真空低温环境下的多测点多回路并行控温系统技术方案

技术编号:17779072 阅读:25 留言:0更新日期:2018-04-22 07:15
本发明专利技术公开了一种适用于运行在真空环境下的多测点多回路的温度并行控制系统,主要由中央控制单元(100)、温度采集单元(200)、分布式控温单元(300)组成;中央控制单元(100)用于系统控温功能的指令下发和数据传递,将中央控制端的控制信息,分别下发到温度采集接口单元(210)和分布式控温接口单元(310),并接收温度采集接口单元(210)和分布式控温接口单元(310)发送的系统运行信息、状态信息、过程信息、数据信息等。本发明专利技术大幅提升数据采集速度,采集周期从60S提升到毫秒级,最快可达到50Hz(20ms)的采集速度,控制指令相应时间从400ms提升至5ms。

【技术实现步骤摘要】
真空低温环境下的多测点多回路并行控温系统
本专利技术属于空间环境模拟
,具体涉及一种用于真空低温环境下的多测点多回路的并行控温系统及控温方法。
技术介绍
人造卫星及其他航天器在进入轨道飞行阶段后,长期处于超高真空和超低温环境中,同时受空间外热流环境的影响,为了验证卫星热设计的正确性,保证卫星长期可靠的工作,以及完成各项预定的任务,在研制卫星的过程中,必须按照试验规范的规定,在模拟空间真空、冷黑和外热流环境下对航天器系统级和组件级进行真空热试验。真空热试验过中,温度控制的效果、稳定度、超调幅度、升温速度等,对试验的验证结果的正确性有非常重要的影响。所以控温系统是空间环境模拟器的核心系统之一。由于中大型热真空试验和小型热真空试验自身测点数量和控温回路数量不同,采用两种不同的控制方法实现试验功能。中大型热真空试验,由于测点多和控温回路数量多(测点在200点以上、控温回路在100路以上),所有测点均可作为温度控制反馈点。目前一般采用多功能数字万用表和程控电源进行温度测量和温度控制。可支持各类温度及热流传感器(如热电偶、铂电阻、热敏电阻、黑片热流计、方堡热流计等)。多功能数字万用表和程控电源均采用上位计算机中的软件对仪器进行远程控制、控制计算、数据记录等功能。计算机远程温度控制,试验过程中控制反馈点和加热回路可以灵活调整,控制算法在计算机中进行,可以实现复杂的控制算法。但是,该方法采用多功能万用表串行进行温度测量,一般只有一个或几个测量单元,在测量通道数较多的情况下,需要较长的时间才能完成一个周期的温度测量;控温所需的程控电源需要上位机通过通信协议驱动及状态监测,检测驱动速度较慢;所以温度测量以及程控电源驱动时间较长,使温度控制产生很长时间的滞后,影响控温效果。而且,在复杂的网络环境中,容易发生网线连接断开,或网络拥塞的情况,使上位机的控制指令无法发送到仪器中,导致控制异常。小型热真空试验,由于测点和控温回路较少(测点在40以内、控温回路在10路以内),温度控制反馈点仅有一个或几个且基本固定。一般使用控温仪或PLC进行本地控温,温度反馈点传感器使用铂电阻,铂电阻直接连接在控温仪或控温模块上,控温仪通过模拟量控制电源输出,完成温度控制,模拟量控制电源响应速度快,滞后性小,简单温度控制效果好。但该种温度控制方法,温度反馈点固定,在控温过程中无法通过软件进行调换,支持温度传感器类型单一,对温度传感器测量精度和电源模拟量控制精度均较低,并且单个仪器的控温通道较少,如通道要求数量较多时,仪器堆叠占用空间较大、维护难度大幅提升,硬件成本高,所以无法扩展到中大型真空热试验中。目前中大型真空热试验的温度控制系统,硬件串行采集及控制方式速度慢,温度控制滞后性严重。小型热真空试验温度控制系统,扩展性差,温度控制点与温度监测点配置固定,试验过程中不能灵活变更属性;测温精度低;传感器类型单一。随着空间环境模拟器整体自动化水平,可靠性等要求的提高,上述问题日益凸显。现有的控制手段无法满足中大型真空热试验越来越高的控温需求。
技术实现思路
