CN107543028B - 基于远程控制的大型混响室气源结构 - Google Patents
基于远程控制的大型混响室气源结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于远程控制的大型混响室气源结构，包括液氮贮槽、低温动力阀门、水浴式汽化器、带压力变送器的稳压罐等，其中，自增压液氮贮槽在内部压力作用下输出液氮到水浴式汽化器中，汽化后成为氮气进入稳压罐内，稳压罐内气体输入到气源分配器，再经过若干组并列的氮气支路分配到各个声发生器的前端管路中，通过控制装置控制阀门的开度，以自动调整进入声发生器的氮气流量。本发明能获取工作范围内任意设定压力和流速的氮气流，解决了人工操作带来的压力和流速不稳定性问题，极大地提高了工作效率，系统运行稳定，运行成本低，能源消耗少。
Description
技术领域
本发明属于航天器噪声环境试验技术领域，具体涉及一种基于远程控制的大型混响室气源。
背景技术
航天器在发射和飞行阶段会经历严酷的噪声环境，噪声环境会诱发严重的振动响应，航天器的破坏或失效与振动响应的激烈程度密切相关。航天器噪声环境试验是模拟航天器经历噪声环境、检测航天器设计可靠性的必备手段，在航天器研制进程中具有重要作用。航天器噪声环境试验一般在混响室噪声试验系统中进行，要求的试验空间大，声压级高。产生噪声环境的大功率声源一般是采用将气体的机械能转换为声能，这就要求混响室噪声试验系统应具备相当大规模的气源系统。大型气源系统一般采用液氮汽化方法获取一定压力和流速的氮气流输入给声发生器，压力和流速的稳定性是影响声发生器工作效率的关键因素，另外，试验中涉及液氮和低温高压氮气操作，人员操作的安全性也是试验过程中关注的重要内容。
常规的混响室气源系统一般采用人工操作，手动开启液氮低温阀门，液氮进入水浴式汽化器汽化成一定压力和流速的氮气流输入给声发生器，由于声发生器必须在指定压力范围内工作，在声发生器前端应具备气流压力控制与监测设备，一般是采用控制阀门开度来调节压力和流速，同样通过人工操作来完成。由于气源系统庞大，一般放置在室外，噪声试验控制人员与气源系统操作人员只能通过电话通讯联系，而航天器噪声试验时间一般又都比较短航天器验收级试验时间为60s，鉴定级试验时间120s，在很短时间内，很难通过人工操作获取稳定压力和流速的氮气流，从而影响声发生器的工作效率，例如声发生器要求的气流工作压力为0.25MPa，而人工操作的气流压力会达到0.4MPa，误差非常大。另外，操作人员直接接触液氮和高压氮气管路阀门，存在重大安全隐患。
发明内容
本发明采用PLC远程控制技术，可实现对混响室氮气流速和压力的稳定控制。PLC控制模块可实现液氮管路低温动力阀门开度和稳压罐内氮气压力的闭环控制，形成稳定压力的供气储备；声发生器前端的常温动力阀门开度与压力同样通过PLC控制模块实现闭环控制，从而实现指定压力和流速的氮气流输入到声发器，全部过程可通过计算机与PLC控制模块间的网络连接实现远程控制操作。因此，本发明提供了一种基于远程控制的大型混响室气源结构。
本发明采用的技术解决方案如下：
本发明的基于远程控制的大型混响室气源结构，包括液氮贮槽、低温动力阀门、水浴式汽化器、带压力变送器的稳压罐、气源分配器、常温动力阀门、压力变送器、声发生器、PLC控制模块一、PLC控制模块二、控制装置，其中，自增压液氮贮槽通过低温动力阀门在内部压力作用下输出液氮到水浴式汽化器中，汽化后成为氮气进入带压力变送器一的稳压罐内，稳压罐内氮气贮备达到一定压力后输入到气源分配器，再经过若干组并列的氮气支路分配到各个声发生器的前端管路中，氮气支路由常温动力阀门串联压力变送器二构成，其中，PLC控制模块一对低温动力阀门的开度进行控制并对稳压罐带有的压力变送器一进行控制，同样，PLC控制模块二对若干组氮气支路中的常温动力阀门的开度进行控制并对压力变送器二进行控制，两个控制模块分别通过网络与控制装置连接，在控制装置上设定输入到声发生器中氮气流压力值，控制装置将在短时间内自动调整常温动力阀门的开度。
