点火时序控制系统硬件设计毕业设计.doc

点火时序控制系统硬件设计毕业设计目 录前 言1第一章 设计任务及要求21.1 设计任务21.2 系统功能要求21.3 技术指标41.4 可靠性与使用要求4第二章 设计内容62.1 设备组成及各部分功能62.1.1 系统模块组成及功能概述62.1.2 控制柜72.1.3 PLC箱112.1.4 点火回路箱122.2 设备工作原理132.2.1 设备工作原理概述132.2.2 点火电路142.2.3 急停、复位控制电路152.2.4 点火时统信号提取电路172.2.5 倒计时显示电路18第三章 工控机和PLC203.1 工控机功能203.2 PLC功能203.3 工控机与PLC功能关系20第四章 信号通道分配214.1 工控机信号通道分配214.2 可编程控制器（PLC）信号通道分配214.3 点火电路（按1个点火电路统计）信号通道分配224.4 分控仪信号通道分配22第五章 主要部件选择235.1 工业控制计算机235.2 可编程控制器（PLC）235.3 多功能采集卡245.4 电流源点火电源255.5 电压源点火电源255.6 其它电源265.7 电源指示数字表头265.8 电流传感器275.9 电爆管测试表285.10 功率继电器28第六章 技术要求响应30第七章 可靠性、安全性、可维修性设计317.1 可靠性设计317.2 安全性设计317.3 可维修性设计32第八章 安全注意事项33参考文献34致 谢35附录 电器连接示意图36英文资料翻译45V前 言点火控制是热喷流发动机点火实验的关键控制部分。点火控制失败,点火时序控制精度不高,点火电路不安全,都直接影响试验的成败。目前,级间分离及多次点火试验中的点火时序要求控制精度为毫秒级，因此对系统的精度、安全都有比较高的要求。本设计以PLC为中心，通过RS232接口与控制计算机通信，接收计算机命令完成任务的下载、任务启动、精确定时。通过对PLC任务的整定和下载，可以实现点火动作的精确输出。可以根据要求精确输出-1秒动作、零秒动作、解锁信号、下工位启动信号、开关信号及时统信号。同时能够实时监测控制台及各分控仪的工作状态，及时的做出相应的处理。对于控制系统的安全性，在点火主电路中有复位、急停、-1秒，共3个继电器触点，0秒点火开关，1个固态继电器常开触点，还有一个钥匙开关，只有以上所有条件都满足，才会启动点火装置，并且在每一个分控仪都有急停按钮，急停、复位按钮通过继电器逻辑电路对点火回路进行控制，保证点火回路的可靠急停。点火电路中设置有急停、复位继电器触点。急停、复位继电器由专门的继电器控制电路控制，保证按压急停按钮后迅速切断点火回路，同时自锁电路保证按压急停按钮后只有按压复位按钮后才可以在此接通点火回路， 当每次执行完点火任务，PLC将输出信号使急停、复位触点断开。此时只有按压复位按钮后才可以再次接通点火回路，防止点火试验完成后由于误按压启动按钮导致的误点火动作。使用PLC与工业控制计算机的信号互传，实现系统工作的软件互锁。利用两种互锁，满足试验的安全性要求.第一章 设计任务及要求1.1 设计任务根据超音速热喷流模拟试验设备（改造）项目的技术要求，拟制作一套点火时序控制装置。本课题为横向科研项目。采用专用工业控制计算机、计算机数字模拟接口卡、电流传感器、电磁继电器、可调电流源、可调电压源组成点火控制时序控制及点火电流实时测试记录系统。设计内容主要为选型、集成、信号调理电路设计、可控电脑电流源的改进。主要完成热喷流发动机的点火试验及点火参数测试、点火电流测试与控制、点火电阻测试、为下级岗位提供准确可靠的TTL、通断、应急处理、准备就绪等信号，以及点火过程监控与信号处理。本系统分为两套试验装置，近端控制装置和远端控制装置，分别为2级点火和4级点火。本设计的目标是设计点火控制时序控制及点火电流实时测试记录系统，可以可靠的完成点火时序动作的完成，保证点火的安全可靠。需要设计系统结构、系统集成、信号调理电路设计、可控电流源的设计改进。1.2 系统功能要求a)测试系统具备自检功能系统启动时对各板卡进行检测，出现错误时给出信息并退出系统，防止系统带病工作,导致误动作。b)使用PLC可编程控制器可编程控制器能通过RS232接口与控制计算机通讯，接受计算机命令完成任务的下载、任务启动、精确定时。同时检测控制台及各分控仪的工作状态，实时做出相应处理。c)使用工业控制计算机使用工业控制计算机，对点火过程进行任务整定、下载、定时对点火参数进行测量及保存、显示。同时检测控制台按钮及分控仪工作状态，实时做出相应处理。d)安全性互锁使用继电器电路，实现继电器电路与PLC信号的硬件互锁。使用PLC与工业控制计算机的信号互传，实现系统工作的软件互锁。利用两种互锁，满足试验的安全性要求。e)点火动作的精确输出通过对PLC任务的整定和下载，可以实现点火动作的精确输出。