CN101676699B - 一种多点温度采集方法 - Google Patents
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Abstract
一种多点温度采集方法，采用四个模块：测温元件部分，变送器部分，数据采集卡部分，以上位机为载体的组态软件部分；测温元件部分由八只电偶组成的放射式截面，安装在发动机低压涡轮出口部分，每只电偶上有八个测温点，变送器部分使用上位计算机对电信号进行采集，数据采集卡部分数据采集卡方面实现对双极的标准信号或单极的信号进行换算，“组态王”软件通过工控机系统总线对板卡进行数据采集时，从A400这一位开始，扫描到A41F。本发明的优点：可以准确直接的反应现场温度场情况，对电偶坏点可以实现自动与人工屏蔽功能，进行温度补偿，更真实的反映T4温度，对判断发动机燃烧情况起到关键的作用。
Description
技术领域
本发明涉及温度采集系统领域，特别提供了一种多点温度采集方法。
背景技术
温度采集系统是对温度场进行直观反映的设备，发动机燃烧室内燃烧情况的好坏直接决定着发动机品质的优劣。传统的方法不能满足精确测量的要求，希望能够实现通过监视画面得到温度变化情况，使试车人员对低压涡轮出口的燃烧情况能有直观的了解，判断发动机工作情况。
发明内容
本发明的目的是为了满足测量要求，提供一种多点温度采集方法
本发明提供了一种多点温度采集方法，其特征在于：所述的多点温度采集方法采用四个模块：测温元件部分1，变送器部分2，数据采集卡部分3，以上位机为载体的组态软件部分4；
测温元件部分1由八只电偶组成的放射式截面，安装在发动机低压涡轮出口部分，每只电偶上有八个测温点，在由八只电偶组成的截面上共有64个测温点，由这64个点组成一个截面对发动机T4部分即低压涡轮出口温度进行测量。采用八只电偶64个测温点对T4部分进行测温可以对该部分燃烧情况更直观的了解。通过组态软件编程，在监控界面上不仅可以显示每一点的温度数值，还可以对每只电偶的平均温度给予显示。通过编程，以动画的形式在主监控界面上对最大值和最小值进行闪烁指示。通过这种方式，使试车人员对T4温度场的变化有直观的了解，从而对发动机的工作情况进一步的掌握；变送器部分2使用上位计算机对电信号进行采集，首先变送器装置将热电偶产生微小电势差变换为数采卡可以识别的标准电信号，即0—5V，0-10V，4-20mA电压或电流信号；
数据采集卡部分3数据采集卡方面选用研华公司的PCI1713板卡，实现对—10V—+10V，—5V—+5V，—2.5V—+2.5V，—1.25V—+1.25V，—0.625V—+0.625V双极的标准信号，或者对0V—+10V，0V—+5V，0V—+2.5V，0V—+1.25V单极的信号进行换算，PCI1713具有12位换算精度，平均2.5微秒的转换时间，最大100kHz采样频率，采用32路单端输入，共需要对64个测温点进行采集数据，选用两块研华PCI1713板卡；PCI1713板卡主要的功能就是模数转换，对由温度变送器变换过来的0——10V标准信号进行模数转换，将模拟信号转换为上位计算机可以识别的二进制数字信号，从而通过上位机系统总线对经过转换的二进制信号进行采集；
将PCI1713插入到工业控制计算机的PCI插槽上，然后安装PCI1713板卡的硬件驱动程序，在操作系统的设备管理器中确定板卡的输入/输出范围；组态王定义PCI1713设备的地址格式为XXXX.X。例如：如果板卡1的输入/输出范围是A400-A41F，从输入/输出范围也能看出板卡是32位的。则“组态王”软件通过工控机系统总线对板卡进行数据采集时，从A400这一位开始，扫描到A41F。
所述的多点温度采集方法能实现五个功能：温度误差曲线校正功能；对电偶的可能坏点进行屏蔽的功能，并且对屏蔽后的点不参与计算，得出新的计算结果；系统动画功能的实现；阶段平均值的实现；人工保存，自动保存数据报表，并且对所保存的报表进行查询的功能。
