航天企業全系統試驗時序控制程序的設計*

郭飛龍 ，王燕平

（1.上海空間推進研究所，上海 201112；2.上海空間發動機工程技術研究中心，上海 201112）

引言

在液體火箭發動機試車過程中，試車程序的編寫是一項很重要的工作。目前，對于不同的試車臺，航天企業采用的試車程序編寫方法各不相同，相對于單機試車來說，全系統試車臺的程序編寫要更為復雜，數據量龐大，需要消耗大量時間。如何高效的將任務書的時序圖紙、控制系統、數據處理系統銜接起來，這是需要迫切解決的問題。

1 現有數據處理端文件的編寫

系統試車前期，設計部門通過CAD 軟件進行擬畫試車簡易時序圖，包括主程序、子程序圖紙。系統試車控制系統所兼容的文件為TXT 或者Excel 文件，為此，需要根據圖紙上分機工作時間，手動輸入“0”和“1”，再將文件導入控制系統。如圖1 所示為控制系統所需的試車程序文件。

圖1 控制系統所需的試車程序文件

圖2 數據處理的文件

如此次試車程序時間比較長，分機比較多的情況下，需要消耗大量時間，容錯率較高，檢查修改起來比較困難。

試車程序數據處理是基于VEE 程序開發，尤其是全系統試車，各分機程序均不一樣，需要試車數據的同時，還需要讀取各分機工作時間的配置文件，均為手動輸入，需要消耗大量時間，如圖2 所示。

其中，第一行代表著分機數量，第二行分別表示分機工作時刻、脈沖次數、開機時間、關機時間和分機名。手動輸入容錯率非常高，一旦有誤寫的地方，會影響正常處理；另外耗時非常久。

2 控制程序自動轉化軟件的設計說明

設計思路是整合試車程序設計階段、試車前時序準備階段、試車后數據處理階段經過同一軟件實現高效化、智能化、自動化轉換的優勢與特點。

2.1 設計原理

設計原理主要是根據全系統控制程序的算法和數據處理VEE 程序的算法，通過LabVIEW 環境搭建軟件框架，編寫前端試車程序和自動生成后端控制程序文件和數據處理文件，大大減少了前期試驗準備時間和后期數據分析時間，為整個試驗過程提高了效率。

2.2 現編譯方法和關鍵點

圖3 編譯流程圖

基于LabVIEW 高級編程搭建的框架，LabVIEW 是NI 推出的虛擬儀器開發平臺軟件，它們能夠以其直觀簡便的編程方式、眾多的源碼級的設備驅動程序、多種多樣的分析和表達功能支持。可將所有的儀器控制信息均集中在軟件模塊中，可以采用多種方式顯示采集的數據、分析的結果和控制過程。這種對關鍵部分的轉移增加了虛擬儀器的靈活性。圖3 為現編譯方法流程圖，將原先的手動工作量替換成自動工作方式。

圖4

圖5

圖6

2.3 具體實現步驟、功能與操作流程

為了達到設計目的，考慮到LabVIEW 安裝不便（700MB），現將程序打包為可執行文件（exe）。任意一臺未安裝LabVIEW 編譯軟件的計算機均可以安裝此新程序，大小僅為2MB，安裝極其簡易，無需安裝數據量龐大的LabVIEW。

步驟一，完成軟件的需求分析，功能實現分析，提出方案；

步驟二，軟件框架搭建，通過LabVIEW 環境編寫前端時序圖，后段控制程序；

步驟三，根據全系統控制程序的算法和數據處理的算法進行編寫；

步驟四，對編譯完成的軟件進行測試。

設計的初衷是使系統更加自動化、簡易化、智能化，軟件操作起來簡潔化、效率化，用最小的數據量表述最大的信息量。

（1）如圖4 所示，將編譯好的軟件打包成可執行文件（exe），使得任意計算機均可安裝。

圖7

圖8

圖9

圖10

（2）圖5 為此次系統試車所用到的試車程序段，包括所需的穩態和脈沖，程序段命名可以以任意方式命名，方便為分機程序調用其中的子程序。

圖11

表1 工作效率對比表

（3）圖6 為各分機的試車程序，只需填寫開機時間和編譯好子程序的名字（如可將某脈沖程序命名為A、B、C、D、），在分機界面中可復制粘帖寫入程序名，由后臺程序調用即可。