可以根据要求精确输出-1秒动作、零秒动作、解锁信号、下工位启动信号、开关信号。f)倒计时显示本系统在控制台、分控仪及计算机软件界面上均设置了倒计时显示，方便实验过程中的观察。g)高电压信号传送为保证远距离的信号传送，本系统中控制台到各工位的电信号均采用12V电平。这些电平包括：倒计时显示信号、时统信号、启动电平信号。h)分控仪状态监视本系统可以与5个分控仪信号进行连接，在控制台面板上即可监视分控仪是否处于准备好状态。在点火过程中，随时可以利用分控仪以及控制台上的急停按钮终止点火试验过程。向分控仪输出时统、启动和触点信号。i)系统可以安全可靠地对点火线路及电阻进行测试j)系统具有多级点火能力近端控制装置具有2级点火能力，为电流源点火和电压源点火。远端控制装置具有4级点火能力，分别为3路电流源点火和1路电压源点火。电流源的输出点火电流、电压源的输出点火电压可通过电位器在1A20A可调。k)解锁信号产生本系统可以通过任务整定，在点火时刻前指定的时间输出解锁信号。l)点火参数的测量本系统在点火前2秒开始对选定通道的点火电流进行实时检测、保存及显示。试验结束将形成实验数据文件，以便过后认真观察、研究。m)能够自动生成测试结果的文本格式文件可以自动生成测试结果的文本报告。n)可以实时显示各测试量量的测量结果，并能够任意缩放在测试界面，通过示波器控件显示测试曲线。o)利用游标可以读取曲线上的任意点。示波器具有局部放大、拖动、曲线数据读出等功能，方便对测试数据进行仔细观察分析。p)系统校准近端控制装置可以对2路电流信号采集电路进行校准，远端控制装置可以对4路电流信号采集电路进行校准。在实验中利用电流测量通道的斜率、截距对测试结果进行校正计算，提高系统的测试精度。1.3 技术指标a) 点火回路电阻测量范围：09（考虑接触电线及线路电阻），测量精度2%，测量电流10mA；b) 点火电流：220A；c) 电流控制精度：控制误差5%；d) 点火电流测量范围：220A，测量精度1%；e) 电流上升时间（点火电流从0上升到稳定控制值之间的时间）：1ms；f) 点火持续时间为0.0599s连续设置，设置步长：0.01s； g) 启动信号的设置时间为-9999s连续设置，设置步长：0.1s； h) 所有时统信号的同步误差：1ms； i) 解锁电机供电电压273V（负载电阻为30）； j) 电机供电持续时间为0.0110s连续设置，设置步长0.01s；1.4 可靠性与使用要求 a) 平均无故障工作时间MTBF 1000h； b) 连续工作时间Tc：8h； c) 工作温度：540 d) 工作温度：80%。 e) 设备应具有良好的电磁兼容性，能经受实际工作环境中各种设备所产生的电磁辐射，并对其它设备不产生干扰。第二章 设计内容2.1 设备组成及各部分功能2.1.1 系统模块组成及功能概述设备由远端控制装置及近端控制装置两台设备组成。近端控制装置为最多两级点火，一级为电流源点火另一级为电压源点火，除分控仪外均安装在一双联机柜形式。远端控制装置为最多四级点火，三级为电流源点火，一级为电压源点火，除分控仪外均安装在一双联机柜形式。两个控制装置均由测控计算机、PLC控制箱、点火输出控制箱及电源和辅助电源等组成。系统功能原理如图2-1所示。图2-1远、近端控制装置组成功能框图测控计算机为工业控制计算机，是系统的测试控制核心，用于对点火电流的测量记录图形显示、点火倒计时的显示控制、对分控仪状态检测、点火任务的整定及对PLC的任务下载及监视、控制、数据处理、显示等。PLC主要接收计算机的下载任务，由控制台按钮启动，完成下载任务要求的点火定时动作。通过与继电器互锁逻辑，保证点火过程的安全有效。点火电源系统由可控电流源及可控电压源组成。近端控制装置为一个可控电流源和一个可控电压组成。远端控制装置为三个可控电流源和一个可控电压组成。可控电流源提供点火需要的220A、最大输出电压40V。可控电压源输出电压12V30V，最大输出电流为15A。辅助电源由24V电源、12V电源、12V电源组成。24V源为PLC输出及继电器电路提供线圈电压。12V电源为装置中的数字信号提供电源。12V电源为电流传感变送器提供电源。2.1.2 控制柜本系统全部安装在一双联控制柜中，双联控制柜如图2-2所示。近端控制装置与远端控制装置双联柜立面分别如图2-3、2-4所示，面板上电流表监视各点火电源的点火电流。左半部为工控机及显示器。右半部为点火电压、电流源的测试仪表、电源调整电位器、电爆管测试仪、电爆管测试切换按钮及分控仪就绪状态指示灯。显示器显示工控机信息， 倒计时窗口显示点火倒计时进程。分控仪指示灯显示各分控仪的状态，当准备就绪时灯亮。电爆管测试仪测量点火回路的电阻值。图2-2 双联柜结构示意图操作台面示意图如图2-5、2-6所示。最上一排的钥匙开关负责接通或断开各点火电源的输出通路，确保只有试验时才接通点火回路。