为提高中大型热真空试验中温度控制的效果,适应空间环境模拟器的发展趋势,本专利技术采用创新的方法,结合现有大型和小型热真空试验温度控制方法的优点,在保留大型热真空试验多通道温度控制中温度反馈灵活性以及电源驱动的精度的同时,采用①高精度全并行数据采集设备提高温度测量速度;②将电源程控驱动与电源状态监测分离,提高控温过程电源响应速度;③将集中温度控制改为分布式温度控制,优化控温效果,具有良好的可扩展性。上述三处改进使温度采集和温度控制速度大幅提高,大大缩短温度控制的滞后时间,温度控制效果改进明显,提高温度控制的可靠性。同时,由于全并行以及分布式的设计,系统扩展性良好,控制滞后时间与控温效果不会因为测点数量和控温回路数量的增加而变化。本专利技术的目的是为空间环境模拟器真空热试验提供一种结构简单、使用方便新的并行控温系统,解决现有多测点多回路真空热试验控制滞后严重等问题。本专利技术目的是通过如下技术方案实现的:本专利技术适用于运行在真空环境下的多测点多回路的温度并行控制系统,主要由中央控制单元、温度采集单元、分布式控温单元组成;其中所述中央控制单元:包括人机交互单元、状态监控单元、中央控制接口单元、数据存储单元,所述人机交互单元用于真空低温环境下的多测点多回路的并行控温系统用户指令输入以及系统运行信息和设备状态表格化图形化输出;状态监控单元用于实时监控整个系统的通讯状态、仪器运行状态,定时通过中央控制接口单元向温度采集单元和分布式控温单元发送指令,进行电源状态检测和数据采集仪器状态检测,并接受相应的检测信息、系统通讯状态、仪器运行状态,根据信息进行系统状态判定,识别系统异常情况和超限报警情况,并将判定结果送往人机接口单元,进行系统监控状态实时显示和异常报警;所述温度采集单元,包括温度采集接口单元、数据采集单元、采集状态检测单元;数据采集单元的所有通道均为并行采集,即每个通道均配有相应的AD转换模块,同时进行数据采集;所述分布式控温单元,包括分布式控温接口单元、电源控制单元、控温状态检测单元,分布式控温接口单元用于接收中央控制接口单元所发送的控制指令,并将分布式控温单元所采集的系统运行信息、设备状态信息、控制过程信息等发送至中央控制单元,同时用于接收温度数据传输单元传输的温度采集单元采集计算的实时温度数据,并将数据传递到电源控制单元,进行相应的电源控制。其中,用户指令输入的指令包括数据采集启动指令、控温启动指令、数据采集参数设定、传感器参数设定、控制回路参数设定、报警限设定。其中,系统运行信息和设备状态表格化图形化输出包括数据采集参数、控制回路参数、传感器温度数据、电源控制数据、系统监控状态、实时温度数据曲线。其中,系统异常包括电源通讯故障、数据采集仪器通讯故障、传感器失效、加热回路短路、加热回路短路。其中,超限报警情况包括温度超限、电流超限、升降温速度超限。其中,数据存储单元根据人机交互单元设定的数据存储格式和存储路径,定时保存系统数据。其中,温度采集接口单元用于接收中央控制接口单元所发送的控制指令,并将温度采集单元所采集的系统运行信息、设备状态信息、温度数据的信息发送至中央控制单元,同时用于向分布式控温接口单元传递数据采集单元采集计算的温度数据。其中,数据采集单元包括数据采集仪器驱动单元、并行驱动单元、传感器拟合单元、仪器寿命单元;数据采集仪器驱动单元从人机交互单元获取采集指令、数据采集参数和用户输入指令,根据相应指令和参数,驱动数据采集仪器进行相应通道和相应类型的数据采集,提供传感器测量原始数据,并将数据信息发送到传感器拟合单元;并行驱动单元通过硬件同步模块,实现不同数据采集仪器并行工作,不同通道测点采集时间误差低于20ms,保证数据采集的同步性,温度数据的有效性;传感器拟合单元根据从人机交互单元获取传感器参数信息,将数据采集仪器驱动单元采集的传感器测量原始数据,经过相应拟合计算,换算成温度数据;仪器寿命单元记录各仪器各通道累积使用次数和累积运行时间,当累积使用次数和累积运行时间达到使用维护阀值,该单元会发出维护与检测提示,并将信息发送到状态监控单元,提示用户进行相应的维护程序。其中,采集状态检测单元定时检测温度本文档来自技高网
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真空低温环境下的多测点多回路并行控温系统

