标题计算机技术在环境试验设备中的应用

高级工程师      胡学海

计算机在环境模拟技术中的运用，已经成为国际上代表环境试验设备先进技术的趋势。我公司在该领域已经做了，并且正在进行着许多研究开发工作，取得了一些可喜的成果，也有许多体会，在这里与大家共同探讨。

一、在CAD设计中的应用

计算机辅助设计的运用在我公司经历了一个由浅入深的过程，在早期我们只是简单的甩掉了绘图板，用鼠标代替了铅笔。当然这也大大提高了我们的工作效率，无论在设计速度，精度，图面质量和出错率方面，都具有传统设计无法比拟的优点。尤其是使我们的图纸更加规范和标准化。

随着CAD二次开发的进行，我们的设计工作开始真正进入到了计算机辅助设计的实质。我们有了自己的图库，定制了专业化的菜单。正在建立的工程数据库分析系统，这一切将进一步提高工作效率。规范设计图纸，提高标准化程度。从而保证产品的质量和提高质量的一致性程度。另一方面，由于设计周期的缩短，使我们对市场的反应更加灵敏。随着工程数据库研究工作的深入，我们希望今后提供给用户的不单只是一个质量可靠，技术指标满足协议要求的产品，同时借助我们的数据库分析系统，用户可以得到此试验箱工作室各测量点在空载和各种不同负载，不同体积下的温度偏差曲线。而不单单提出一个温场均匀度指标，由此来真正保证产品试验的成功。由大量的前期各项目己成功的设计实验数据组成的数据库系统而建立起来的数学模型，使我们的产品设计计算变得更为准确合理、快速。这不但保证了产品的技术指标，可靠性指标，同时也确保其功耗用科等的合理性，提高产品的性价比。降低成本的最终受益者应该是用户。

CAD绘图中的专业化菜单是我公司制图设计中的二次开发成果，例如我公司的产品包装箱设计己不再需要绘制包装箱图，仅仅是点击菜单中包装箱，然后在对话框中输入产品的深宽高尺寸和重量参数，整个包装箱完整的图纸就自动绘制出来。同样对于电气底板。加热器支架等都实现了此种参数化自动绘图方式。这种CAD二次开发保证各个机械零件图纸中各零年尺寸的准确性。因为由电脑根据数学模型计算出来的东西是唯一的。避免了人为的粗心产生的错误，同时也大大提高了我们的工作效率。将设计人员从许多重复性的劳动中解脱出来从事创造性工作。

机械制图从二维平而制图进入到三维立体制作是我公司机械制图设计的一个转折点。公司花费了大量的资金购买了三维立体制作软件Solidage，并组织了多次培训，由此来提高我们的箱体结构设计和低温管路系统设计的水平。

我们已开始了电气设计标准化与白动化设计的课题研究，估计2002年会取得显著的进展。

二、在工业控制中的运用

计算机在工业控制领域中的运用是大家都非常熟悉的。环境试验设备的控制器从早期简易的动圈式仪表发展到今天由微处理器组成的数字仪表和工业控制讣算机系统。尤其是工业控制计算机系统彻底改变了传统的控制方式，无论是操作的方式，自动化程度，控制的精度等都得到了很大的发展。它的巨大优越性在于：

1、人机界面友好

对于操作者来说良好的人机界面是非常重要的，控制仪表尤其是温湿度控制仪表复杂的菜单结构，众多的缩写关键词，厚厚的操作使用手册，使许多操作者，尤其是非电气专业的操作者望而生畏，这使得试验箱的操作必须经过认真的培训学习才能逐步掌握操作使用。

我公司在人机界面上进行了许多改进，首先是操作简便，在软件设计中比较典型的如：高低温交变湿热试验箱，借助于WIN98的强大功能，在操作过程中提供了丰富的汉语提示和软件的容错处理，借助于17#大屏显示器，设计中尽量将频繁使用的操作和主要的显示项集中在一个显示屏上，同时将温度，湿度的显示放在醒目的位置上，将趋势图尽量放大，以此来突出主题。温度、湿度设置， 曲线的调用，跳步都在相应的显示处直接操作，而无需到另一个菜单上去操作。进一步简化了操作过程。对于所有的操作按钮和数据设置框都设计了相应的容错处理，错误的操作都将被屏蔽，并显示出提示对话框。

对于某些特殊的参数，例如温度，湿度的修正等作为维修层来处理，因为这些参数不需要操作者来修改，而是维修，调试时使用，所以在维修层中设置了密码，未经许可不能修改。

系统还设计了自检报警功能。系统上电后，实时监控各报警输入点，若有异常即弹出报警画面，告知操作者某处有某种类型故障，井告知其具休解决方法。

总之，对于人机界面的设计，我们力求做到所谓“傻瓜机”操作。目的是让操作者无需专业培训和记忆，就能立即掌握操作使用。

2、自动化程度提高

在软件的设计中我们针对各种不同的试验箱归纳了一套控制逻辑算法。例如：制冷机的开启，主加热，辅加热的开启等，在湿热控制仪表和早期的工控机软件中上述执行器动作是采用时序和丁动开关来实现。比如在设定曲线时，同时设置时序曲线，由此来控制制冷。辅助加热等的开启，而现在我们是根据测试环境温度，设定温度点的值，升降温的速率等参数来获取逻辑算法。实现这些执行器的自动开启。对于一般的定值控制，操作者只需设置一个温湿度值，点击起动按钮就完成了所有操作。