第二排按钮为点火回路电阻测试按钮，按下此按钮和电爆管测试仪上的测试按钮，测试回路才接通，电爆管测试仪将显示当前通道的回路电阻。第三排为各电流源输出电流调节及电压源输出电压调节电位器旋钮。最后一排按钮为启动、急停、复位按钮。“启动”按钮负责启动一次点火过程。“急停”按钮负责在实验中立即终止实验过程。“复位”按钮负责对系统设置复位状态，在每次启动一次点火过程前，必须按压“复位”按钮，只有在复位状态有效时，“启动”按钮才可以按下，否则“启动”按钮失效，无法启动点火过程。在每次开机及一次试验做完，系统都会设置复位失效，保证系统不会在无意识的情况下由于误碰“启动”按钮而导致点火过程的误触发。双联柜后下档板示意图如图2-7，2-8所示。面板上的空气开关负责通断个点火电源的交流输入回路。电源输入插座输入操作台面板表及辅助电源的交流输入，开关负责通断操作台面板表及辅助电源的交流回路。图2-3 近端控制装置双联柜立面图2-4 远端端控制装置双联柜立面图2-5 近端控制装置双联柜操作台面图2-6 远端控制装置双联柜操作台面图2-7 近端控制装置双联柜后下档板图2-8 远端控制装置双联柜后下档板2.1.3 PLC箱PLC箱中安装有西门子200型PLC控制器、启动信号继电器及驱动继电器、信号调理电路板。负责整个点火过程时序动作的控制。近端控制装置与远端控制装置的PLC箱的后面板如图2-9、2-10所示。“分控仪”航空插座与分控仪联接，通过+12V逻辑与分控仪交换逻辑信息。系统向“分控仪”发送倒计时信号及时统启动信息。同时监控“分控仪”的状态，保证任何时刻“分控仪”均可中断点火过程。PLC箱上的电源插座为PLC提供交流电源，电源开关控制电源的输入。图2-9 近端控制装置PLC箱后面板图2-10远端控制装置PLC箱后面板2.1.4 点火回路箱点火回路箱为点火主回路控制箱，负责主回路点火电流的输出。近端控制装置与远端控制装置的点火回路箱的后面板如图2-11、2-12所示。输出电源区域为点火电流输出区域，电源输出端子连接点火回路。外接电阻端子连接补偿电阻。补偿电阻与点火回路呈串联状态，提高点火电压的输出，保证时统信号的提取。解锁输出端子为解锁信号的输出端子，由点火程序控制输出驱动解锁电机。电爆管测试插座将“电爆管测试仪”与点火回路连接，在点火回路电阻测试时使用。“电爆管测试1”测试插座测试的电阻包括点火回路电阻、复位继电器触点电阻、急停继电器触点电阻、-1秒继电器触点电阻。“电爆管测试”测试插座测试的电阻仅包括点火回路电阻。图2-11 近端控制装置点火回路箱后面板图2-12 远端控制装置点火回路箱后面板2.2 设备工作原理2.2.1 设备工作原理概述两套设备的组成框图如图2-1所示。图中工业控制计算机通过232串口与PLC（可编程控制器）连接通讯。在工控机的控制界面中完成点火时序的编辑设定。每次实验任务开始前通过串口通讯将任务下达给PLC，由PLC独自完成点火实验的时序控制；PCL818多功能卡通过工控机的程序控制，进行点火电流的实时采集、接收启动、复位及分控仪的急停信号，根据接受的开关信息作出相应的动作，并在控制界面中相应地显示出来。PCL818多功能卡的数字量输出通道生成倒计时信号，通过升压电路调理生成12V逻辑信号并传输给5个分控仪。升压电路如图2-13所示。当Din为高电平（5V），Q2B、E极间导通，从而C、E间导通，光电耦合器工作。Dout输出12V高电平。图2-13 倒计时信号升压电路点火电路的时统信号经光电隔离后调制成12V电平逻辑传输给分控仪。分控仪启动电平信号由PLC数字输出端口给出；分控仪启动ON/off信号由PLC驱动信号继电器输出。2.2.2 点火电路近端控制装置有2路点火电路，1路接电流源，1路接电压源；远端控制装置有4路点火电路，1路电压源，3路电流源。在控制台上有相应的指示仪表和调节旋钮进行电源调整；每个点火回路中有2个常闭触点，分别为“复位”、“急停”继电器触点。每个点火回路中有2个常开触点，分别为钥匙开关触点和“-1秒”继电器触点，一个“0秒”固态继电器。每个点火回路中串入一个隔离电流传感器实现对点火电流的测量。一对电爆管电阻测量端子引至控制台的电爆管测试仪。电流源点火电路结构如图2-14所示。图2-14 电流源点火电路电流传感器将点火电流转变成比例信号送入工控机，实现对点火电流的高速采集。电路中串入数字电流表配合短路端子实现对电流源的调整。电路中加入急停常闭触点，保证当按压急停按钮后立即断开点火电路。电路中串入复位常闭触点，保证急停后只有按压“复位”按钮后才可以接通点火电路。点火电路中的-1S为电磁继电器，0S继电器为固态继电器。电压源点火电路如图2-15所示。电压表用于电压源调整时的电压检测。