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      火藥燃燒測速系統(tǒng)的設計

      2015-12-06 07:51:14李健蘋游中勝
      關鍵詞:燃速感光火藥

      李健蘋,游中勝

      (1.重慶廣播電視大學,重慶 400052;2.重慶師范大學計算機與信息科學學院,重慶 401331)

      火藥燃燒速度的檢測非常關鍵,借助這些檢測數(shù)據(jù)可確定合理安全的煙花燃放時間。但現(xiàn)有的檢測技術幾乎全部由人工完成,測試人員在一個平面場地鋪設一條大于5 m火藥帶,在點燃火藥的同時由人工按下秒表計時,在火藥燃盡的同時也由人工按下秒表停止計時,通過時間和長度的換算得出火藥燃燒速度?,F(xiàn)有技術的缺點是檢測受人為因素影響,誤差大,且浪費了大量火藥[1-8]。采用火藥燃燒測速系統(tǒng)可克服上述缺點,提高測量精度,節(jié)約人力和物力。

      1 火藥燃燒測速系統(tǒng)主要技術指標

      主要技術指標:測量精度為±0.1 cm/s;自動點火時間小于5 s;點火可靠性為99.9%;電源電壓為AC220V±10%,50 Hz;環(huán)境溫度為-5~+40℃;系統(tǒng)壽命大于50 000 h。

      2 火藥燃燒測速系統(tǒng)整體設計

      圖1是火藥燃燒測速系統(tǒng)總體示意圖。感光座(1)上開有前感光孔(1a)和后感光孔(1b),前感光孔內安裝有前感光傳感器[2](2),后感光孔內安裝有后感光傳感器(3),前感光傳感器(2)和后感光傳感器(3)都是豎直朝向感光孔的上端孔口,感光座(1)的上端面固定有水平透光板(4),點火器(6)經點火器上的電阻絲(7)點燃火藥捻子(8)引燃火藥(9)達到測速的目的。

      圖1 火藥燃燒測速系統(tǒng)總體示意圖

      3 火藥燃燒測速系統(tǒng)控制部分

      火藥燃燒測速系統(tǒng)總體結構框圖如圖2所示。系統(tǒng)由感光傳感器1、感光傳感器2、信號處理電路、點火器、可編程序控制器PLC、打印機、鼠標、鍵盤、顯示器、火藥燃速計算機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成。

      圖2 火藥燃燒測速系統(tǒng)總體結構框圖

      3.1 PLC選用和硬件分配

      表1為系統(tǒng)PLC 的選用情況[9-11]。PLC輸入端分配表如表2所示,PLC輸出端分配表如表3所示。

      表1 PLC選用情況

      表2 PLC輸入端分配表

      表3 PLC輸出端分配表

      3.2 感光傳感器信號處理電路

      圖3是感光傳感器信號處理電路。電路選用2只光敏管作為感光傳感器和2只50 MΩ電阻構成一個光電轉換電路。選用1只CD4093[3]施密特觸發(fā)器作為信號抗干擾電路。選用2只3DK4三極管,2只3 kΩ、2只1 kΩ電阻構成電平轉換電路。電路工作原理:光敏管遮光后電阻變大,經分壓電路在CD4093輸入一個低電平電壓,I0.1和I0.2端輸出低電平信號;火藥點燃后,光敏管感光后電阻變小,經分壓電路在CD4093輸入一個高電平信號,I0.1和I0.2端輸出高電平信號。

      圖3 感光傳感器信號處理電路

      3.3 定時器和點火電路的設計

      定時器和點火電路如圖4所示。電路由西門子PLC221可編程控制器、繼電器J、按鈕ZB、測速按鈕CS、PC/PPI通信電纜、測速管理計算機、變壓器BY、點火電阻絲DZS(DZS阻值為2 Ω)、2只控制脈沖計數(shù)二極管、1只電路保護二極管IN4148構成。電路工作原理:由PLC221經Q0.0輸出高速時鐘脈沖,時鐘周期設置為50 μs;PLC221的輸入端I0.0接收Q0.0輸出的高速時鐘脈沖,利用PLC221內部高速計數(shù)器HSC0統(tǒng)計脈沖數(shù);Q0.1為0,允許計數(shù);Q0.1為1,禁止計數(shù)。

      圖4 定時器和點火電路

      3.4 系統(tǒng)控制程序設計

      計算機的RS232接口通過PC/PPI電纜連接到PLC221上。在配置中PLC要求異步通信協(xié)議為1個起始位、8個數(shù)據(jù)位,無奇偶校驗位,有1個停止位,波特率為9 600 bps。

      數(shù)據(jù)協(xié)議以10個ASCII碼字符為一組,每次PLC向計算機發(fā)送一組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式為SYXXXXXXXJ。第1字符表示一組數(shù)據(jù)開始,第2個字符表示PLC狀態(tài),D字符表示PLC處于待機狀態(tài),Z字符表示PLC處于準備好狀態(tài),H字符表示PLC處于測試結束狀態(tài),發(fā)送的第3~9個字符X測試燃燒時間數(shù)據(jù)是否有效,第10個字符J為一組數(shù)據(jù)傳送的結束標志。

      PLC的控制流程如圖5所示。

      圖5 PLC的控制流程

      火藥燃速數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建立的火藥燃速數(shù)據(jù)表包括型號、批次、測試序號、日期、孔距、燃速合格范圍、燃燒時間、燃燒速度9個字段變量,火藥燃速數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有查詢、刪除、添加、打印測試報表的功能?;鹚幦妓贁?shù)據(jù)管理系統(tǒng)主界面見圖6。操作人員在PLC狀態(tài)顯示準備好后輸入其他數(shù)據(jù)項,再按下DH按鈕完成整個測試過程。

      圖6 火藥燃速數(shù)據(jù)管理系主界面

      4 結束語

      本系統(tǒng)機械結構設計有創(chuàng)新,控制系統(tǒng)簡單實用,解決了現(xiàn)有測量技術受人為因素影響,測量誤差大,且浪費火藥的缺點,提高了測量精度,節(jié)約人力和物力。系統(tǒng)已在國內4個生產廠家得到應用,效果很好,有較大推廣價值。

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