其中，控制装置上通过组态监控对PLC控制模块一进行控制，设定稳压罐的工作压力，通过PLC控制模块一即可控制低温动力阀门的开度，精确控制输入到水浴式汽化器的液氮流量。
进一步地，低温动力阀门配置有控制器，以电信号的方式接受和反馈低温动力阀门的开度信息，电信号输入到PLC控制模块一中。
进一步地，稳压罐带有压力变送器一，将稳压罐中的压力以电信号的方式输入到PLC控制模块1中，PLC控制模块一对输入的低温动力阀门的开度信息和稳压罐内压力信息进行闭环控制，设定稳压罐的工作压力，通过PLC控制模块一即可控制低温动力阀门的开度，精确控制输入到水浴式汽化器的液氮流量。
其中，常温动力阀门配置有控制器，常温动力阀门的开度信息也以电信号的方式输入到PLC控制模块二中，PLC控制模块二同样通过网络与控制装置连接，在控制装置上设定输入到声发生器中的氮气流压力值，控制装置在短时间内自动调整常温动力阀门的开度。
其中，声发生器前端氮气流压力控制过程与稳压罐的内压力控制过程相同。进一步地，声发生器前端压力变送器的压力信息以电信号方式输入到PLC 控制模块二中，
其中，所述短时间是指60s内。
本发明与现有技术相比的优点在于：获取工作范围内任意设定压力和流速的氮气流，人工操作无法实现，同时解决了人工操作带来的压力和流速不稳定性问题；气源分配器可连接多个声发生器，可实现多路输入氮气流压力和流速的远程控制；人员远程操控安全可靠，解决了液氮或氮气泄露带来的安全性问题；单个人员通过控制装置即可完成整个气源系统操作，极大地提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的基于远程控制的大型混响室气源结构示意图；
其中，1、液氮贮槽；2、低温动力阀门；3、水浴式汽化器；4、带压力变送器一的稳压罐；5、气源分配器；6、常温动力阀门；7、压力变送器二；8、声发生器；9、PLC控制模块一；10、PLC控制模块二；11、控制装置。
具体实施方式
以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。
如图1所示，基于远程控制的大型混响室气源结构包括：液氮贮槽1、低温动力阀门2、水浴式汽化器3、带压力变送器一的稳压罐4、气源分配器5、常温动力阀门6、压力变送器二7、声发生器8、PLC控制模块一9、PLC控制模块二10和控制装置11。其中，自增压液氮贮槽1通过低温动力阀门2在内部压力作用下输出液氮到水浴式汽化器3中，汽化后成为氮气进入带压力变送器一的稳压罐4内，稳压罐4内氮气贮备达到一定压力后输入到气源分配器 5，再经过若干组并列的氮气支路分配到各个声发生器8的前端管路中，氮气支路由常温动力阀门6串联压力变送器二7构成，其中，稳压罐4带有压力变送器一，将稳压罐4中的压力以电信号的方式输入到PLC控制模块一9中， PLC控制模块一9对输入的低温动力阀门2的开度信息和稳压罐4内压力信息进行闭环控制，设定稳压罐4的工作压力，通过PLC控制模块一9即可控制低温动力阀门2的开度，精确控制输入到水浴式汽化器的液氮流量。同样，PLC 控制模块二10对若干组氮气支路中的常温动力阀门6的开度进行控制并对压力变送器二7进行控制，PLC控制模块一9通过网络与控制装置11连接，在控制装置11上设定输入到声发生器中氮气流压力值，控制装置11将在60S内自动调整常温动力阀门的开度。具体来说，常温动力阀门6配置有控制器，常温动力阀门6的开度信息也以电信号的方式输入到PLC控制模块二10中，PLC 控制模块二10同样通过网络与控制装置11连接，在控制装置11上设定输入到声发生器中的氮气流压力值，控制装置在60s内自动调整常温动力阀门的开度。