图2-15 电压源点火电路2.2.3 急停、复位控制电路急停、复位按钮通过继电器逻辑电路对点火回路进行控制，在点火过程中，随时可以利用分控以及控制台上的急停按钮终止点火试验过程,保证点火回路在意外情况下的可靠急停；保证只有按压“复位”按钮后，重置所有数据才可以接通点火回路。急停、复位继电器逻辑控制如图2-16所示。图2-16 急停、复位继电器逻辑控制继电器控制电路如图2-17所示。PLC有6路急停信号输入，5个由分控仪分别给出，保证启动过程中，分控仪急停能够及时反馈至PLC，最后一个为控制台按钮。图2-17 急停、复位继电器电路急停、复位、启动信号输入PLC控制器，PLC控制器在动作的同时将信号转发送入工控机，保证PLC控制器与工控机收到的信号一致。2.2.4 点火时统信号提取电路点火时统信号提取电路是采集到点火瞬间的信号，并且将信号点火时统信号提取电路由并联在点火电路输出端的限流电阻串联光耦组成。限流电阻的作用是限制流入光耦的电流在光耦的正常工作范围之内。电流源点火时统信号提取电路如图2-18所示（取channel1为例）。图2-18 电流源点火时统信号提取电路电压源点火时统信号提取电路如图2-19所示。图2-19 电压源点火时统信号提取电路 当点火电路动作时，通道电平变为高电平，6N137芯片2、3引脚为高，由图2-20 6N137真值表查出，此时输出为低电平。由于6引脚是集电极开路电路，所以必须上拉一个电阻。经过运算放大器LM324输出高电平，三极管导通，ign+输出高电平，时统信号导通输出。图2-20 6N137真值表电压源点火电源的输出电压范围为12V30V，当限流电阻选2K时光耦的输入电流为5.25mA14.25mA。输入电流值处于6N137高速光耦的工作范围(5mA15mA)。电流源点火电源的输出负载为：2A时负载电阻为9，20A时负载电阻为1.8。因此电流源点火电路的输出电压为：18V36V。当限流电阻选2.5K时光耦的输入电流为6.6mA13.8mA。输入电流值处于6N137高速光耦的工作范围(5mA15mA)。另外光耦6N137的输入上升时间为30ns，输入输出延迟60ns，因此时统信号延迟最多为90ns。因此时统信号提取电路可以由6N137高速光耦串联限流电阻组成。电压源时统电路取2K限流电阻，电流源时统电路取2.5K限流电阻。由于不同的电爆管阻值、工作电压、工作电流不同，因此本设备留出点火电路串接电阻接口，在以后电压较低的点火试验时可以传入电阻以提高电源输出电压，保证输出电压满足时统信号的提取要求。2.2.5 倒计时显示电路本系统倒计时显示电路选用的是MC14499芯片，该M14499是一个七段LED字母数字解码器、驱动器，具有串行接口端口，能接收20位数据的串行输入，16位用作四位LED显示，4位用作小数点显示。具体如表2-21所示，输送时序是先发送四位小数点码。各引脚说明如下：串行数据输入端。：小数点输出。：七段显示输出。：四个位选通端，作各显示位片选之用。晶振输入。只须接上电容，使片内产生的扫描信号，以防显示器闪烁。：时钟输入端，作为串行数据接收的同步信号。标准时钟频率为。：使能端。为时，允许接收串行输入数据，为时片内移位寄存器将数据送入锁存器中锁存。位号 移入2019181716151413121110987654321LSB MSB第四位LSB MSB第三位LSB MSB第二位LSB MSB第一位LSB MSB小数位表2-21 MC14499输入时序MC14499接收倒计时信号有三个引脚，分别是CLK,DATA,ENB。倒计时信号是从工控机给出，经过PCL-818多功能采集卡输出给信号调理板。经过信号调理电路，将CLK,DATA ENB信号变为芯片和分控仪可以接收的电压信号，保证系统的倒计时信号同步，从而保证整个系统的同步，稳定。本系统采用共阳极数码管，因MC14499允许接口的共阴极LED显示器，所以需要与三极管配合将电平高低反置，才能满足正常工作需求。倒计时显示电路见附录图7。第三章 工控机和PLC3.1 工控机功能1）显示主控界面，通过串口向PLC下达设定的任务参数，显示倒计时，接收“启动”、复位、各路“急停”信号，并在控制界面有相应显示。2）在工控机上用数字I/O卡，实现“急停”、“启动”、“复位”等信号的监测与显示，对点火电路的控制动作则由PLC完成。3）在工控机上用数字I/O卡的模拟输入，配合隔离电流传感器实现点火电路的点火电流测量。4）控制多功能卡上的三个Do口向发送分控仪发送倒计时值，分别为时钟信号CLK（200-800HZ）、锁存控制信号EN、串行数字信号Data。每次传送20位串行数据，为4位数码管的显示内容。3.2 PLC功能1）控制点火电源和点火电路上的0S、-1S继电器的通断。2）向各分控仪分别发送“启动”信号，每路都经信号处理后分为一个12V的TTL电平信号和一个继电器的触点输出。3）接受各分控仪及主控台发出的“急停”信号，接受主控台发出的“复位”、“启动”及“急停”信号，做出相应动作，同时将信号转送给工控机。