計算機技術在環境試驗設備中應用

計算機技術在環境試驗設備中應用  
 
 

計算機在環境模擬技術中的運用，已經成為上代表環境試驗設備技術的趨勢。我公司在該領域已經做了，并且正在進行著許多研究開發工作，取得了一些可喜的成果，也有許多體會，在這里與大家共同探討。

一、在CAD設計中的應用

計算機輔助設計的運用在我公司經歷了一個由淺入深的過程，在早期我們只是簡單的甩掉了繪圖板，用鼠標代替了鉛筆。當然這也大大提高了我們的工作效率，無論在設計速度，精度，圖面質量和出錯率方面，都具有傳統設計*的優點。尤其是使我們的圖紙更加規范和標準化。

隨著CAD二次開發的進行，我們的設計工作開始真正進入到了計算機輔助設計的實質。我們有了自己的圖庫，定制了化的菜單。正在建立的工程數據庫分析系統，這一切將進一步提高工作效率。規范設計圖紙，提高標準化程度。從而產品的質量和提高質量的一致性程度。另一方面，由于設計周期的縮短，使我們對市場的反應更加靈敏。隨著工程數據庫研究工作的深入，我們希望今后提供給用戶的不單只是一個質量可靠，技術指標滿足協議要求的產品，同時借助我們的數據庫分析系統，用戶可以得到此試驗箱工作室各測量點在空載和各種不同負載，不同體積下的溫度偏差曲線。而不單單提出一個溫場均勻度指標，由此來真正產品試驗的成功。由的前期各項目己成功的設計實驗數據組成的數據庫系統而建立起來的數學模型，使我們的產品設計計算變得更為合理、快速。這不但了產品的技術指標，可靠性指標，同時也確保其功耗用科等的合理性，提高產品的性價比。降低成本的zui終受益者應該是用戶。

CAD繪圖中的化菜單是我公司制圖設計中的二次開發成果，例如我公司的產品包裝箱設計己不再需要繪制包裝箱圖，僅僅是菜單中包裝箱，然后在對話框中輸入產品的深寬高尺寸和重量參數，整個包裝箱完整的圖紙就自動繪制出來。同樣對于電氣底板。加熱器支架等都實現了此種參數化自動繪圖方式。這種CAD二次開發各個機械零件圖紙中各零年尺寸的性。因為由電腦根據數學模型計算出來的東西是*的。避免了人為的粗心產生的錯誤，同時也大大提高了我們的工作效率。將設計人員從許多重復性的勞動中解脫出來從事創造性工作。

機械制圖從二維平而制圖進入到三維立體制作是我公司機械制圖設計的一個轉折點。公司花費了的資金購買了三維立體制作軟件Solidage，并組織了多次培訓，由此來提高我們的箱體結構設計和低溫管路系統設計的水平。

我們已開始了電氣設計標準化與白動化設計的課題研究，估計2002年會取得顯著的進展。

二、在工業控制中的運用

計算機在工業控制領域中的運用是大家都非常熟悉的。環境試驗設備的控制器從早期簡易的動圈式儀表發展到今天由微處理器組成的數字儀表和工業控制訃算機系統。尤其是工業控制計算機系統*改變了傳統的控制方式，無論是操作的方式，自動化程度，控制的精度等都得到了很大的發展。它的巨大性在于：

1、人機界面友好

對于操作者來說良好的人機界面是非常重要的，控制儀表尤其是溫濕度控制儀表復雜的菜單結構，眾多的縮寫關鍵詞，厚厚的操作使用手冊，使許多操作者，尤其是非電氣的操作者望而生畏，這使得試驗箱的操作必須經過認真的培訓學習才能逐步掌握操作使用。

我公司在人機界面上進行了許多改進，首先是操作簡便，在軟件設計中比較典型的如：高低溫交變濕熱試驗箱，借助于WIN98的*功能，在操作過程中提供了豐富的漢語提示和軟件的容錯處理，借助于17#大屏顯示器，設計中盡量將頻繁使用的操作和主要的顯示項集中在一個顯示屏上，同時將溫度，濕度的顯示放在醒目的位置上，將趨勢圖盡量放大，以此來突出主題。溫度、濕度設置， 曲線的調用，跳步都在相應的顯示處直接操作，而無需到另一個菜單上去操作。進一步簡化了操作過程。對于所有的操作按鈕和數據設置框都設計了相應的容錯處理，錯誤的操作都將被屏蔽，并顯示出提示對話框。