实施案例
控制装置11运行组态监控，用于与PLC控制系统通讯，进行数据交互，用户可在控制装置11上完成对所有设备参数的监控，阀门的操作。组态软件采用GE公司的ProficyiFIX5.5开发，PLC采用西门子PLC。控制装置与PLC 系统通过TCP/IP协议通讯，组态程序中提供PLC程序的人机接口，由用户设定需要的功能和参数发送至PLC执行。
对液氮贮槽1进行自增压，当压力达到0.5MPa时，在控制装置上运行组态软件Proficy iFIX5.5，设置稳压罐的压力为0.4±0.05MPa，启动自动控制， PLC执行闭环控制，当稳压罐4内达到0.4MPa上限，系统会自动关闭低温动力阀门2，停止液氮供应，当压力低于0.4MPa下限，系统会自动打开低温动力阀门2供应液氮。由于受水浴式汽化器3中残余液氮的影响，稳压罐4中的压力会有一定的浮动，而稳压罐4是作为气体贮备功能，因此不影响后端声发生器8的工作性能。设置声发生器8前端压力为0.25±0.01MPa，启动自动控制，PLC执行闭环控制，PLC的调节响应时间为100ms，在短时间内即可达到常温动力阀门6开度和压力变送器二7反馈压力的平衡，使声发生器8的工作压力设置在指定精度范围内。
Claims (5)
1.基于远程控制的大型混响室气源结构，包括液氮贮槽、低温动力阀门、水浴式汽化器、带压力变送器一的稳压罐、气源分配器、常温动力阀门、压力变送器二、声发生器、PLC控制模块一、PLC控制模块二、控制装置，其中，自增压液氮贮槽通过低温动力阀门在内部压力作用下输出液氮到水浴式汽化器中，汽化后成为氮气进入带压力变送器一的稳压罐内，稳压罐内氮气贮备达到一定压力后输入到气源分配器，再经过若干组并列的氮气支路分配到各个声发生器的前端管路中，氮气支路由常温动力阀门串联压力变送器二构成，其中，PLC控制模块一对低温动力阀门的开度进行控制并对稳压罐带有的压力变送器一进行控制，同样， PLC控制模块二对若干组氮气支路中的常温动力阀门的开度进行控制并对压力变送器二进行控制，两个控制模块分别通过网络与控制装置连接，在控制装置上设定输入到声发生器中氮气流压力值，控制装置将在60s内自动调整常温动力阀门的开度，控制装置上通过组态监控对PLC控制模块一进行控制，将稳压罐中的压力以电信号的方式输入到PLC控制模块一中，PLC控制模块一对输入的低温动力阀门的开度信息和稳压罐内压力信息进行闭环控制，设定稳压罐的工作压力，通过PLC控制模块一即可控制低温动力阀门的开度，精确控制输入到水浴式汽化器的液氮流量。
2.如权利要求1所述的大型混响室气源结构，其中，低温动力阀门配置有控制器，以电信号的方式接受和反馈低温动力阀门的开度信息，电信号输入到PLC控制模块一中。
3.如权利要求1所述的大型混响室气源结构，其中，常温动力阀门配置有控制器，常温动力阀门的开度信息也以电信号的方式输入到PLC控制模块二中，PLC控制模块二同样通过网络与控制装置连接，在控制装置上设定输入到声发生器中的氮气流压力值，控制装置在60s内自动调整常温动力阀门的开度。
4.如权利要求1所述的大型混响室气源结构，其中，声发生器前端氮气流压力控制过程与稳压罐的内压力控制过程相同。
5.如权利要求1所述的大型混响室气源结构，其中，声发生器前端压力变送器二的压力信息以电信号方式输入到PLC控制模块二中。
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