CN115826498B - 一种用于多级轻气炮的自动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多级轻气炮的自动控制系统及其控制方法，属于高超声速至超高速实验技术领域，该系统包括：数据处理模块、可编程控制器、高压气室监控组件、一级泵管监控组件及靶室监控组件；高压气室监控组件、一级泵管监控组件及靶室监控组件分别用于对高压气室、一级泵管及靶室进行气压测量、充气或抽气，并生成气压数据；数据处理模块根据气压数据生成控制指令，并将控制指令发送给可编程控制器；可编程控制器根据控制指令控制三个监控组件上各自设置的充气阀、真空阀和真空泵的启闭。本发明能够根据实验环境要求和预期的弹体出炮口速度，实现多级轻气炮的自动化抽真空和充气，使多级轻气炮能够更加严密化、规范化。

Description

一种用于多级轻气炮的自动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于高超声速至超高速实验技术领域，具体涉及一种用于多级轻气炮的自动控制系统及其控制方法。

背景技术

多级轻气炮是依靠压缩气体膨胀做功，使弹丸获得超高初速的试验装置，可进行深空探测、航天器防护、高超声速武器、天体碰撞以及毁伤评估等领域的研究工作。在进行多级轻气炮超高速实验过程中，需要对多级轻气炮的高压气室、一级泵管、靶室等进行抽真空和充气过程。为了保证弹丸获得预期的初始速度，抽真空和充气过程就需要更加严密化、规范化。

弹丸在被加载到预期速度过程中需要对多级轻气炮的高压气室、一级泵管、靶室等进行抽真空和充气。多级轻气炮的抽真空和充气过程相对严谨，目前对于多级轻气炮弹的抽真空和充气过程，研究人员一般是根据试验经验估算出预期的充气压力，然后手动操作进行抽真空和充气，在试验中不断调整优化轻气炮的气体压力，获得满足实验要求的弹体出炮口速度。其中，研究人员的手动操作就容易导致抽真空时出现漏气，进而影响抽真空的速率，真空度也并不能很好的控制，需要消耗大量的人力、物力和财力。相应地，充气过程也只能根据压力表显示的数值去估计和调节气体压力，这样会产生偶然误差和较大的随机误差。因此，在使用多级轻气炮进行高超声速实验时，如果不能保证抽真空和充气过程的严密性、规范性，则不能很好地控制弹体姿态和弹体出炮口的速度，难以保证实验效果，甚至还可能损伤轻气炮炮管，造成巨大经济损失和研究人员的安全隐患。因此，急需提出一种用于多级轻气炮的自动控制方法，解决超高声速实验中多级轻气炮抽真空和充气的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于多级轻气炮的自动控制系统及其控制方法，能够根据实验环境要求和预期的弹体出炮口速度，实现多级轻气炮的自动化抽真空和充气，使多级轻气炮能够更加严密化、规范化，能够降低实验过程造成的偶然误差和随机误差。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种用于多级轻气炮的自动控制系统，包括：数据处理模块、可编程控制器及三个监控组件；

三个监控组件分别为高压气室监控组件、一级泵管监控组件及靶室监控组件，所述高压气室监控组件、一级泵管监控组件及靶室监控组件分别用于对高压气室、一级泵管及靶室进行气压测量及充气或抽气；令高压气室、一级泵管及靶室均为监控气室；

每个监控组件均包括：气瓶、传感器、真空阀、充气阀及真空泵；

传感器用于测量对应的监控气室内的气压，并将气压数据传输给数据处理模块；

气瓶通过进气管路与对应的监控气室连通，用于为监控气室提供气体；充气阀安装在进气管路上，用于控制进气管路的通断；

每个监控气室上均设有排气管路，真空阀和真空泵均安装在排气管路上；真空阀用于控制排气管路的通断，真空泵用于对监控气室抽真空；

数据处理模块根据接收的气压数据生成控制指令，并将控制指令发送给可编程控制器；可编程控制器根据控制指令控制三个监控组件上各自设置的充气阀、真空阀的开闭和真空泵的启停。