所述的温度误差曲线校正功能，温度曲线的校正功能如图2，标准曲线的X轴是板卡与计算机总线通讯的二进制数与它所对应的标准信号的值，从0到2的12次方对应标准信号0V到10V，而Y轴则是从0℃到1000℃，正常理想的温度曲线是下图中的标准曲线，而现场的实际情况可能并不是这样。例如当采集到的信号是5V的时候，如果根据现场情况应该标定520℃而不是500℃的时候，这时的温度曲线就是图2中的校正曲线了。曲线确定之后，以后每次采集到的标准信号所对应的温度值都根据校正曲线来确定，标定的点越多，测得的温度值就越接近实际值，图2是对三个点进行标定，分别是：0V，0℃；5V，520℃；10V，1000℃，三个点构成了一条两段的折线。工程中通过软件编程可以最多对5个点进行标定，即构成一条4段的温度校正折线，如图3。当采集到的标准信号落在A段时，计算公式是0—a这段温度曲线，同理，当信号落在B，C，D段时，相应的温度曲线就是0—a，a—b，b—c，c—d；图4是标定三点的两段温度曲线a—b—c，初始点是a点，最后一点是c点。当采集到的信号落到0—u1这段时，通过编程使a1—a这段曲线的计算公式遵循a—b曲线的规则，相当于a—b曲线的延长线。同理c—c1曲线相当于b—c的延长线；对误差曲线的计算公式如下：T＝(T2-T1)(Ux—U1)/(U2-U1)+T1。
所述的坏点人工和自动屏蔽功能，在实际对T4温度场进行测量的过程中，全部的64个测温点有可能会出现某个点或者某几个点测温不准的情况，这有可能是偶丝的问题，也有可能是传输的问题，当温度值与其他相邻测温点出现较大偏差时，例如有时会出现测温点达到1000℃，而其相邻点只有3，4百度的情况；或者测温点示数很低的情况，这时如果再把这些明显不符合客观事实的数值参与计算的话，会造成64点温度场平均值的不准确，对最值的显示也将是不准确的。所以在软件编程中需要将这些坏点剔除掉，使其不参与计算，在工程中通过编程实现两种屏蔽坏点的方式：人工屏蔽方式和自动屏蔽方式；人工屏蔽功与自动屏蔽功能可以同时进行，人工屏蔽是通过鼠标点击电偶测温点的符号T11——T88，在弹出的对话框中决定是否对该点进行屏蔽，人工屏蔽可以对64个点都进行屏蔽，是有选择性的，由操作人员根据经验选择的，自动屏蔽则是根据目前64个点的显示值与目前64个点的平均值做比较，当发现显示值与平均值的差的绝对值超出了一定范围，则剔除符合条件的测温点，从而实现对坏点的自动屏蔽，工程中可以人工输入幅值的数值，以便随时调试。
实时平均值计算公式如下：
实时平均值＝(64点累计和—屏蔽点累计和)/(64—屏蔽的点数)
通过编制相应的子函数分别算出64点总和值，被屏蔽点总和，被屏蔽的点数。
所述的系统动画的实现，对显示画面上64个测温点最值的显示，对最大值的点以青蓝色与红色作周期一秒的闪烁指示；对最小值的点以黄色与红色作周期一秒的闪烁指示，相应的当最值被屏蔽了，则通过程序寻找下一个最值，并且作相应的显示。
所述的阶段平均值的实现，工程中需要求64点的平均值，为了使计算结果更加精确，这里设计了对5秒，8秒，10秒这三个时段分别求平均值的功能，利用“组态王”的毫秒变量，只要这个变量一变化，就将当时的实时平均温度赋予一个暂存变量，累计时间五秒时，将这些暂存变量再求平均值，得出这一时段平均值，八秒与十秒时段平均值原理同上。
所述的人工保存，自动保存数据报表，且对保存报表进行查询的功能，具有显示64个测温点的实时温度值，还有具体日期，时间，操作人员，最值，实时和时段平均值；保存的文件名是以保存报表当时的时间命名的，便于查找，还可以实现打印功能；查询历史温度报表，对保存的报表进行查询，分别对人工保存和自动保存的报表进行查询，文件名以保存时的时间命名的，格式为：年.月.日.时.分.秒。
温度采集系统是对发动机的温度进行温度信号数据采集的先进的自动化系统。该系统以工业控制计算机作为上位机，通过热电偶对温度信号进行采集，经由变送器模块，数据采集卡对信号进行处理。以国产组态软件“组态王”为平台，编制操作界面，绘制校正曲线，利用强大的后台编程平台编制程序语言，对采集到的数据进行分析处理。