4）PLC控制解锁信号的发出和终止，实现解锁电压输出，达到解锁目的。3.3 工控机与PLC功能关系PLC和工控机之间是232通讯，可在PLC的RUN期间进行数据交换。通过串口对PLC下达设定的任务参数，在工控机上用数字I/O卡，实现“急停”、“启动”、“复位”等信号的监测与显示，来确定下一步PLC的动作。对点火电路的控制动作则由PLC完成。工控机决定PLC的参数，动作。工控机对PLC的动作进行监督，管理。第四章 信号通道分配4.1 工控机信号通道分配1）1路232串口通讯，用于将编辑好的PLC工作时序逻辑任务下载到PLC上。2）点火电流采集，近端控制设备为2路，远端控制设备为4路。每路点火电路占据PLC818H多功能卡AD口1个通道。输入为单端输入模式。3）控制信号采集，3个控制台的按钮信号“复位”、“启动”、“急停”，5路分控仪“急停”信号送至PLC818H多功能卡DI口。4）3路倒计时信号，由PLC818H多功能卡DO输出，经信号处理为12V逻辑信号后传送至5路分控仪。 4.2 可编程控制器（PLC）信号通道分配 输入8个点：1） 控制台的“复位”；2） 控制台“启动”；3） 控制台及分控仪“急停”（6路）；输出28个点（近端装置14个点）1）10路启动信号：其中5路信号为电平信号，5路开关信号。这些信号送至分控仪；2）4路-1S点火信号，送至-1S点火电路继电器；3）4路点火信号0S信号，驱动固态继电器接通点火电源通路；4）1路复位信号输出，传入工控机；5）6路急停信号输出，传入工控机；6）1路启动信号输出，传入工控机；7）1路保险机上电信号，控制继电器接通解锁电源；8）1路急停信号输出，送至急停、复位继电器控制电路；4.3 点火电路（按1个点火电路统计）信号通道分配 5路控制输入：1） 复位、急停、-1秒，共3个继电器触点；2） 0秒点火开关，1个固态继电器常开触点3） 1个钥匙开关2路输出：1）1路时统信号，经信号处理后变为12V电平信号，与其它点火电路的时统信号相或后送分控仪。2）1路电流采集，由线性光耦隔离电流传感器送至工控机的采集卡。4.4 分控仪信号通道分配5路输入1） 倒计时EN信号,由工控机输出，整理为12V后至分控仪；2） 倒计时CLK信号，由工控机输出，整理为12V后至分控仪；3） 倒计时Data信号，由工控机输出，整理为12V后至分控仪；4） 时统TTL电平，12V；5）启动on/off开关信号；2路输出：1） 就绪按钮信号，常开按钮,输出至控制台；2） 急停按钮信号，常开按钮，输出至PLC；第五章 主要部件选择5.1 工业控制计算机 选择研华公司生产的IPC-610H型工业控制计算机，见图5-1。图5-1 工业控制计算机IPC-610H其配置为：a)CPU：3G；b)内存：1G；c)硬盘：160G；d)外型尺寸：482177452mm；净重：19kg。5.2 可编程控制器（PLC）可编程控制器选择西门子的S7-200系列产品，其外形见图5-2；图5-2S7-200可编程控制器CPU模块：CPU222型 有14路数字输入、10路继电器输出；扩展模块：EM223型：有8路数字输出（0.5A）信号线连 ：RS-232/PPI多主站电缆，具有电气隔离功能。5.3 多功能采集卡模拟输入用于点火时工作电流的采集 ，数字输入用于采集控制台和分控仪的相关控制信号。选用研华公司生产的PCL-818HD多功能数据采集卡，见图5-3。图5-3 PCL-818HD多功能数据采集卡参数如下：a) 采样速度：100KS/s；b) 分辨率：12位；c) 通道数：16路单端输入，8路差分输入；d) 数字通道：16路数字I/O通道；e) 1路12位AO输出。5.4 电流源点火电源选用朝阳电源公司生产的4NIC-HL系列一体化恒流源，如图5-4所示。其技术指标为：图5-4恒流源特性：稳流（恒流）电源，高可靠、输出高恒流精度；输入：AC220V/AC380V10% 、50Hz(4763Hz)、单相；电流调整范围：220A功率：800W电流控制精度：1%电流调整率：0.5%负载：电爆管（2欧姆电阻性负载），电缆长度：160米（2.5平方毫米）5.5 电压源点火电源选择朝阳电源公司生产的4NIC线性电源，交流220V供电，双端出线。如图5-5所示：电压调整范围：1230V功率：600W电压控制精度：1%电压调整率：0.5%纹波电压：Vrms1mv Vp-p10mv负载：电爆管（2欧姆电阻性负载），电缆长度：160米（2.5平方毫米） 在考虑分布电容的情况下要求突加负载时的电压降落10%，恢复时间1 ms使用环境温度：-25-+50 图5-5 电压源点火电源5.6 其它电源为PLC、继电器及其它信号处理电路所用，选择朝阳电源公司生产的4NIC多路一体化线性电源，交流220V供电，双端出线，输出 27V/2A一路（保险机工作电源）、24V/3A 一路（PLC与继电器供电电源）、 12V/1A一路（信号处理电路与12VTTL电平）。