进一步的，还包括控制显示模块；

控制显示模块用于设置气压参数和实时显示气压数据及充气阀、真空阀和真空泵的状态。

进一步的，令高压气室监控组件的气瓶、传感器、真空阀、充气阀及真空泵分别为第一气瓶、第一传感器、第一真空阀、第一充气阀及第一真空泵；

所述第一传感器用于测量高压气室内的气压，并将高压气室内的气压数据传输给数据处理模块；

所述第一气瓶通过第一进气管路与高压气室连通，用于为高压气室提供高压气体；所述第一充气阀安装在第一进气管路上，用于在可编程控制器的控制下，控制第一进气管路的通断；打开第一充气阀即可进行充气过程，关闭第一充气阀即充气结束；

所述高压气室上设有第一排气管路，所述第一真空阀和第一真空泵均安装在所述第一排气管路上；所述第一真空阀用于在可编程控制器的控制下，控制第一排气管路的通断，所述第一真空泵用于在第一排气管道处于通路状态时，对高压气室抽真空，且第一真空泵由可编程控制器控制启停；

令一级泵管监控组件的气瓶、传感器、真空阀、充气阀及真空泵分别为第二气瓶、第二传感器、第二真空阀、第二充气阀及第二真空泵；

所述第二传感器用于测量一级泵管内的气压，并将一级泵管内的气压数据传输给数据处理模块；

所述第二气瓶通过第二进气管路与一级泵管连通，用于为一级泵管提供高压气体；所述第二充气阀安装在第二进气管路上，用于在可编程控制器的控制下，控制第二进气管路的通断；打开第二充气阀即可进行充气过程，关闭第二充气阀即充气结束；

所述一级泵管上设有第二排气管路，所述第二真空阀和第二真空泵均安装在所述第二排气管路上；所述第二真空阀用于在可编程控制器的控制下，控制第二排气管路的通断，所述第二真空泵用于在第二排气管道处于通路状态时，对一级泵管抽真空，且第二真空泵由可编程控制器控制启停；

其中，所述第二排气管路位于靠近高压气室所在端，第二进气管路位于靠近发射管所在端；

令靶室监控组件的气瓶、传感器、真空阀、充气阀及真空泵分别为第三气瓶、第三传感器、第三真空阀、第三充气阀及第三真空泵，所述靶室监控组件还包括第四真空泵；

所述第三传感器用于测量靶室内的气压，并将靶室内的气压数据传输给数据处理模块；

所述第三气瓶通过第三进气管路与靶室连通，用于为靶室提供高压气体；所述第三充气阀安装在第三进气管路上，用于在可编程控制器的控制下，控制第三进气管路的通断；打开第三充气阀即可进行充气过程，关闭第三充气阀即充气结束；

所述靶室上设有第三排气管路，所述第三真空阀和第三真空泵均安装在所述第三排气管路上，且第四真空泵与第三真空泵并联；所述第三真空阀用于在可编程控制器的控制下，控制第三排气管路的通断，所述第三真空泵和第四真空泵均用于在第三排气管道处于通路状态时，对靶室抽真空，且第三真空泵和第四真空泵均由可编程控制器控制启停；

所述第一真空泵、第二真空泵及第三真空泵均采用30L旋片真空泵，第四真空泵采用150L罗茨真空泵。

进一步的，所述数据处理模块将高压气室内的气压数据、一级泵管内的气压数据及靶室内的气压数据发送给控制显示模块；可编程控制器将第一充气阀、第二充气阀、第三充气阀、第一真空阀、第二真空阀、第三真空阀的开闭状态及第一真空泵、第二真空泵、第三真空泵、第四真空泵的启停状态发送给控制显示模块；