【技术保护点】
适用于运行在真空环境下的多测点多回路的温度并行控制系统,主要由中央控制单元、温度采集单元、分布式控温单元组成;其中,所述中央控制单元:包括人机交互单元、状态监控单元、中央控制接口单元、数据存储单元,所述人机交互单元用于真空低温环境下的多测点多回路的并行控温系统用户指令输入以及系统运行信息和设备状态表格化图形化输出;状态监控单元用于实时监控整个系统的通讯状态、仪器运行状态,定时通过中央控制接口单元向温度采集单元和分布式控温单元发送指令,进行电源状态检测和数据采集仪器状态检测,并接受相应的检测信息、系统通讯状态、仪器运行状态,根据信息进行系统状态判定,识别系统异常情况和超限报警情况,并将判定结果送往人机接口单元,进行系统监控状态实时显示和异常报警;所述温度采集单元,包括温度采集接口单元、数据采集单元、采集状态检测单元;数据采集单元的所有通道均为并行采集,即每个通道均配有相应的AD转换模块,同时进行数据采集;所述分布式控温单元,包括分布式控温接口单元、电源控制单元、控温状态检测单元,分布式控温接口单元用于接收中央控制接口单元所发送的控制指令,并将分布式控温单元所采集的系统运行信息、设备状态信息、控制过程信息等发送至中央控制单元,同时用于接收温度数据传输单元传输的温度采集单元采集计算的实时温度数据,并将数据传递到电源控制单元,进行相应的电源控制。...

【技术特征摘要】
1.适用于运行在真空环境下的多测点多回路的温度并行控制系统,主要由中央控制单元、温度采集单元、分布式控温单元组成;其中,所述中央控制单元:包括人机交互单元、状态监控单元、中央控制接口单元、数据存储单元,所述人机交互单元用于真空低温环境下的多测点多回路的并行控温系统用户指令输入以及系统运行信息和设备状态表格化图形化输出;状态监控单元用于实时监控整个系统的通讯状态、仪器运行状态,定时通过中央控制接口单元向温度采集单元和分布式控温单元发送指令,进行电源状态检测和数据采集仪器状态检测,并接受相应的检测信息、系统通讯状态、仪器运行状态,根据信息进行系统状态判定,识别系统异常情况和超限报警情况,并将判定结果送往人机接口单元,进行系统监控状态实时显示和异常报警;所述温度采集单元,包括温度采集接口单元、数据采集单元、采集状态检测单元;数据采集单元的所有通道均为并行采集,即每个通道均配有相应的AD转换模块,同时进行数据采集;所述分布式控温单元,包括分布式控温接口单元、电源控制单元、控温状态检测单元,分布式控温接口单元用于接收中央控制接口单元所发送的控制指令,并将分布式控温单元所采集的系统运行信息、设备状态信息、控制过程信息等发送至中央控制单元,同时用于接收温度数据传输单元传输的温度采集单元采集计算的实时温度数据,并将数据传递到电源控制单元,进行相应的电源控制。2.如权利要求1所述的温度并行控制系统,其中,用户指令输入的指令包括数据采集启动指令、控温启动指令、数据采集参数设定、传感器参数设定、控制回路参数设定、报警限设定。3.如权利要求1所述的温度并行控制系统,其中,系统运行信息和设备状态表格化图形化输出包括数据采集参数、控制回路参数、传感器温度数据、电源控制数据、系统监控状态、实时温度数据曲线。4.如权利要求1所述的温度并行控制系统,其中,系统异常包括电源通讯故障、电源输出故障、数据采集仪器通讯故障、数据采集仪器采集故障、传感器失效、加热回路短路、加热回路断路。5.如权利要求1所述的温度并行控制系统,其中,超限报警情况包括温度超限、电流超限、升降温速度超限。6.如权利要求1所述的温度并行控制系统,其中,数据存储单元根据人机交互单元设定的数据存储格式和存储路径,定时保存系统数据。7.如权利要求1所述的温度并行控制系统,其中,温度采集接口单元用于接收中央控制接口单元所发送的控制指令,并将温度采集单元所采集的系统运行信息、设备状态信息、温度数据的信息发送至中央控制单元,同时用于向分布式控温接口单元传递数据采集单元采集计算的温度数据。8.如权利要求1所述的温度并行控制系统,其中,数据采集单元包括数据采集仪器驱动单元、并行驱动单元、传感器拟合单元、仪器寿命单元;其中数据采集仪器驱动单元从人机交互单元获取采集指令、数据采集参数的用户输入指令,根据相应指令和参数,驱动数据采集仪器进行相应通道和相应类型的数据采集,提供传感...

【专利技术属性】
技术研发人员:邵静怡顾志飞宁娟詹海洋李娜孙宇
申请(专利权)人:北京卫星环境工程研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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