大型交变盐雾试验室的监控系统设计

陈新苹，薛秀美

（工业和信息化部电子第五研究所，广州 511370）

引言

交变盐雾试验是考核装备防护层和表面涂层耐腐蚀性指标的重要试验之一，交变盐雾试验设备（亦称复合盐雾试验箱）是完成交变盐雾试验的必备设施[1-2]。一些舰船、潜艇、沿海用直升机、航天器等大尺寸整机、零部件有交变盐雾试验需要[3-5]，需研制大型交变盐雾试验室。为满足GJB 150A-2009、IEC 60068-2-52：2017、GB/T 2423.18-2021、MIL-STD-810F等标准中的交变盐雾试验方法及大试验内容积的要求，确定装备防护层和表面涂层的防护效能、确定盐沉积对装备物理特性和电气特性的影响，按照标准[6]要求成功研制了大型交变盐雾试验室及其监控系统，并已成功应用于某第三方检测实验室，达到了考核大型整机、零部件等产品耐受盐雾的能力。

大型交变盐雾试验室的主要设计技术指标如下[7-9]：

1）试验温度范围：（+20～+60）℃；

2）盐雾温度范围：（+15～+35）℃；

3）湿热能力：（40±2）℃；（93±2）%RH；

4）干燥能力：（23±2）℃；（45～55）%RH；

5）温湿度均匀度: ± 2 ℃、±2 %RH；

6）盐雾沉降量:（1～3）ml/80 cm2·h。

该大型交变盐雾试验室在结构上采用了双室体结构，即由盐雾室和湿热室两部分组成，盐雾室承担盐雾暴露的功能，湿热室承担湿热和干燥贮存的功能，以达到盐雾和湿热、干燥的循环试验要求；在监控系统设计上采用工控机和可编程序控制器（PLC），对盐雾室和湿热室同时进行控制和监测，以达到高度的可靠性、一体化控制的目的。

1 监控系统的系统构成

大型交变盐雾试验室监控系统分为三个层级：基础级、过程级、管理级。该监控系统的系统构架如图1所示。

图1 大型交变盐雾试验室监控系统的系统构架

基础级：实现对交变盐雾试验室的直接控制、检测和初步转换，当在上位系统出现故障的情况下，进行紧急处理操作，其主要由拖动电路、传感器、加湿系统、加热系统、压缩机、风机、通风系统、供水系统等组成。

过程级：它对过程信号进行深加工，以满足控制要求，当基础级出现故障时，进行处理操作并回送给上位机进行报警，其主要由PLC组成。

管理级：通过工控机实现试验剖面的输入、密码管理、运行、报警、程序控制、显示等功能，并可通过打印机输出过程运行情况，其主要由工控机、打印机等组成。工控机通过RS232总线与过程级的可编程控制器（PLC）进行通讯。

2 监控系统的软件设计

大型交变盐雾试验室监控系统的软件主要实现人机数据交换、PID控制算法、信号采集处理控制、输入输出状态显示、状态报警等功能，包括人机交互界面系统和测控系统。本文重点介绍人机交互界面系统和测控系统。

2.1 人机交互界面系统

人机交互界面系统采用可视组态软件实现工作状态的监视、报警、试验剖面的输入等功能，具有友善的人-机界面及逼真的动态图形显示，主要由首页、主页、系统设置、试验剖面、数据、报表、输入输出、历史趋势、数据、报警、运行/停止、在线帮助等部分组成，动态显示试验的运行情况。人机交互界面系统构成如图2所示。

图2 人机交互界面系统构成

1）首页

主要显示该监控软件相关设计的信息如软件版本号、设计者、所有权等，用户输入用户名、密码后可登录进入主页。

2）主页

主页包括大型交变盐雾试验室的双室体结构，显示湿热室的离心风机、制冷机、加湿器、加热器、温度传感器等的相对位置及动态运行状况；显示盐雾室的加热器、喷嘴、盐水箱、水泡塔、空压机、温度传感器等的相对位置及动态运行状况；显示试验运行状况；修改用户密码，管理登录用户；当设备有报警时，软件界面的报警灯会闪烁提示用户；通过键盘鼠标进入到系统的其它部分。

3）试验剖面

在交变盐雾试验剖面画面设置用户的试验剖面：保存、打开试验剖面；设置数据记录时间、掉电保护时间，设置报警温度限；通过键盘鼠标进入到系统的其它部分。

4）数据监视

数据监视画面可显示湿热室的温度、相对湿度的实测值及设定值；显示盐雾室的温度、两个水泡塔的温度；显示加热、加湿输出量；进入到以EXCEL查看历史数据，利用EXCEL打印数据及曲线；通过键盘鼠标进入到系统的其它部分。

5）输入输出

输入输出画面显示22路输出及13路输入状态；在系统管理员级下，当在非运行状态时，可强制输出，利于对拖动电路的调试、检查；通过键盘鼠标进入到系统的其它部分。

6）历史趋势

历史趋势显示设备在一定的时间段内的温度、相对湿度值；通过键盘鼠标进入到系统的其它部分。

7）系统设置

系统设置画面的主要功能是：在系统管理员级下可设置测量参数；设置控制参数；可进行自整定控制；通过键盘鼠标进入到系统的其它部分。

8）报警

画面显示报警内容，以供查阅详细的报警资料。

9）运行/停止

当在停止状态时，显示“运行”；当在运行状态时，显示“停止”；需运行或停止时，按键会出现一个确认画面，根据需要进行处理。

10）在线帮助

在线帮助实现对监控系统画面的操作说明，其目的是帮助用户尽快掌握和应用该系统软件的操作功能。

2.2 测控系统

大型交变盐雾试验室监控系统的测控系统部分采用在PLC中进行编程，主要实现测量计算、PID调节、过程控制等功能，包含电路自检、采集计算、PID控制、输入输出控制、通讯等子程序，实现了对盐雾室和湿热室两个室体中的四组温度传感器、湿度传感器的采集计算并上传到上位机显示、对温度、湿度4路参数进行PID调节控制、对拖动电路进行输入输出操作。

3 结束语

本文主要介绍在大型交变盐雾试验室中对温度、相对湿度等过程参数进行实时监测与控制的系统设计，实现对交变盐雾试验室双室体的监视、控制及对试验剖面的设置运行等功能。该监控系统的主要特点是：操作画面友好、动态显示、直观性强、运行稳定可靠，已成功运行于大型交变盐雾试验室，如图3、图4所示，取得了预期效果。可为交变盐雾试验等大型试验设备的软件系统设计提供参考。

图3 大型交变盐雾试验室