温度采集系统是对温度场进行直观反映的一套设备，发动机燃烧室内燃烧情况的好坏直接决定着发动机品质的优劣。通过热电偶对温度信号进行采集，将温度信号转为便于采集的电势信号，再经过一系列的中间环节，最终由工业控制计算机对所采集到的数据进行分析计算，在监视屏幕上对各点温度进行显示。通过监视画面对各测温点的位置，温度变化情况进行实时反映，使试车人员对低压涡轮出口的燃烧情况能有直观的了解，是判断发动机工作情况的重要一环。
本发明的优点：
可以准确直接的反应现场温度场情况，对电偶坏点可以实现自动与人工屏蔽功能，防止出现坏点导致计算结果误差的情况。对64个测温点进行最多5点的误差校正，进行温度补偿，更真实的反映T4温度。对判断发动机燃烧情况起到关键的作用。同时这套系统的测量方法可以与其他的组态工程进行数据交换，目前已经实现通过网线与NI公司的LABVIEW软件进行数据交换。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为系统原理框图；
图2为温度曲线的校正图；
图3为温度校正折线图；
图4为标定三点的两段温度曲线。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种多点温度采集方法，其特征在于：所述的多点温度采集方法采用四个模块：测温元件部分1，变送器部分2，数据采集卡部分3，以上位机为载体的组态软件部分4；
测温元件部分1由八只电偶组成的放射式截面，安装在发动机低压涡轮出口部分，每只电偶上有八个测温点，在由八只电偶组成的截面上共有64个测温点，由这64个点组成一个截面对发动机T4部分即低压涡轮出口温度进行测量。采用八只电偶64个测温点对T4部分进行测温可以对该部分燃烧情况更直观的了解。通过组态软件编程，在监控界面上不仅可以显示每一点的温度数值，还可以对每只电偶的平均温度给予显示。通过编程，以动画的形式在主监控界面上对最大值和最小值进行闪烁指示。通过这种方式，使试车人员对T4温度场的变化有直观的了解，从而对发动机的工作情况进一步的掌握；变送器部分2使用上位计算机对电信号进行采集，首先变送器装置将热电偶产生微小电势差变换为数采卡可以识别的标准电信号，即0—5V，0-10V，4-20mA电压或电流信号；
数据采集卡部分3数据采集卡方面选用研华公司的PCI1713板卡，实现对—10V—+10V，—5V—+5V，—2.5V—+2.5V，—1.25V—+1.25V，—0.625V—+0.625V双极的标准信号，或者对0V—+10V，0V—+5V，0V—+2.5V，0V—+1.25V单极的信号进行换算，PCI1713具有12位换算精度，平均2.5微秒的转换时间，最大100kHz采样频率，采用32路单端输入，共需要对64个测温点进行采集数据，选用两块研华PCI1713板卡；PCI1713板卡主要的功能就是模数转换，对由温度变送器变换过来的0——10V标准信号进行模数转换，将模拟信号转换为上位计算机可以识别的二进制数字信号，从而通过上位机系统总线对经过转换的二进制信号进行采集；
将PCI1713插入到工业控制计算机的PCI插槽上，然后安装PCI1713板卡的硬件驱动程序，在操作系统的设备管理器中确定板卡的输入/输出范围；组态王定义PCI1713设备的地址格式为XXXX.X。例如：如果板卡1的输入/输出范围是A400-A41F，从输入/输出范围也能看出板卡是32位的。则“组态王”软件通过工控机系统总线对板卡进行数据采集时，从A400这一位开始，扫描到A41F。
所述的多点温度采集方法能实现五个功能：温度误差曲线校正功能；对电偶的可能坏点进行屏蔽的功能，并且对屏蔽后的点不参与计算，得出新的计算结果；系统动画功能的实现；阶段平均值的实现；人工保存，自动保存数据报表，并且对所保存的报表进行查询的功能。