（4）圖7、8 為程序生成的電磁閥時序圖，可進行局部分析、對照、打印。

（5）圖9 為軟件根據所有程序時間的最小區間機動選取最大時間間隔生成控制程序文件，既節約了生成時間，又在同樣功能的前提下，降低了數據量。文本可直接導入系統試車的控制系統，實現自動生成、轉換，大大降低了容錯率，節約了大量前期試車準備時間，提高了效率。

（6）圖10 為文件導入控制系統后生成的試車時序圖，用于正式試車程序。如今該設計已經運用在各大全系統試車中，運行下來效率顯著提升，節約了大量前期準備時間。

（7）圖11 為生成數據處理的配置文件，有單元和雙元發動機可選，也可選擇需要生成的分機。加上采集好的數據文件，可實現3 天內生成數據報告，與原先的兩周時間提升了3-4 倍的效率。

3 技術創新

（1）分析所有程序的時間量，通過算法，找出時序的最大間隔時間，從而用最小的數據量表達最大的信息量。

（2）通過對程序的命名，分析子程序和組程序，通過算法有序組織這些程序的混合編程。

（3）根據控制程序的算法，無序地添加子程序和組程序，并能方便修改。

（4）分析對數據的判讀，將程序中的時間量轉換為布爾量，并生成控制程序。

（5）顯示時序曲線，并能任意瀏覽時序曲線、保存圖像、導出數據。

（6）根據VEE 數據處理方式，將時序數據轉換為兼容VEE 數據處理的文件。

（7）將程序打包成（exe）可執行文件，并能在任意電腦上獨立運行，安裝非常簡易，無需安裝龐大的LabVIEW 編程軟件。

4 應用成效及經濟效益

從軟件開發至今，企業內所有的系統試車，均應用了該設計。首先通過頭兩次系統試車的檢驗，來考核本項目，驗證了可靠性、準確性，大幅提升工作效率。以表1 為新舊方法在兩次實際工作運用上的對比圖，相對于控制程序，效率提升倍數為兩位數以上。小型系統試車可節省2-3 個工作日的工作量；大型系統試車可節省3-5 個工作日的工作量。數據處理可在一天內完成，未出現過軟件錯誤，各大型系統試車均能無縫銜接時序、控制和數據。

4.1 使用效果

（1）利用LabVIEW 編程，可實時、直接地對數據進行編輯，也可通過計算機總線數據傳輸到存儲器。既解決了數據傳輸，又充分利用了計算機的存儲能力，使其幾乎具有無限的數據記錄容量。

（2）由于虛擬儀器關鍵在于軟件，硬件的局限性比較小，因此與其他儀器連接比較容易實現。且可以方便地與網絡、外設及其他應用連接，還可通過網絡進行多用戶數據共享。

（3）利用LabVIEW 的靈活性、便捷性，可將原本手動操作的工作，逐步轉換成自動操作。例如遠程自動校準傳感器、遠程自動增壓、遠程自動處理數據等等，均可嵌入開發程序，提高效率。

4.2 效益情況

（1）該成果大幅提高了系統試車時序控制文件的編寫和數據處理，編寫時間是原手動編寫的1/50 到1/150，數據處理從原來的一兩周縮短至1 天。

（2）該成果有效地降低了手動編寫的容錯率，消除了由人為因素所產生的差錯，軟件運行準確率為100%。

（3）利用該設計方法，大大地縮短試驗前期準備時間和后期數據處理時間，大幅度節省了試驗期間的時間，縮短了試驗周期，增強了效益。

5 結論

航天企業通過軟件編譯，實現全系統試驗時序圖編寫，生成數據信息，圖片信息，減少了編寫的時間，實現了控制程序自動轉化。大大降低了控制程序編寫時間，同時提高了試驗測控數據的準確性。實現了后臺自動生成數據處理文件，將控制系統與采集系統形成一個高效的對接，減少了80%數據處理時間。