基于Visual Basic的虛擬消磁電源控制系統設計*

嚴孟奎 劉大明

(海軍工程大學電氣工程學院 武漢 430033)

1 引言

計算機模擬技術是以相似原理、信息技術、系統技術及其應用領域有關的專業技術為基礎,以計算機為工具,利用系統模型對實際系統進行試驗研究的一門綜合技術[1]。仿真培訓系統已經廣泛應用于制造工業、電力工業、軍事訓練等各個行業。利用計算機仿真培訓系統具有很高的效費比,一直受到各國的重視。

在艦船消磁工作中,消磁電源起著非常重要的作用。由于消磁電流比較大,在使用消磁電源裝置時必須非常仔細。消磁電源裝置操控人員在上崗前都應該進行嚴格的訓練,熟練掌握消磁電源的各種操作,以避免造成裝置的損壞。由于消磁電源的功率高,在訓練中誤操作很容易造成裝置的損壞。為了減少損失和浪費,開發這套虛擬消磁電源控制系統具有重大意義。

2 總體結構設計

用一個振幅逐漸衰減到零的交變磁場作用在鐵磁材料上,當沒有其他恒定磁場作用時,則可以對其起到退磁作用。如果在交變衰減磁場作用于鐵磁材料時,還有恒定磁場作用,則該鐵磁材料在該恒定磁場作用的方向上得到很強的磁化,即無磁滯磁化[2]。綜合消磁法就是利用退磁原理和無磁滯磁化原理對艦船消磁的[3]。

消磁電源分為消磁主電源和副電源兩部分。消磁主電源向消磁工作線圈的供電。綜合消磁時主電源向消磁工作線圈提供正負交替、逐漸衰減的間歇脈沖電流。通過主電源產生的電流產生振幅逐漸衰減的交變磁場,從而對艦船進行退磁。其典型輸出電流波形如圖1所示。電流衰減的方式一般有等幅衰減和等比衰減。消磁副電源系統用來為補償消磁區地磁的補償線圈供電[4],輸出為直流電流。通過補償線圈的電流,可以產生恒定的磁場來補償消磁區的固有的恒定磁場。

圖1 消磁主電源輸出波形示意圖

按照工作方式,主電源和副電源都有本地手動控制、本地程序控制和遠方程序控制三種控制方式。本地手動控制為在電源控制臺上通過調節旋鈕和按鈕手動地控制消磁電流大小和方向。本地程序控制是通過電源控制臺上的觸摸屏來設置各種控制參數,通過PLC來控制消磁電源的電流輸出。遠方程序控制則是在監控臺的計算機上設置各種控制參數,然后通過網絡傳給電源控制器,進而控制電源的電流輸出。

本模擬控制系統根據消磁電源工作方式以及訓練需要設計了三個大模塊:主電源控制模塊、副電源控制模塊和監控臺模塊。系統總體結構如圖2所示。

圖2 系統總體結構

主電源和副電源模塊又分別分成本地手動控制和本地程序控制兩個子模塊。在監控臺模塊中實現主電源和副電源的遠方程序控制功能。

各個模塊之間以監控臺為中心進行網絡連接如圖3所示。

圖3 網絡連接示意圖

各模塊之間采用以太網TCP協議進行通信。主電源和副電源控制系統在運行時,把各種運行參數和運行狀態通過網絡傳遞給監控臺以便對操作人員的操作進行評估和指導。主副電源選擇遠方程序控制時,則由監控臺向主副電源發送控制參數。

3 編程語言選擇

本課題編程語言選擇可視化編程語言Visual Basic 6.0(VB)。VB的可視化編程方便編寫本課題的模擬窗口,比較生動、直觀,開發速度快。利用VB可以開發出具有良好交互功能、良好的兼容性和擴展性的應用程序[5]。

4 系統設計

本系統所包含的三個大模塊—主電源控制系統,副電源控制系統和監控臺系統可以分別進行設計。

4.1 主電源控制系統

如圖4所示,為主電源控制系統程序流程圖。進入系統后,先選擇控制方式,然后系統和監控臺進行連接(此時,控制臺程序應該已經運行),將控制方式告知監控臺。若選擇的是遠方程序控制,則主電源控制系統等待監控臺傳來的參數指令。