5.7 电源指示数字表头用于点火前调节电流源与电压源的输出。选用陕西协力光电仪器有限公司生产的MB3104及MB3101三位半数字直流电压表及数字直流电流表，其产品外形如图5-6所示：图5-6MB3101三位半数字直流电流表指标与参数：a) 显示位：3位半；b) 量程： 199V；19.9Ac) 分辨率：电压表为1V，电流表为0.1A；电流表带分流器，分流器变比20A：75mV。5.8 电流传感器用于采集点火期间的点火电流波形。选用四川绵阳维博电子有限责任公司的光电隔离电流传感器WBV121S07。其产品外形如图5-7所示：图5-7 WBV121S07电流传感器指标参数：a) 输入范围：25Ab) 输出类型： 0V5Vc) 响应时间：15d) 电源：DC12V5.9 电爆管测试表采用专业电爆管测试模块QJ41A，测试电流10mA，精度1%。5.10 功率继电器固态继电器用于0秒点火开关切换。点火回路中“复位”、“急停”、“-1S”为电磁继电器，选用JQX-142M型小型强功率密封直流电磁继电器。“钥匙”触点为钥匙开关。JQX-142M型小型强功率密封直流电磁继电器结构紧凑，负载容量大，适用于多种领域换接电路之用；外形见图5-8所示。图5-8 直流电磁继电器JQX-142M功率电磁继电器指标参数：a) 产品规格: 24VDC；b) 负载: 70A,28VDC； c) 产品尺寸: 22mm48mm38mm；d) 线圈电阻: 200。固态继电器指标参数：a) 产品规格: 10-32VDC ；b) 负载: 50VDC,25A； c) 接通时间：100；其它信号继电器选用施耐德公司的RXM小型继电器。第六章 技术要求响应本装置可以完全满足技术要求，具体情况见表6-1表6-1 技术要求响应表技术要求响应措施准确、可靠地实现点火控制满足由PLC及继电器互锁电路保证单路多路恒压、恒流点火满足恒压、恒流源配合PLC控制与五台分控仪连接满足设置五路分控仪控制通道点火线路测试满足使用专用仪器QJ41a输出规定的点火电流满足设置专用的可调电流源实时测量记录点火电流满足设置工控机及电流传感器电阻范围09，精度2%，测量电流10mA满足使用专用仪器QJ41a点火电流：220A；满足可调电流源调节范围020A电流控制精度5%；满足可调电流源控制精度1%电流测量范围：220A，精度1%；满足电流传感器量程20A，精度0.1%电流上升时间1ms；满足电流源上升时间1ms点火持续时间0.0599s，设置步长：0.01s；满足PLC定时步长为1ms启动信号设置时间-9999s，设置步长：0.1s；满足PLC定时步长为1ms时统信号的同步误差：1ms；满足光耦6N137最大延迟100ns解锁电机供电电压273V满足设置专用27V解锁电源及控制电路电机供电持续时间0.0110s，设置步长0.01s；满足PLC定时步长为1ms 第七章 可靠性、安全性、可维修性设计7.1 可靠性设计在可靠性设计上做以下考虑：a) 插接件选用正规厂家生产的器件，信号电缆选用带屏蔽层的高抗张强度及高耐热等级的电缆；b) 点火回路继电器采用贵州航天集团生产的军品密封继电器，其它信号继电器采用施耐德高品质继电器，保证系统工作的可靠性。c) 点火电源选用朝阳线性电源。本电源具有功率大、可靠性高的特点。d) 控制核心采用西门子PLC控制器，可以保证点火时序控制的可靠性。7.2 安全性设计a) 产品点火电源设有过载、短路及漏电保护措施；b）点火电路中PLC控制-1s、0s继电器的闭合。保证在-1s之前点火线路无法导通。c）点火电路中设置有钥匙继电器，保证只有专人可以打开点火电路。d）点火电路中设置有急停、复位继电器触点。急停、复位继电器由专门的继电器控制电路控制，保证按压急停按钮后迅速切断点火回路，同时自锁电路保证按压急停按钮后只有按压复位按钮后才可以在此接通点火回路，复杂点火回路将处于断开状态。保证急停后误按压启动按钮而导致的误点火动作。e）当每次执行完点火任务，PLC将输出信号使急停、复位触点断开。此时只有按压复位按钮后才可以再次接通点火回路，保证点火试验完成后由于误按压启动按钮导致的误点火动作。d) 设备设有接地点。7.3 可维修性设计选用标准模块、仪表、信号处理板等标准器件进行设计，以方便维修更换；各活动部件之间的电气连接采用航空插接件，以方便拆卸和部件的解体。第八章 安全注意事项a)控制计算机为系统专用设备，除本系统提供的光盘外，不得将其它媒体（软盘、光盘、移动盘）放入计算机，防止病毒感染和系统损坏；b)测试程序运行时，请尽可能关闭其他程序，以减少CPU的占用时间，保证测试程序的实时性；c)注意在断开电源的情况下进行电气线路的连接； d)设备使用时应将测控柜的接地螺栓与接地系统连接（接地电阻应小于4），以保证系统的测试精度和安全运行；参考文献1 童诗白.