計(jì)算機(jī)技術(shù)在環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備中應(yīng)用  
 
 

計(jì)算機(jī)在環(huán)境模擬技術(shù)中的運(yùn)用，已經(jīng)成為上代表環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)的趨勢(shì)。我公司在該領(lǐng)域已經(jīng)做了，并且正在進(jìn)行著許多研究開(kāi)發(fā)工作，取得了一些可喜的成果，也有許多體會(huì)，在這里與大家共同探討。

一、在CAD設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的運(yùn)用在我公司經(jīng)歷了一個(gè)由淺入深的過(guò)程，在早期我們只是簡(jiǎn)單的甩掉了繪圖板，用鼠標(biāo)代替了鉛筆。當(dāng)然這也大大提高了我們的工作效率，無(wú)論在設(shè)計(jì)速度，精度，圖面質(zhì)量和出錯(cuò)率方面，都具有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)*的優(yōu)點(diǎn)。尤其是使我們的圖紙更加規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。

隨著CAD二次開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，我們的設(shè)計(jì)工作開(kāi)始真正進(jìn)入到了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)。我們有了自己的圖庫(kù)，定制了化的菜單。正在建立的工程數(shù)據(jù)庫(kù)分析系統(tǒng)，這一切將進(jìn)一步提高工作效率。規(guī)范設(shè)計(jì)圖紙，提高標(biāo)準(zhǔn)化程度。從而產(chǎn)品的質(zhì)量和提高質(zhì)量的一致性程度。另一方面，由于設(shè)計(jì)周期的縮短，使我們對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)更加靈敏。隨著工程數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)質(zhì)量可靠，技術(shù)指標(biāo)滿足協(xié)議要求的產(chǎn)品，同時(shí)借助我們的數(shù)據(jù)庫(kù)分析系統(tǒng)，用戶可以得到此試驗(yàn)箱工作室各測(cè)量點(diǎn)在空載和各種不同負(fù)載，不同體積下的溫度偏差曲線。而不單單提出一個(gè)溫場(chǎng)均勻度指標(biāo)，由此來(lái)真正產(chǎn)品試驗(yàn)的成功。由的前期各項(xiàng)目己成功的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)而建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型，使我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算變得更為合理、快速。這不但了產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，可靠性指標(biāo)，同時(shí)也確保其功耗用科等的合理性，提高產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比。降低成本的zui終受益者應(yīng)該是用戶。

CAD繪圖中的化菜單是我公司制圖設(shè)計(jì)中的二次開(kāi)發(fā)成果，例如我公司的產(chǎn)品包裝箱設(shè)計(jì)己不再需要繪制包裝箱圖，僅僅是菜單中包裝箱，然后在對(duì)話框中輸入產(chǎn)品的深寬高尺寸和重量參數(shù)，整個(gè)包裝箱完整的圖紙就自動(dòng)繪制出來(lái)。同樣對(duì)于電氣底板。加熱器支架等都實(shí)現(xiàn)了此種參數(shù)化自動(dòng)繪圖方式。這種CAD二次開(kāi)發(fā)各個(gè)機(jī)械零件圖紙中各零年尺寸的性。因?yàn)橛呻娔X根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出來(lái)的東西是*的。避免了人為的粗心產(chǎn)生的錯(cuò)誤，同時(shí)也大大提高了我們的工作效率。將設(shè)計(jì)人員從許多重復(fù)性的勞動(dòng)中解脫出來(lái)從事創(chuàng)造性工作。

機(jī)械制圖從二維平而制圖進(jìn)入到三維立體制作是我公司機(jī)械制圖設(shè)計(jì)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。公司花費(fèi)了的資金購(gòu)買(mǎi)了三維立體制作軟件Solidage，并組織了多次培訓(xùn)，由此來(lái)提高我們的箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和低溫管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平。

我們已開(kāi)始了電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化與白動(dòng)化設(shè)計(jì)的課題研究，估計(jì)2002年會(huì)取得顯著的進(jìn)展。

二、在工業(yè)控制中的運(yùn)用

計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的運(yùn)用是大家都非常熟悉的。環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的控制器從早期簡(jiǎn)易的動(dòng)圈式儀表發(fā)展到今天由微處理器組成的數(shù)字儀表和工業(yè)控制訃算機(jī)系統(tǒng)。尤其是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)*改變了傳統(tǒng)的控制方式，無(wú)論是操作的方式，自動(dòng)化程度，控制的精度等都得到了很大的發(fā)展。它的巨大性在于：