圖4 主電源控制系統程序流程圖

主電源產生的是圖1所示波形的電流。使用本地程序控制和遠方程序控制時,為了實現波形方向和幅值的自動變化,使用一個定時器控件 Timer1。例如設置圖1中電流的初始幅值為I0,每次衰減10%,間隔時間為t0,電流非零時持續時間為t1。初始時應設置Timer1.Interval=t1.另外設置一個變量tstate來表示電流輸出的狀態,tstate=1時幅值為0,tstate=2時幅值非零。初始化時設tstate=2。設drct來表示電流方向,初始值為-1。用I來表示電流輸出,Im為電流輸出幅值,初始化為I0。drct=1時,輸出為I=Im*drct,為正;drct=-1時,I為負。則Timer1控件的 Time事件響應函數代碼如下(代碼中單引號“'”后面的表示注釋):

Private Sub Timer1_Timer()

'上一個波形幅值非零,則輸出零電流

If tstate=2 Then

I=0

tstate=1

'上一個波形幅值為零,則輸出比上一個非零電流幅值減少10%,方向相反的電流

Else

Im=Im*0.1'等比衰減------------(*)

I=Im*drct

drct=drct*(-1)

tstate=2

End If End Sub

以上為等比衰減的情況。如果選擇的是等幅衰減,幅值每次減少的同樣大小。等幅衰減的代碼和上面基本相同,只需把(*)處的代碼換成等幅衰減的代碼:

Im=Im-constDec

If Im＜0 Then

Im=Im+constDec

End If

此處的constDec為自行設置的衰減值。此處的if語句是為了保證當幅值衰減到足夠小的時候停止衰減。

4.2 副電源控制系統

副電源控制系統的工作流程和主電源控制系統一樣,程序流程圖同圖4。由于副電源控制系統輸出的電流為直流補償電流,故設置好參數即可,不需要定時器控件。

4.3 監控臺

監控臺除了監控主電源和副電源控制系統的操作以及運行狀態以外,還負責主電源和副電源控制系統的遠方程序控制。其程序流程圖如圖5所示。

監控臺應該在主電源和副電源控制系統啟動前先啟動,然后監聽端口。等待主副電源控制系統的數據到來,判斷其選擇的控制方式。如果是選擇的遠方程序控制方式,則進行相應的參數設置并發送給主副電源控制系統,同時應記錄下參數設置的操作。如果選擇的不是遠方程序控制,則繼續監聽主副電源控制系統的操作和運行狀態。整個運行過程中的各種操作和運行狀態都由監控臺程序記錄下來,以便對操作人員進行指導和考核。

圖5 監控臺程序流程圖

圖6為主電源控制系統主界面。

圖6 主電源主界面

在這個界面上可以選擇控制方式以及進行手動控制。

圖7為主電源程控界面。

圖7 主電源程控主界面

圖8為副電源程控主界面。在主、副電源的程控界面上有各種設置按鈕。通過這些按鈕可進入到相應的設置界面進行各種參數的設置。

圖8 副電源程控主界面

圖9為副電源的主界面。圖中的電動控制即手動控制。

圖9 副電源主界面

5 結語

本系統是在 Windows環境下,使用 Visual Basic 6.0為平臺編寫,它形象直觀,界面友好,操作方便。系統基本和真實情況相似,使用時如身臨其境,效果較好,能大大提高培訓效果,降低培訓學習成本。為了更好地模擬出真實的操作環境,下一步可以用PLC設計一個和真實的電源控制系統一樣的箱體。這樣能更加形象地進行教學培訓工作。

[1]吳重光.仿真技術[M].北京:化學工業出版社,2005:3

[2]肖昌漢.鐵磁學[M].武漢:海軍工程大學,2005

[3]張國友.艦船消磁系統原理與設備[M].武漢:海軍工程大學,2004

[4]海軍工程大學電磁環境與防護工程系.艦船消磁控制系統[M].武漢:海軍工程大學,2007

[5]劉彬彬,高春艷,孫秀梅,等.Visual Basic從入門到精通[M].北京:清華大學出版社,2008