所述控制显示模块包括：控制台和显示系统；所述控制台用于实现远程的操作控制，控制台上设有电源开关、启动按钮、停止按钮及急停按钮；

所述显示系统用于通过触屏设置气压参数和实时显示高压气室内的气压、一级泵管内的气压、靶室内的气压、第一充气阀的开闭状态、第二充气阀的开闭状态、第三充气阀的开闭状态、第一真空阀的开闭状态、第二真空阀的开闭状态、第三真空阀的开闭状态、第一真空泵的启停状态、第二真空泵的启停状态、第三真空泵的启停状态、第四真空泵的启停状态及时间。

进一步的，所述第一充气阀、第二充气阀、第三充气阀、第一真空阀、第一真空泵、第二真空阀、第二真空泵、第三真空阀、第三真空泵及第四真空泵上各设有对应的继电器，可编程控制器通过控制继电器来控制第一充气阀、第二充气阀、第三充气阀、第一真空阀、第二真空阀及第三真空阀的开闭和第一真空泵、第二真空泵、第三真空泵及第四真空泵的启停。

一种用于多级轻气炮的自动控制方法，该方法的具体步骤如下：

步骤一，第一传感器、第二传感器、第三传感器的数据传输到数据处理模块，数据处理模块根据接收到的高压气室内的气压数据、一级泵管内的气压数据及靶室内的气压数据生成抽气控制指令，并将该抽气控制指令发送给可编程控制器；

步骤二，可编程控制器接收到抽气控制指令后，分别打开第一真空阀、第二真空阀、第三真空阀；并在经过5秒后，控制第一真空泵、第二真空泵、第三真空泵进行工作；第一真空泵对高压气室抽真空，第二真空泵对一级泵管抽真空，第三真空泵对靶室抽真空；同时，第一传感器、第二传感器、第三传感器对高压气室、一级泵管、靶室内的气压进行实时监控，并且实时将高压气室、一级泵管、靶室内的气压数据传输给数据处理模块；当数据处理模块监测到靶室内的气压降低到5000Pa时，向可编程控制器发出打开第四真空泵的指令，可编程控制器控制打开第四真空泵，与第三真空泵一起对靶室进行抽真空；

在抽真空的过程中，第一传感器、第二传感器、第三传感器分别将高压气室、一级泵管、靶室内的气压数据传输到数据处理模块，当高压气室、一级泵管、靶室内的真空度全部降到100Pa以下时，数据处理模块会给可编程控制器发出关闭所有泵的指令和关闭所有真空阀的指令，可编程控制器控制控制关闭第一真空泵、第二真空泵、第三真空泵、第四真空泵及第一真空阀、第二真空阀、第三真空阀；

步骤三，关闭第一真空阀、第二真空阀、第三真空阀后，通过控制显示模块分别输入高压气室、一级泵管、靶室所需气体对应的压力值，数据处理模块根据该压力值向可编程控制器发出充气控制指令，可编程控制器控制打开第一充气阀、第二充气阀及第三充气阀，此时第一气瓶、第二气瓶及第三气瓶分别开始对高压气室、一级泵管、靶室进行充气，其中，若在靶室所需气体对应的压力值输入0，则第三充气阀不打开，靶室不充气；所述高压气室内充氮气，一级泵管内充氢气；

当第一传感器监测到高压气室的气压达到设定值后，数据处理模块向可编程控制器发出关闭第一充气阀的指令，可编程控制器控制关闭第一充气阀；当第二传感器监测到一级泵管的气压达到设定值后，数据处理模块向可编程控制器发出关闭第二充气阀的指令，可编程控制器控制关闭第二充气阀；当第三传感器监测到靶室的气压达到设定值后，数据处理模块向可编程控制器发出关闭第三充气阀的指令，可编程控制器控制关闭第三充气阀；