對于某些特殊的參數，例如溫度，濕度的修正等作為維修層來處理，因為這些參數不需要操作者來修改，而是維修，調試時使用，所以在維修層中設置了密碼，未經許可不能修改。

系統還設計了自檢報警功能。系統上電后，實時監控各報警輸入點，若有異常即彈出報警畫面，告知操作者某處有某種類型故障，井告知其具休解決方法。

總之，對于人機界面的設計，我們力求做到所謂“傻瓜機"操作。目的是讓操作者無需培訓和記憶，就能立即掌握操作使用。

2、自動化程度提高

在軟件的設計中我們針對各種不同的試驗箱歸納了一套控制邏輯算法。例如：制冷機的開啟，主加熱，輔加熱的開啟等，在濕熱控制儀表和早期的工控機軟件中上述執行器動作是采用時序和丁動開關來實現。比如在設定曲線時，同時設置時序曲線，由此來控制制冷。輔助加熱等的開啟，而現在我們是根據測試環境溫度，設定溫度點的值，升降溫的速率等參數來獲取邏輯算法。實現這些執行器的自動開啟。對于一般的定值控制，操作者只需設置一個溫濕度值，起動按鈕就完成了所有操作。

系統軟件也具備如定時開機，定時關機，段跳步，時間跳步，曲線打印，報表打印，平均值計算，zui大值，zui小值計算等功能，由此來滿足不同的需要，提高自動化程度。

3、控制精度提高

這里主要是針對相對濕度控制的特點。目前國內外濕熱試驗箱的溫濕度普遍采用干濕球法，其中相對濕度的PID運算的偏差值是相對濕度，即；

   VRH=RH-SRH

   VRH：相對濕度偏差

   SRH：相對濕度設定值

   RH：相對濕度采樣值

我們知道，由干濕球法獲取的相對濕度是溫度的函數，在環境溫度附近的溫度點由于箱內溫度與環境溫度之間的溫差較小，如果沒有開啟除濕機，或對于沒有除濕機的恒溫恒濕試驗箱，其溫度就很容易波動。對于單獨的溫度試驗，此溫度波動系統能夠將其控制在±0.5℃以內。但對于濕熱試驗在溫度上升過程中，干球溫度和濕球溫度的上升并不*同步，濕球溫度要略微滯后，此瞬間過程產生干球溫度，濕球溫度差增大，從而導致相對濕度減小，也就產生相對濕度PID運算的偏差增大，由此產生PID運算輸出量增大。在環境溫度和箱體內控制溫度較接近的情況下，由于試驗箱保溫和密封性能較好，環境溫度與箱內的溫差不足以克服已過沖的溫度，在試驗過程中，加濕輸出使溫度不但不能降下來，反而上升，從而產生溫度值緩慢飄離設定值的現象。這是目前通用型溫濕度儀表包括高精度的UP750系列儀表的缺點。我公司開發的相對濕度PID運算方法克服了此種缺點，我們采用控制干球溫度和濕球溫度，而不是干球溫度和相對濕度。由于在控制過程中無論干球溫度怎樣上升，由相對濕度而獲取的濕球溫度并不會低于設定的濕球溫度，因此就不會產生錯誤的加濕輸出，從而克服了溫度上飄的現象，同時也使整體控制性能更佳，過渡過程短，過沖量小，真正解決了濕熱箱調試難的問題。

4、可靠性增長

控制系統的可靠性是我公司研究的課題。目前我們采用PLC可編程邏輯控制器，運算控制輸出，PC工控機作為上位機顯示設定的模式。較之原來采用的模塊，A/D卡，I/O卡的模式，可靠性上了一個臺階。

從硬件上來說可編程邏輯控制儀的可靠性是*的，它本來就是為惡劣的工業環境下設計的控制器，我們在軟件設計中充分的利用了這一點將下位機PLC作為一個獨立的控制器，在工業PC機受到干擾或掉電的情況下，下位機PLC并不受影響。上位機工業PC只是作為接收顯示，存儲設定。并不直接控制外部輸入輸出。另外由工業PC式觸摸屏加上PIC組成的系統將更多的硬件，例如，開關，按鈕，指示燈，中間繼電器等軟件化了，結果是使硬件故障率降低，可靠性得到增長。

我們在控制系統中配置的可編程邏輯控制儀PLC，人機界面觸摸屏。中間繼電器等產品都是德國西門子產品，這種的產品在生產規模，生產工藝，檢測手段，通用性程度等方面都是一般小企業難以做到的，小型企業能夠設計制造出這樣的產品，但是它的批量產品質量的穩定就不能和品牌公司相提并論。大規模和通用性也使它們的產品價位降低。我們的設計思想是采用公司的硬件產品，設計出適合環境試驗設備的軟件，由此組成的控制系統，來達到產品的可靠性增長。

三、在標準化設計中的應用

我公司試驗箱的大部分零配件和電器元件都采用通用型產品，所以我們很容易將各類試驗箱的硬件構成定型。從控制系統上我們將其分為工控機形式、觸摸屏形式和通用控制儀表形式，從而我們將每一種型式的硬件定型，做出每一種形式電原理圖的標準范本。這樣，從某種意義上說，我們就實現了產品，特別是非標產品電控設計的自動化和標準化。因為對于每一個具體的非標設計任務，我們不再需要繪制圖紙，只需從標準范本中選擇出對應的各張圖紙，就完成了設汁。這不但大大加快了工作效率，更主要的是從設計到生產工藝都得到了規范，從而了產品質量的穩定性。