华成英 .模拟电子技术基础.北京.高等教育出版社. 20012 闫石.数字电子技术基础.北京.高等教育出版社. 20063 王兆安. 电力电子技术.北京.机械工业出版社 20094 戴梅萼.史嘉权.微型计算机技术及应用.北京.机械工业出版社 20085 郭爱芳.传感器原理及应用.西安电子科技大学出版社 20076 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术. 北京.机械工业出版社 20117 刘美俊.西门子PLC编程及应用.北京. 机械工业出版社 20118 邱关源.电路.高等教育出版社 20069 胡翔骏.电路分析.高等教育出版社 200210 李久胜.马洪飞.电气自动化专业英语.哈尔滨工业大学出版社.200511 陈向群.Windows 操作系统原理（第2版）.北京.机械工业出版社.2004.1112崔玮. Protel 99 SE 电路原理与电路设计教程.北京.海洋出版社, 2005 13 卢毅.赖杰.VHDL与数字电路设计.北京.科学出版社.2002 14 俞忠原.陈一民工业工程控制计算机系统第二版北京理工大学出版社.199615 孙传友.孙晓斌.汉泽西.张欣编著.测控系统原理与设计北京航空航天大学出版社.2002.916 胡寿松.自动控制原理第五版.科学出版社. 200717 王树青. 过程控制工程第二版. 201118 俞金寿. 顾幸生著. 过程控制工程第四版. 高等教育出版社. 201219 徐国林. PLC应用技术. 机械工业出版社. 200820 王永华. 现代电气控制及PLC应用技术第二版. 科学出版社. 2007致 谢历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师丁喆老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最忠心的感谢！ 感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。 感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版的过程中提供热情的帮助。 由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！附录 电器连接示意图图1 PLC箱电路图图2 电源箱电路图（远端）图3点火回路箱电路图（近端）图4控制台电路图（远端）图5控制台电路图（近端）图6调理板电路图图7倒计时板电路图图8 超音速热喷流模拟试验设备（远端）接线图图9 超音速热喷流模拟试验设备（进端）接线图英文资料翻译Features of the S7-200The S7-200 provides several special features that allow you to customize how the S7-200 functions to better fit your application.The S7-200 Allows Your Program to Immediately Read or Write the I/O。The S7-200 instruction set provides instructions that immediately read from or write to the physical I/O. These immediate I/O instructions allow direct access to the actual input or output point, even though the image registers are normally used as either the source or the destination for I/O accesses.The corresponding process-image input register location is not modified when you use an immediate instruction to access an input point. The corresponding process-image output register location is updated simultaneously when you use an immediate instruction to access an output point.The S7-200 Allows Your Program to Interrupt the