capsule.Meantime，the sign of temperature and humidity，gathered from PLC，correspondences with PC.Through the signs of temperature and humidity memory，display and print，the measurements of temperature and humidity are completed.The experiment results show that the system has good practicability and reliability.

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Keywords：capsule;temperature-humidity control;Agilent VEE;PLC

1 引 言

在航天器的熱控設計中，溫濕度指標一般是針對采用密封結構的航天器提出的，如載人飛船、空間站、返回式科學實驗衛星的密封艙等。密封艙體起到維護人體正常生理功能的作用。人造環境受系統調節特性的影響，不可避免的會出現波動，其結果對人體的危害是可想而知的。隨著我國載人航天工程的發展，對地面生命保障系統密封艙內的環境控制提出了更高的要求，他關系到試驗人員是否安全、健康和高效的工作，因此要求載人飛船生命保障系統的密封艙的溫濕度維持在一定的范圍內。而密封艙溫濕度測控系統是生命保障系統的必備控制系統，對其進行研究和開發具有重要意義。

本文采用Agilent VEE軟件作為開發平臺，將虛擬儀器技術與PLC技術結合到一起，發揮各自的優勢，完成PC機與PLC的串行通信，利用上位機的控制功能，實現良好的人機界面與可靠的系統控制。本文針對載人航天地面模擬器密封艙，應用此溫濕度測控系統，可以有效地控制生命保障系統密封艙內的溫濕度。

2 測控系統的組成

系統主要由密封艙、溫濕度傳感器、松下電工可編程控制器FP1(C40C)型PLC、加熱器、制冷器、加濕器、除濕器、PC機等組成，其系統結構如圖1所示。

圖1 測控系統的組成

溫濕度控制是以PLC為核心的自動控制系統，系統采用JWSH-5VBCO2D溫濕度變送器(0~50 ℃，0~100%RH)作為溫濕度傳感器。采集到的溫濕度信號經過A/D轉換后送入PLC。通過PLC程序控制是否加熱、制冷、加濕和除濕，保證密封艙內的溫濕度自動保持在規定的范圍內。PLC程序定時的將溫濕度信號傳送到PC機，通過Agilent VEE軟件完成對溫濕度測量數據的實時采集、顯示與存儲。

3 PLC程序設計

溫濕度控制系統是以PLC為核心的自動控制系統，通過溫濕度傳感器檢測密封艙內的溫度、濕度，按照系統目標值控制加熱、制冷、加濕和除濕，從而達到密封艙內的溫濕度自動保持在規定的范圍內。PLC控制程序見圖2。

圖2 PLC程序梯形圖

PLC高級指令用法如下：

3.1 F0(MV)16位數據傳輸指令

F0(MV)指令將16位數據從一個16位傳到另一個16位區。

3.2 F62(WIN)16位數據區段比較指令

F62(WIN)指令是對帶符號的16位數據在另兩個16位數據之間進行區段比較，將判定結果輸出到特殊內部繼電器。

3.3 F144(TRNS)串行通信指令

用于通過RS232C串行通信向外部設備發送數據。

3.4 A/D轉換單元

在工業控制中除了數字信號以外，還有大量的溫度、濕度、流量、壓力等連續變化的模擬信號，為了對這些過程變量進行監測和控制，須將這些信號變換成標準的電信號，再轉換成計算機可以接收的數字信號，這些處理環節都是過程控制不可缺少的重要組成部分。FP1PLC擁有實現這些功能的特殊單元，這里介紹FP1 A/D單元的性能及用法。

3.4.1 A/D通道分配

A/D轉換單元有4個模擬輸入通道：CH0~CH3。各通道占用的輸入通道分別是：

CH0：WX9 (X90~X9F)

CH1：WX10 (X100~X10F)

CH2：WX11 (X110~X11F)

CH3：WX12 (X120~X12F)

PLC每個掃描周期對各通道采樣一次，并進行模-數轉換，轉換的結果分別存放在各自的輸入通道(WX9~WX12)中。

3.4.2 A/D轉換的編程方法

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|---| |---------［F0 MV，WX9，DT0］|



