導(dǎo)彈作為未來高科技戰(zhàn)爭(zhēng)的主戰(zhàn)兵器，在日常存儲(chǔ)時(shí)，其發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥和電子設(shè)備對(duì)可靠性有著特殊要求，對(duì)這類設(shè)備的存儲(chǔ)必須嚴(yán)格控制溫濕度、振動(dòng)以及霉菌等環(huán)境要素[1]。庫房環(huán)境要求密封，若采用人工方式監(jiān)測(cè)導(dǎo)彈的存儲(chǔ)環(huán)境,測(cè)量數(shù)據(jù)多,次數(shù)頻繁,工作量大[2-3]，且測(cè)量時(shí)會(huì)破壞導(dǎo)彈原有的密封環(huán)境。環(huán)境監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)可以自動(dòng)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給值班室的人機(jī)界面， 為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的故障預(yù)測(cè)與健康管理PHM(Prognostics and Health Management)提供環(huán)境數(shù)據(jù)，為值班人員對(duì)存儲(chǔ)環(huán)境進(jìn)行加熱、除濕等決策提供判據(jù)。

    通過環(huán)境監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，大量溫濕度等環(huán)境載荷數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)，為將來進(jìn)行導(dǎo)彈相關(guān)部件的壽命疲勞評(píng)估和對(duì)存儲(chǔ)環(huán)境的季節(jié)、月份、區(qū)域變化規(guī)律統(tǒng)計(jì)分析提供原始數(shù)據(jù)支撐。
1 系統(tǒng)組成
    環(huán)境監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)主要由PLC主控模塊、擴(kuò)展模塊組、信號(hào)調(diào)理模塊組、傳感器和人機(jī)界面（HMI）組成。如圖1所示，各類傳感器采集庫房各房間的溫濕度等環(huán)境信息，經(jīng)信號(hào)調(diào)理，模擬信號(hào)傳送至擴(kuò)展模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)串行組網(wǎng)通信，采集數(shù)據(jù)傳送給PLC主控模塊，控制核心與HMI之間以Modbus協(xié)議通信，HMI畫面上可以監(jiān)控到所有庫房的環(huán)境信息，同時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以一定周期存儲(chǔ)到移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)。

    PLC控制器的工作環(huán)境范圍較寬，可靠性高，模塊采用直流24 V供電，運(yùn)算速度快，本體具備多路模擬量擴(kuò)展能力，并具有多通信口和CANBus總線通信功能。本體通過端口Port 2與HMI的端口COM 2相連接。擴(kuò)展模塊完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的功能，對(duì)空氣的溫濕度信號(hào)采集時(shí)，選用E8AD，A/D轉(zhuǎn)換的分辨率為1/163 83，通過通信電纜與本體的擴(kuò)展通信口相連，將采集信息實(shí)時(shí)傳遞給PLC主控模塊。
    人機(jī)界面（HMI）選用TH865，可以實(shí)時(shí)對(duì)PLC控制器的各類寄存器狀態(tài)進(jìn)行讀取，從而獲得采集的各類庫房環(huán)境信息，通過設(shè)置“功能域”和“數(shù)據(jù)采集導(dǎo)出”功能可以將采集的環(huán)境數(shù)據(jù)以表格形式存入到CE.CSV文件中。
1.1 信號(hào)調(diào)理
    環(huán)境傳感器傳感的信號(hào)有電阻、電壓等，這些信號(hào)一般不能直接接入擴(kuò)展模塊，需先進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，轉(zhuǎn)換成擴(kuò)展模塊采集端所要求的標(biāo)準(zhǔn)電壓電流[4]。對(duì)LNTT502FW傳感器進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，如圖2所示，電阻RTD為傳感器電阻，傳感器返回的是891 Ω~32 087 Ω范圍的電阻值，經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換，最終以VRTD的電壓信號(hào)形式輸出。

    電路中各元器件的參數(shù)選取與傳感器的R/T規(guī)律和擴(kuò)展模塊的信號(hào)接入標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)。推導(dǎo)R/T規(guī)律時(shí)，以傳感器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為樣本，基于最小二乘法的多項(xiàng)式逼近原理建立數(shù)學(xué)模型[5-6]。假設(shè)測(cè)試數(shù)據(jù)的誤差是無偏的，即沒有系統(tǒng)誤差，相互獨(dú)立，服從正態(tài)分布，用最小二乘法尋求R/T數(shù)學(xué)模型各參數(shù)(a1，a2，a3，…，am+1)的最優(yōu)估計(jì)值。運(yùn)用傳感器測(cè)量n組相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)(R1，T1)，(R2，T2)，(R3，T3)，…，(Rn，Tn)，假設(shè)m冪次非線性多項(xiàng)式為n組獨(dú)立數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型，即：