所述的温度误差曲线校正功能，温度曲线的校正功能如图2，标准曲线的X轴是板卡与计算机总线通讯的二进制数与它所对应的标准信号的值，从0到2的12次方对应标准信号0V到10V，而Y轴则是从0℃到1000℃，正常理想的温度曲线是下图中的标准曲线，而现场的实际情况可能并不是这样。例如当采集到的信号是5V的时候，如果根据现场情况应该标定520℃而不是500℃的时候，这时的温度曲线就是图2中的校正曲线了。曲线确定之后，以后每次采集到的标准信号所对应的温度值都根据校正曲线来确定，标定的点越多，测得的温度值就越接近实际值，图2是对三个点进行标定，分别是：0V，0℃；5V，520℃；10V，1000℃，三个点构成了一条两段的折线。工程中通过软件编程可以最多对5个点进行标定，即构成一条4段的温度校正折线，如图3。当采集到的标准信号落在A段时，计算公式是0—a这段温度曲线，同理，当信号落在B，C，D段时，相应的温度曲线就是0—a，a—b，b—c，c—d；图4是标定三点的两段温度曲线a—b—c，初始点是a点，最后一点是c点。当采集到的信号落到0—u1这段时，通过编程使a1—a这段曲线的计算公式遵循a—b曲线的规则，相当于a—b曲线的延长线。同理c—c1曲线相当于b—c的延长线；对误差曲线的计算公式如下：T＝(T2-T1)(Ux—U1)/(U2-U1)+T1。
所述的坏点人工和自动屏蔽功能，在实际对T4温度场进行测量的过程中，全部的64个测温点有可能会出现某个点或者某几个点测温不准的情况，这有可能是偶丝的问题，也有可能是传输的问题，当温度值与其他相邻测温点出现较大偏差时，例如有时会出现测温点达到1000℃，而其相邻点只有3，4百度的情况；或者测温点示数很低的情况，这时如果再把这些明显不符合客观事实的数值参与计算的话，会造成64点温度场平均值的不准确，对最值的显示也将是不准确的。所以在软件编程中需要将这些坏点剔除掉，使其不参与计算，在工程中通过编程实现两种屏蔽坏点的方式：人工屏蔽方式和自动屏蔽方式；人工屏蔽功与自动屏蔽功能可以同时进行，人工屏蔽是通过鼠标点击电偶测温点的符号T11——T88，在弹出的对话框中决定是否对该点进行屏蔽，人工屏蔽可以对64个点都进行屏蔽，是有选择性的，由操作人员根据经验选择的，自动屏蔽则是根据目前64个点的显示值与目前64个点的平均值做比较，当发现显示值与平均值的差的绝对值超出了一定范围，则剔除符合条件的测温点，从而实现对坏点的自动屏蔽，工程中可以人工输入幅值的数值，以便随时调试。
实时平均值计算公式如下：
实时平均值＝(64点累计和—屏蔽点累计和)/(64—屏蔽的点数)
通过编制相应的子函数分别算出64点总和值，被屏蔽点总和，被屏蔽的点数。
所述的系统动画的实现，对显示画面上64个测温点最值的显示，对最大值的点以青蓝色与红色作周期一秒的闪烁指示；对最小值的点以黄色与红色作周期一秒的闪烁指示，相应的当最值被屏蔽了，则通过程序寻找下一个最值，并且作相应的显示。
所述的阶段平均值的实现，工程中需要求64点的平均值，为了使计算结果更加精确，这里设计了对5秒，8秒，10秒这三个时段分别求平均值的功能，利用“组态王”的毫秒变量，只要这个变量一变化，就将当时的实时平均温度赋予一个暂存变量，累计时间五秒时，将这些暂存变量再求平均值，得出这一时段平均值，八秒与十秒时段平均值原理同上。
所述的人工保存，自动保存数据报表，且对保存报表进行查询的功能，具有显示64个测温点的实时温度值，还有具体日期，时间，操作人员，最值，实时和时段平均值；保存的文件名是以保存报表当时的时间命名的，便于查找，还可以实现打印功能；查询历史温度报表，对保存的报表进行查询，分别对人工保存和自动保存的报表进行查询，文件名以保存时的时间命名的，格式为：年.月.日.时.分.秒。
Claims (6)
1.一种多点温度采集方法，其特征在于：所述的多点温度采集方法采用四个模块：测温元件部分(1)，变送器部分(2)，数据采集卡部分(3)，以上位计算机为载体的组态软件部分(4)；