1、人機(jī)界面友好

對(duì)于操作者來(lái)說(shuō)良好的人機(jī)界面是非常重要的，控制儀表尤其是溫濕度控制儀表復(fù)雜的菜單結(jié)構(gòu)，眾多的縮寫(xiě)關(guān)鍵詞，厚厚的操作使用手冊(cè)，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(yàn)箱的操作必須經(jīng)過(guò)認(rèn)真的培訓(xùn)學(xué)習(xí)才能逐步掌握操作使用。

我公司在人機(jī)界面上進(jìn)行了許多改進(jìn)，首先是操作簡(jiǎn)便，在軟件設(shè)計(jì)中比較典型的如：高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱，借助于WIN98的強(qiáng)大功能，在操作過(guò)程中提供了豐富的漢語(yǔ)提示和軟件的容錯(cuò)處理，借助于17#大屏顯示器，設(shè)計(jì)中盡量將頻繁使用的操作和主要的顯示項(xiàng)集中在一個(gè)顯示屏上，同時(shí)將溫度，濕度的顯示放在醒目的位置上，將趨勢(shì)圖盡量放大，以此來(lái)突出主題。溫度、濕度設(shè)置， 曲線的調(diào)用，跳步都在相應(yīng)的顯示處直接操作，而無(wú)需到另一個(gè)菜單上去操作。進(jìn)一步簡(jiǎn)化了操作過(guò)程。對(duì)于所有的操作按鈕和數(shù)據(jù)設(shè)置框都設(shè)計(jì)了相應(yīng)的容錯(cuò)處理，錯(cuò)誤的操作都將被屏蔽，并顯示出提示對(duì)話框。

對(duì)于某些特殊的參數(shù)，例如溫度，濕度的修正等作為維修層來(lái)處理，因?yàn)檫@些參數(shù)不需要操作者來(lái)修改，而是維修，調(diào)試時(shí)使用，所以在維修層中設(shè)置了密碼，未經(jīng)許可不能修改。

系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了自檢報(bào)警功能。系統(tǒng)上電后，實(shí)時(shí)監(jiān)控各報(bào)警輸入點(diǎn)，若有異常即彈出報(bào)警畫(huà)面，告知操作者某處有某種類(lèi)型故障，井告知其具休解決方法。

總之，對(duì)于人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，我們力求做到所謂“傻瓜機(jī)"操作。目的是讓操作者無(wú)需培訓(xùn)和記憶，就能立即掌握操作使用。

2、自動(dòng)化程度提高

在軟件的設(shè)計(jì)中我們針對(duì)各種不同的試驗(yàn)箱歸納了一套控制邏輯算法。例如：制冷機(jī)的開(kāi)啟，主加熱，輔加熱的開(kāi)啟等，在濕熱控制儀表和早期的工控機(jī)軟件中上述執(zhí)行器動(dòng)作是采用時(shí)序和丁動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如在設(shè)定曲線時(shí)，同時(shí)設(shè)置時(shí)序曲線，由此來(lái)控制制冷。輔助加熱等的開(kāi)啟，而現(xiàn)在我們是根據(jù)測(cè)試環(huán)境溫度，設(shè)定溫度點(diǎn)的值，升降溫的速率等參數(shù)來(lái)獲取邏輯算法。實(shí)現(xiàn)這些執(zhí)行器的自動(dòng)開(kāi)啟。對(duì)于一般的定值控制，操作者只需設(shè)置一個(gè)溫濕度值，起動(dòng)按鈕就完成了所有操作。

系統(tǒng)軟件也具備如定時(shí)開(kāi)機(jī)，定時(shí)關(guān)機(jī)，段跳步，時(shí)間跳步，曲線打印，報(bào)表打印，平均值計(jì)算，zui大值，zui小值計(jì)算等功能，由此來(lái)滿足不同的需要，提高自動(dòng)化程度。

3、控制精度提高

這里主要是針對(duì)相對(duì)濕度控制的特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外濕熱試驗(yàn)箱的溫濕度普遍采用干濕球法，其中相對(duì)濕度的PID運(yùn)算的偏差值是相對(duì)濕度，即；