1.2 傳感器選用
    各類環(huán)境要素信息的獲取依靠傳感器來完成。大氣溫度傳感器選用LNTT502FW，為NTC熱敏電阻型傳感器，是與被測(cè)介質(zhì)接觸測(cè)量溫度的負(fù)溫度系數(shù)半導(dǎo)體測(cè)量元件。NTC型傳感器大多為Mn、Ni、Co、Fe、Cu等金屬氧化物經(jīng)過燒結(jié)而制成的半導(dǎo)體材料，具有使用壽命長(zhǎng)、可靠性高和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)彈內(nèi)某設(shè)備的內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)選用TS118傳感器，利用紅外測(cè)溫的原理，傳感器本體安裝在彈體外表面，將TS118的感應(yīng)頭對(duì)準(zhǔn)要測(cè)量的設(shè)備，即可測(cè)得該部位設(shè)備內(nèi)部的最高溫度。環(huán)境大氣溫度傳感器選用HTG3515CH，可以檢測(cè)0~100%范圍的濕度變化,傳感器的線性度很高,測(cè)量誤差為±3%，滿足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。總之，傳感器的選取直接決定數(shù)據(jù)采集的精度，是整個(gè)采集系統(tǒng)的感知器官，是采集系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
2 采集程序設(shè)計(jì)
    采集控制程序基于梯形語言設(shè)計(jì)，圖3是系統(tǒng)采集控制程序框圖。首先系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備模塊端口初始化和系統(tǒng)自檢，自檢通過后進(jìn)行通道選擇，通過設(shè)置擴(kuò)展模塊的通道寄存器，實(shí)現(xiàn)通道控制，圖4是某一通道控制梯形語言程序。相應(yīng)傳感器對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行環(huán)境溫濕度信號(hào)采集，可編程控制器對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行寄存器存儲(chǔ)并進(jìn)行算法分析，包括溫濕度的算法換算、濾波處理和誤差補(bǔ)償?shù)?處理好的數(shù)據(jù)通過Modbus協(xié)議傳輸網(wǎng)絡(luò)傳至人機(jī)監(jiān)控界面HMI,并將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入到可擦寫存儲(chǔ)器。

    消除與減小各種干擾，確保工作過程中傳感器的穩(wěn)定性和必需的運(yùn)轉(zhuǎn)指標(biāo)，是高精度測(cè)量的關(guān)鍵之一。對(duì)于有些已經(jīng)進(jìn)入電路的干擾，用硬件措施不易實(shí)現(xiàn)并且不易湊效，可以考慮在采用微處理器的智能傳感器系統(tǒng)中，通過編入一定的程序進(jìn)行信號(hào)處理和分析判斷，達(dá)到抑制干擾的目的。為了消除干擾因素對(duì)采集信號(hào)的影響，采集數(shù)據(jù)需要進(jìn)行信號(hào)濾波處理。以某一時(shí)間段的溫度采集數(shù)據(jù)為樣本，采用軟件濾波的方法，濾波效果如圖5所示。圖中“*”表示實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，曲線表示經(jīng)過軟件算法處理后的擬合數(shù)據(jù)。顯然，濾波后的溫度數(shù)據(jù)變化更趨平滑，符合實(shí)際大氣溫度連續(xù)變化的特點(diǎn)。

3 HMI設(shè)計(jì)
    對(duì)三個(gè)庫房的溫濕度進(jìn)行監(jiān)控，基于TouchWin軟件，設(shè)計(jì)的HMI主監(jiān)控畫面如圖6所示。
    在主監(jiān)控畫面上，操作員可以實(shí)時(shí)觀察到各庫房的環(huán)境信息。信息的顯示通過讀取PLC主控模塊定義的采集寄存器狀態(tài)來獲得，信息通信使用Modbus協(xié)議。當(dāng)操作員需進(jìn)一步了解某庫房的環(huán)境信息時(shí)，通過點(diǎn)擊主畫面上相對(duì)應(yīng)的“進(jìn)入分控畫面”按鈕，進(jìn)入該庫房的分控畫面。在分控畫面上，溫度等環(huán)境信息，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以監(jiān)測(cè)值為縱坐標(biāo)進(jìn)行曲線顯示，便于操作員了解環(huán)境變化趨勢(shì)，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)采集控制系統(tǒng)的核心PLC進(jìn)行二次開發(fā)，利用預(yù)留的開關(guān)量控制點(diǎn)，設(shè)置相應(yīng)的功能鍵，控制相應(yīng)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備的啟停。
    基于PLC技術(shù)和HMI設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)可以完成對(duì)庫房存儲(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)記錄和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面交互性強(qiáng)，系統(tǒng)硬件基于成熟的PLC技術(shù)開發(fā)，可靠性高[7]。記錄系統(tǒng)最終生成“.CSV”文件，數(shù)據(jù)以表格形式存在，可以用Exel打開，為后續(xù)庫房存儲(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)庫研究工作提供接口。環(huán)境監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)彈庫房環(huán)境管理資源進(jìn)行重新配置和改造，極大地減少人對(duì)環(huán)境的干擾，最大限度地保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，先進(jìn)的手段與資源支持能夠準(zhǔn)確地反映庫房環(huán)境變化規(guī)律，利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估的輸出結(jié)果做出相應(yīng)的支持決策，提高導(dǎo)彈庫房存儲(chǔ)的管理水平。
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