系统软件也具备如定时开机，定时关机，段跳步，时间跳步，曲线打印，报表打印，平均值计算，最大值，最小值计算等功能，由此来满足不同的需要，提高自动化程度。

3、控制精度提高

这里主要是针对相对湿度控制的特点。目前国内外湿热试验箱的温湿度普遍采用干湿球法，其中相对湿度的PID运算的偏差值是相对湿度，即；

   VRH=RH-SRH

   VRH：相对湿度偏差

   SRH：相对湿度设定值

   RH：相对湿度采样值

我们知道，由干湿球法获取的相对湿度是温度的函数，在环境温度附近的温度点由于箱内温度与环境温度之间的温差较小，如果没有开启除湿机，或对于没有除湿机的恒温恒湿试验箱，其温度就很容易波动。对于单独的温度试验，此温度波动系统能够将其控制在±0.5℃以内。但对于湿热试验在温度上升过程中，干球温度和湿球温度的上升并不完全同步，湿球温度要略微滞后，此瞬间过程产生干球温度，湿球温度差增大，从而导致相对湿度减小，也就产生相对湿度PID运算的偏差增大，由此产生PID运算输出量增大。在环境温度和箱体内控制温度较接近的情况下，由于试验箱保温和密封性能较好，环境温度与箱内的温差不足以克服已过冲的温度，在试验过程中，加湿输出使温度不但不能降下来，反而上升，从而产生温度值缓慢飘离设定值的现象。这是目前通用型温湿度仪表包括高精度的UP750系列仪表的缺点。我公司开发的相对湿度PID运算方法克服了此种缺点，我们采用控制干球温度和湿球温度，而不是干球温度和相对湿度。由于在控制过程中无论干球温度怎样上升，由相对湿度而获取的湿球温度并不会低于设定的湿球温度，因此就不会产生错误的加湿输出，从而克服了温度上飘的现象，同时也使整体控制性能更佳，过渡过程短，过冲量小，真正解决了湿热箱调试难的问题。

4、可靠性增长

控制系统的可靠性是我公司长期研究的课题。目前我们采用PLC可编程逻辑控制器作为www.531718.com下位机实现数据采集，运算控制输出，PC工控机作为上位机显示设定的模式。较之原来采用的模块，A/D卡，I/O卡的模式，可靠性上了一个台阶。

从硬件上来说可编程逻辑控制仪的可靠性是众所周知的，它本来就是为恶劣的工业环境下设计的控制器，我们在软件设计中充分的利用了这一点将下位机PLC作为一个独立的控制器，在工业PC机受到干扰或掉电的情况下，下位机PLC并不受影响。上位机工业PC只是作为接收显示，存储设定。并不直接控制外部输入输出。另外由工业PC式触摸屏加上PIC组成的系统将更多的硬件，例如，开关，按钮，指示灯，中间继电器等软件化了，结果是使硬件故障率降低，可靠性得到增长。

我们在控制系统中配置的可编程逻辑控制仪PLC，人机界面触摸屏。中间继电器等产品都是德国西门子产品，这种国际知名品牌的产品在生产规模，生产工艺，检测手段，通用性程度等方面都是一般小企业难以做到的，小型企业能够设计制造出这样的产品，但是它的批量产品质量的稳定就不能和品牌公司相提并论。大规模和通用性也使它们的产品价位降低。我们的设计思想是采用国际知名品牌公司的硬件产品，设计出适合环境试验设备的专用软件，由此组成的控制系统，来达到产品的可靠性增长。

三、在标准化设计中的应用

我公司试验箱的大部分零配件和电器元件都采用通用型产品，所以我们很容易将各类试验箱的硬件构成定型。从控制系统上我们将其分为工控机形式、触摸屏形式和通用控制仪表形式，从而我们将每一种型式的硬件定型，做出每一种形式电原理图的标准范本。这样，从某种意义上说，我们就实现了产品，特别是非标产品电控设计的自动化和标准化。因为对于每一个具体的非标设计任务，我们不再需要绘制图纸，只需从标准范本中选择出对应的各张图纸，就完成了设汁。这不但大大加快了工作效率，更主要的是从设计到生产工艺都得到了规范，从而保证了产品质量的稳定性。

举例来说：某个电气设计员接到一个要求采用工控机控制的高低温试验箱的设计任务。他只需根据技术协议书要求从标准范本中选择出相关电原理图，www.531718.com零部件明细表，填写产品定额中各器件的数量，而器件的安装位置都是定型的，也就是说生产工艺是一致的，只是多和少的关系，而其中的逻辑关系都被软件化了，需要修改的只是软件的修改。而从硬件上来说，标准化系数得到提高，生产工艺，如排线和走线工艺是规范的。从而保证了产品质量的稳定。