   VRH=RH-SRH

   VRH：相對(duì)濕度偏差

   SRH：相對(duì)濕度設(shè)定值

   RH：相對(duì)濕度采樣值

我們知道，由干濕球法獲取的相對(duì)濕度是溫度的函數(shù)，在環(huán)境溫度附近的溫度點(diǎn)由于箱內(nèi)溫度與環(huán)境溫度之間的溫差較小，如果沒(méi)有開(kāi)啟除濕機(jī)，或?qū)τ跊](méi)有除濕機(jī)的恒溫恒濕試驗(yàn)箱，其溫度就很容易波動(dòng)。對(duì)于單獨(dú)的溫度試驗(yàn)，此溫度波動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)⑵淇刂圃?plusmn;0.5℃以?xún)?nèi)。但對(duì)于濕熱試驗(yàn)在溫度上升過(guò)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(guò)程產(chǎn)生干球溫度，濕球溫度差增大，從而導(dǎo)致相對(duì)濕度減小，也就產(chǎn)生相對(duì)濕度PID運(yùn)算的偏差增大，由此產(chǎn)生PID運(yùn)算輸出量增大。在環(huán)境溫度和箱體內(nèi)控制溫度較接近的情況下，由于試驗(yàn)箱保溫和密封性能較好，環(huán)境溫度與箱內(nèi)的溫差不足以克服已過(guò)沖的溫度，在試驗(yàn)過(guò)程中，加濕輸出使溫度不但不能降下來(lái)，反而上升，從而產(chǎn)生溫度值緩慢飄離設(shè)定值的現(xiàn)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(diǎn)。我公司開(kāi)發(fā)的相對(duì)濕度PID運(yùn)算方法克服了此種缺點(diǎn)，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(duì)濕度。由于在控制過(guò)程中無(wú)論干球溫度怎樣上升，由相對(duì)濕度而獲取的濕球溫度并不會(huì)低于設(shè)定的濕球溫度，因此就不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的加濕輸出，從而克服了溫度上飄的現(xiàn)象，同時(shí)也使整體控制性能更佳，過(guò)渡過(guò)程短，過(guò)沖量小，真正解決了濕熱箱調(diào)試難的問(wèn)題。

4、可靠性增長(zhǎng)

控制系統(tǒng)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(yùn)算控制輸出，PC工控機(jī)作為上位機(jī)顯示設(shè)定的模式。較之原來(lái)采用的模塊，A/D卡，I/O卡的模式，可靠性上了一個(gè)臺(tái)階。

從硬件上來(lái)說(shuō)可編程邏輯控制儀的可靠性是*的，它本來(lái)就是為惡劣的工業(yè)環(huán)境下設(shè)計(jì)的控制器，我們?cè)谲浖O(shè)計(jì)中充分的利用了這一點(diǎn)將下位機(jī)PLC作為一個(gè)獨(dú)立的控制器，在工業(yè)PC機(jī)受到干擾或掉電的情況下，下位機(jī)PLC并不受影響。上位機(jī)工業(yè)PC只是作為接收顯示，存儲(chǔ)設(shè)定。并不直接控制外部輸入輸出。另外由工業(yè)PC式觸摸屏加上PIC組成的系統(tǒng)將更多的硬件，例如，開(kāi)關(guān)，按鈕，指示燈，中間繼電器等軟件化了，結(jié)果是使硬件故障率降低，可靠性得到增長(zhǎng)。

我們?cè)诳刂葡到y(tǒng)中配置的可編程邏輯控制儀PLC，人機(jī)界面觸摸屏。中間繼電器等產(chǎn)品都是德國(guó)西門(mén)子產(chǎn)品，這種的產(chǎn)品在生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)工藝，檢測(cè)手段，通用性程度等方面都是一般小企業(yè)難以做到的，小型企業(yè)能夠設(shè)計(jì)制造出這樣的產(chǎn)品，但是它的批量產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定就不能和品牌公司相提并論。大規(guī)模和通用性也使它們的產(chǎn)品價(jià)位降低。我們的設(shè)計(jì)思想是采用公司的硬件產(chǎn)品，設(shè)計(jì)出適合環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的軟件，由此組成的控制系統(tǒng)，來(lái)達(dá)到產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)。

三、在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

我公司試驗(yàn)箱的大部分零配件和電器元件都采用通用型產(chǎn)品，所以我們很容易將各類(lèi)試驗(yàn)箱的硬件構(gòu)成定型。從控制系統(tǒng)上我們將其分為工控機(jī)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(biāo)準(zhǔn)范本。這樣，從某種意義上說(shuō)，我們就實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品，特別是非標(biāo)產(chǎn)品電控設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。因?yàn)閷?duì)于每一個(gè)具體的非標(biāo)設(shè)計(jì)任務(wù)，我們不再需要繪制圖紙，只需從標(biāo)準(zhǔn)范本中選擇出對(duì)應(yīng)的各張圖紙，就完成了設(shè)汁。這不但大大加快了工作效率，更主要的是從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)工藝都得到了規(guī)范，從而了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。