Scan CycleIf you use interrupts, the routines associated with each interrupt event are stored as part of the program. The interrupt routines are not executed as part of the normal scan cycle, but are executed when the interrupt event occurs (which could be at any point in the scan cycle).Interrupts are serviced by the S7-200 on a first-come-first-served basis within their respective priority assignments. The S7-200 Allows You to Allocate Processing Time for Run Mode Edit and Execution StatusYou can configure a percentage of the scan cycle to be dedicated for processing a run mode edit compilation or execution status. (Run mode edit and execution status are options provided by STEP 7-Micro/WIN to make debugging your program easier.) As you increase the percentage of time that is dedicated to these two tasks, you increase the scan time, which makes your control process run more slowly.The default percentage of the scan dedicated to processing run mode edits and execution status is set to 10%. This setting was chosen to provide a reasonable compromise for processing the compilation and status operations while minimizing the impact to your control process. You can adjust this value by 5% increments up to a maximum of 50%. The S7-200 Allows You to Set the States of Digital Outputs for Stop ModeThe output table of the S7-200 allows you to determine whether to set the state of the digital output points to known values upon a transition to the STOP mode, or to leave the outputs in the state they were in before the transition to the STOP mode. The output table is part of the system block that is downloaded and stored in the S7-200.The S7-200 Allows You to Configure the Value of Analog OutputsThe Analog Output Table allows you to set analog output points to known values after aRUN-to-STOP transition, or to preserve the output values that existed before the transition toSTOP mode. The Analog Output table is part of the system block that is downloaded and stored in the S7-200 CPU.The S7-200 Allows You to Define Memory to Be Ret