测温元件部分(1)由八只电偶组成的放射式截面，安装在发动机低压涡轮出口部分，每只电偶上有八个测温点，在由八只电偶组成的截面上共有64个测温点，变送器部分(2)使用上位计算机对电信号进行采集，首先变送器装置将热电偶产生微小电势差变换为数据采集卡部分(3)可以识别的标准电信号，即0-5V，0-10V，4-20mA电压或电流信号；
数据采集卡部分(3)数据采集卡方面选用研华公司的PCI1713板卡，实现对-10V-+10V，-5V-+5V，-2.5V-+2.5V，-1.25V-+1.25V，-0.625V-+0.625V双极的标准信号，或者对0V-+10V，0V-+5V，0V-+2.5V，0V-+1.25V单极的信号进行换算，采用32路单端输入，共需要对64个测温点进行采集数据，选用两块研华PCI1713板卡；“组态王”软件通过工控机系统总线对板卡进行数据采集时，从A400这一位开始，扫描到A41F。
2.按照权利要求1所述的多点温度采集方法，其特征在于：所述的多点温度采集方法能实现五个功能：温度误差曲线校正功能；对电偶的可能坏点进行屏蔽的功能，并且对屏蔽后的点不参与计算，得出新的计算结果；系统动画功能的实现；阶段平均值的实现；人工保存，自动保存数据报表，并且对所保存的报表进行查询的功能。
3.按照权利要求2所述的多点温度采集方法，其特征在于：所述的多点温度采集方法带有坏点人工和自动屏蔽功能，在软件编程中需要将这些坏点剔除掉，使其不参与计算，在工程中通过编程实现两种屏蔽坏点的方式：人工屏蔽方式和自动屏蔽方式；人工屏蔽功能与自动屏蔽功能同时进行，人工屏蔽是通过鼠标点击电偶测温点的符号T11——T88，在弹出的对话框中决定是否对该点进行屏蔽，人工屏蔽可以对64个点都进行屏蔽，是有选择性的，由操作人员根据经验选择的，自动屏蔽则是根据目前64个点的显示值与目前64个点的平均值做比较，当发现显示值与平均值的差的绝对值超出了一定范围，则剔除符合条件的测温点，从而实现对坏点的自动屏蔽，工程中人工输入幅值的数值，以便随时调试；
实时平均值计算公式如下：
实时平均值＝(64点累计和-屏蔽点累计和)/(64-屏蔽的点数)
通过编制相应的子函数分别算出64点累计和，屏蔽点累计和，屏蔽的点数。
4.按照权利要求2所述的多点温度采集方法，其特征在于：所述的系统动画功能的实现，对显示画面上64个测温点最值的显示，对最大值的点以青蓝色与红色作周期一秒的闪烁指示；对最小值的点以黄色与红色作周期一秒的闪烁指示，相应的当最值被屏蔽了，则通过程序寻找下一个最值，并且作相应的显示。
5.按照权利要求2所述的多点温度采集方法，其特征在于：所述的阶段平均值的实现，工程中需要求64点的平均值，为了使计算结果更加精确，这里设计了对5秒，8秒，10秒这三个时段分别求平均值的功能，利用“组态王”的毫秒变量，只要这个变量一变化，就将当时的实时平均温度赋予一个暂存变量，累计时间五秒时，将这些暂存变量再求平均值，得出这一时段平均值，八秒与十秒时段平均值原理同上。
6.按照权利要求2所述的多点温度采集方法，其特征在于：所述的人工保存，自动保存数据报表，且对保存报表进行查询的功能，具有显示64个测温点的实时温度值，还有具体日期，时间，操作人员，最值，实时和时段平均值；保存的文件名是以保存报表当时的时间命名的，便于查找，还可以实现打印功能；查询历史温度报表，对保存的报表进行查询，分别对人工保存和自动保存的报表进行查询，文件名以保存时的时间命名的，格式为：年.月.日.时.分.秒。
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Granted publication date: 20110817 Termination date: 20140918 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |