大型交變鹽霧試驗室的監控系統設計

陳新蘋，薛秀美

（工業和信息化部電子第五研究所，廣州 511370）

引言

交變鹽霧試驗是考核裝備防護層和表面涂層耐腐蝕性指標的重要試驗之一，交變鹽霧試驗設備（亦稱復合鹽霧試驗箱）是完成交變鹽霧試驗的必備設施[1-2]。一些艦船、潛艇、沿海用直升機、航天器等大尺寸整機、零部件有交變鹽霧試驗需要[3-5]，需研制大型交變鹽霧試驗室。為滿足GJB 150A-2009、IEC 60068-2-52：2017、GB/T 2423.18-2021、MIL-STD-810F等標準中的交變鹽霧試驗方法及大試驗內容積的要求，確定裝備防護層和表面涂層的防護效能、確定鹽沉積對裝備物理特性和電氣特性的影響，按照標準[6]要求成功研制了大型交變鹽霧試驗室及其監控系統，并已成功應用于某第三方檢測實驗室，達到了考核大型整機、零部件等產品耐受鹽霧的能力。

大型交變鹽霧試驗室的主要設計技術指標如下[7-9]：

1）試驗溫度范圍：（+20～+60）℃；

2）鹽霧溫度范圍：（+15～+35）℃；

3）濕熱能力：（40±2）℃；（93±2）%RH；

4）干燥能力：（23±2）℃；（45～55）%RH；

5）溫濕度均勻度: ± 2 ℃、±2 %RH；

6）鹽霧沉降量:（1～3）ml/80 cm2·h。

該大型交變鹽霧試驗室在結構上采用了雙室體結構，即由鹽霧室和濕熱室兩部分組成，鹽霧室承擔鹽霧暴露的功能，濕熱室承擔濕熱和干燥貯存的功能，以達到鹽霧和濕熱、干燥的循環試驗要求；在監控系統設計上采用工控機和可編程序控制器（PLC），對鹽霧室和濕熱室同時進行控制和監測，以達到高度的可靠性、一體化控制的目的。

1 監控系統的系統構成

大型交變鹽霧試驗室監控系統分為三個層級：基礎級、過程級、管理級。該監控系統的系統構架如圖1所示。

圖1 大型交變鹽霧試驗室監控系統的系統構架

基礎級：實現對交變鹽霧試驗室的直接控制、檢測和初步轉換，當在上位系統出現故障的情況下，進行緊急處理操作，其主要由拖動電路、傳感器、加濕系統、加熱系統、壓縮機、風機、通風系統、供水系統等組成。

過程級：它對過程信號進行深加工，以滿足控制要求，當基礎級出現故障時，進行處理操作并回送給上位機進行報警，其主要由PLC組成。

管理級：通過工控機實現試驗剖面的輸入、密碼管理、運行、報警、程序控制、顯示等功能，并可通過打印機輸出過程運行情況，其主要由工控機、打印機等組成。工控機通過RS232總線與過程級的可編程控制器（PLC）進行通訊。

2 監控系統的軟件設計

大型交變鹽霧試驗室監控系統的軟件主要實現人機數據交換、PID控制算法、信號采集處理控制、輸入輸出狀態顯示、狀態報警等功能，包括人機交互界面系統和測控系統。本文重點介紹人機交互界面系統和測控系統。

2.1 人機交互界面系統

人機交互界面系統采用可視組態軟件實現工作狀態的監視、報警、試驗剖面的輸入等功能，具有友善的人-機界面及逼真的動態圖形顯示，主要由首頁、主頁、系統設置、試驗剖面、數據、報表、輸入輸出、歷史趨勢、數據、報警、運行/停止、在線幫助等部分組成，動態顯示試驗的運行情況。人機交互界面系統構成如圖2所示。

圖2 人機交互界面系統構成

1）首頁

主要顯示該監控軟件相關設計的信息如軟件版本號、設計者、所有權等，用戶輸入用戶名、密碼后可登錄進入主頁。

2）主頁

主頁包括大型交變鹽霧試驗室的雙室體結構，顯示濕熱室的離心風機、制冷機、加濕器、加熱器、溫度傳感器等的相對位置及動態運行狀況；顯示鹽霧室的加熱器、噴嘴、鹽水箱、水泡塔、空壓機、溫度傳感器等的相對位置及動態運行狀況；顯示試驗運行狀況；修改用戶密碼，管理登錄用戶；當設備有報警時，軟件界面的報警燈會閃爍提示用戶；通過鍵盤鼠標進入到系統的其它部分。

3）試驗剖面

在交變鹽霧試驗剖面畫面設置用戶的試驗剖面：保存、打開試驗剖面；設置數據記錄時間、掉電保護時間，設置報警溫度限；通過鍵盤鼠標進入到系統的其它部分。

4）數據監視

數據監視畫面可顯示濕熱室的溫度、相對濕度的實測值及設定值；顯示鹽霧室的溫度、兩個水泡塔的溫度；顯示加熱、加濕輸出量；進入到以EXCEL查看歷史數據，利用EXCEL打印數據及曲線；通過鍵盤鼠標進入到系統的其它部分。

5）輸入輸出

輸入輸出畫面顯示22路輸出及13路輸入狀態；在系統管理員級下，當在非運行狀態時，可強制輸出，利于對拖動電路的調試、檢查；通過鍵盤鼠標進入到系統的其它部分。

6）歷史趨勢

歷史趨勢顯示設備在一定的時間段內的溫度、相對濕度值；通過鍵盤鼠標進入到系統的其它部分。

7）系統設置

系統設置畫面的主要功能是：在系統管理員級下可設置測量參數；設置控制參數；可進行自整定控制；通過鍵盤鼠標進入到系統的其它部分。

8）報警

畫面顯示報警內容，以供查閱詳細的報警資料。

9）運行/停止

當在停止狀態時，顯示“運行”；當在運行狀態時，顯示“停止”；需運行或停止時，按鍵會出現一個確認畫面，根據需要進行處理。

10）在線幫助

在線幫助實現對監控系統畫面的操作說明，其目的是幫助用戶盡快掌握和應用該系統軟件的操作功能。

2.2 測控系統

大型交變鹽霧試驗室監控系統的測控系統部分采用在PLC中進行編程，主要實現測量計算、PID調節、過程控制等功能，包含電路自檢、采集計算、PID控制、輸入輸出控制、通訊等子程序，實現了對鹽霧室和濕熱室兩個室體中的四組溫度傳感器、濕度傳感器的采集計算并上傳到上位機顯示、對溫度、濕度4路參數進行PID調節控制、對拖動電路進行輸入輸出操作。

3 結束語

本文主要介紹在大型交變鹽霧試驗室中對溫度、相對濕度等過程參數進行實時監測與控制的系統設計，實現對交變鹽霧試驗室雙室體的監視、控制及對試驗剖面的設置運行等功能。該監控系統的主要特點是：操作畫面友好、動態顯示、直觀性強、運行穩定可靠，已成功運行于大型交變鹽霧試驗室，如圖3、圖4所示，取得了預期效果。可為交變鹽霧試驗等大型試驗設備的軟件系統設計提供參考。

圖3 大型交變鹽霧試驗室