執行這一指令后，將CH0輸入的信號經A/D轉換成數字信號送入WX9中，再經數據傳送指令F0傳送到DT0中，其他通道也照此編程。

3.5 對應梯形圖中I/O地址分配

梯形圖中I/O地址分配如表1所示。

表1 梯形圖中I/O地址分配

輸入信號輸入點地址輸出信號輸出點地址

啟動按扭X0Y0風機供電觸點

溫度模擬量CH0Y1溫濕度檢測儀供電觸點

濕度模擬量CH1Y2制冷器供電觸點

Y3溫度正常范圍供電觸點

Y4加熱器供電觸點

Y5加濕器供電觸點

Y6濕度正常范圍供電觸點

Y7加濕器供電觸點

4 Agilent VEE 軟件設計

Agilent VEE 軟件設計圖如圖3所示。其中，[XC<19ta.tif>，JZ]是MSComm控件，用于讀取數據。初始化部分主要用于打開串口。數據處理部分是將PLC以字節的形式發送給PC機的16位的數據(兩個字節，低字節在前，高字節在后)轉換成十進制數進行溫濕度顯示。調用的Excel控件是將采集的數據存儲在Excel數據庫。

4.1 MSComm控件

MSComm控件是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，通過串行端口發送和接收數據，為應用程序提供串行通信功能，在串口編程時非常方便。他實際上是調用了API函數，但編程過程中不必再了解復雜的API函數就可控制串行通信。通信的過程實際上是對屬性的操作和對控件事件的響應。MSComm控件為串口通信提供了一系列標準通信命令的接口，他允許建立串口連接，可以連接到其他通信設備，還可以發送命令、進行數據交換以及監視和響應在通信過程中可能發生的各種錯誤和事件，從而可以用他創建全雙工、事件驅動的、高效實用的通信程序。

圖3 Agilent VEE軟件程序圖

4.2 MSComm控件主要屬性

CommPort：設置并返回通信端口號。

Settings：以字符串的形式設置并返回波特率、奇偶校驗位、數據位和停止位。其中以字符n，o，e分別代表無校驗、奇校驗和偶校驗。

PortOpen：設置并返回通信端口的狀態。設置為1時，打開端口；設置為0時，關閉端口。

Input：從接收緩沖區讀取數據。

Output：向發送緩沖區寫入數據，類型為字符串或字節數組。

InputMode：設置從緩沖區讀取數據的格式，設為0時為字符串格式(Text)，設為1時為二進制格式(Binary)。

InBufferCount：設置和返回接收緩沖區的字節數，設為0時清空接收緩沖區。

OutBufferCount：設置和返回發送緩沖區的字節數，設為0時清空發送緩沖區。

InputLen：設置和返回Input每次讀出的字節數，設為0時讀出接收緩沖區中的全部內容。

RThreshold：表示在串口事件(OnComm)發生之前，接收緩沖區接收的最少字節數。若設為0，可以禁止發生OnComm事件。一般設為1，即當接收緩沖區中的字節數大于等于1時，就會產生接收事件。

CommEvent：返回相應的OnComm事件常數。如comEvReceive表示接收事件，comEventBreak表示接收到Break事件。

5 程序運行顯示界面

為便于直觀了解密封艙內的溫濕度值和溫濕度控制范圍，界面中實時地顯示出溫濕度隨時間的變化數據及變化曲線和溫濕度控制范圍標線，非常直觀。另外同時將記錄的數據存儲于Excel數據庫，便于日后分析。

圖4 程序運行界面

6 結 語

針對載人航天地面生命保障系統密封艙內的溫濕度要求，采用Agilent VEE軟件作為開發平臺，將虛擬儀器技術與PLC技術結合到一起，發揮各自的優勢，完成PC機與PLC的串行通信，以PLC為硬件控制核心，實現系統控制、采集傳感器信號通過串口實現與Agilent VEE的數據通信，完成了密封艙PLC溫濕度測控實驗系統的設計，使其能夠實時地控制、采集、顯示與存儲密封艙內的溫濕度數據。經過實際運行，效果良好，達到預期的目標。

完成的密封艙PLC溫濕度測控實驗系統不僅能對溫度和濕度進行測量和控制，利用相同的原理，通過更換測量傳感器，修改目標參數等手段，可以完成氣壓、氧分法、二氧化碳分壓、風速等參數的測控、顯示和存儲功能。

參 考 文 獻

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作者簡介 于石聲 男，1953年出生，高級工程師。主要從事無損檢測及空間模擬方面的教學和科研工作。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。