至此完成二级氢气炮的抽真空和充气的自动控制。

有益效果：

（1）本发明提供的一种用于多级轻气炮的自动控制系统及其控制方法，能够根据实验环境要求和预期的弹体出炮口速度，实现多级轻气炮的自动化抽真空和充气，保证轻气炮实验抽真空和充气过程的严密性和规范性，降低实验过程造成的偶然误差和随机误差；同时保证弹体姿态和实验要求的弹体出炮口速度，且能减少实验次数，缩短实验时间，还能降低研究人员的安全风险，节省了大量的人力和物力成本。

（2）本发明提供的一种用于多级轻气炮的自动控制系统，所述靶室监控组件还包括第四真空泵，第四真空泵可与第三真空泵一起对靶室进行抽真空，提高了对靶室抽真空的效率，节约了实验时间。

（3）本发明提供的一种用于多级轻气炮的自动控制系统，所述充气阀、真空阀及真空泵上各设有对应的继电器，PLC通过控制继电器来控制充气阀及真空阀的开闭和真空泵的启停，能够实现对充气阀、真空阀及真空泵有效、简单、可靠的启闭控制。

附图说明

图1为本发明自动控制系统的系统组成图；

图2为本发明自动控制系统的组成示意框图；

图3为二级轻气炮的自动控制的电气原理图。

其中，1-高压气室，2-一级泵管，3-发射管，4-活塞，5-膜片，6-高压锥段，7-弹丸，8-靶室，9-靶板，10-第一气瓶，11-第一充气阀，12-第一传感器，13-第一真空泵，14-第一真空阀，20-第二气瓶，21-第二充气阀，22-第二传感器，23-第二真空泵，24-第二真空阀，30-第三气瓶，31-第三充气阀，32-第三传感器，33-第三真空泵，34-第三真空阀，35-第四真空泵，40-数据处理模块，41- PLC，42-控制显示模块。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供了一种用于多级轻气炮的自动控制系统，多级轻气炮作为一种实验加载装置，可使弹丸获得超高速度；参见附图1，多级轻气炮主要包括：高压气室1、一级泵管2、高压锥段6、发射管3和靶室8；一级泵管2、高压锥段6和发射管3顺序连接组成气路，高压气室1通过所述气路与所述靶室8连通，一级泵管2内安装有活塞4，发射管3内安装有弹丸7，高压锥段6和发射管3交汇处设有膜片5，在高压气室1内的高压作用下，可通过活塞4和膜片5推动弹丸7射出到靶室8内，并打在靶室8内的靶板9上；在进行实验时，需要对高压气室1、一级泵管2、靶室8（发射管3和靶室8相连）进行抽真空和充气；

本实施例的自动控制系统用于对高压气室1、一级泵管2及靶室8进行自动化抽真空和充气；参见附图2，该自动控制系统包括：控制显示模块42、数据处理模块40、可编程控制器（PLC41）、高压气室监控组件、一级泵管监控组件及靶室监控组件；

所述高压气室监控组件包括：第一气瓶10、第一传感器12、第一真空阀14、第一充气阀11及第一真空泵13；

所述第一传感器12安装在高压气室1上，用于测量高压气室1内的气压，并将高压气室1内的气压数据传输给数据处理模块40；

所述第一气瓶10通过第一进气管路与高压气室1连通，用于为高压气室1提供高压气体；所述第一充气阀11安装在第一进气管路上，用于在PLC41的控制下，控制第一进气管路的通断；打开第一充气阀11即可进行充气过程，关闭第一充气阀11即充气结束；

所述高压气室1上设有第一排气管路，所述第一真空阀14和第一真空泵13均安装在所述第一排气管路上；所述第一真空阀14用于在PLC41的控制下，控制第一排气管路的通断，所述第一真空泵13用于在第一排气管道处于通路状态时，对高压气室1抽真空，且第一真空泵13由PLC41控制启停；

所述一级泵管监控组件包括：第二气瓶20、第二传感器22、第二真空阀24、第二充气阀21及第二真空泵23；

所述第二传感器22安装在一级泵管2上，用于测量一级泵管2内的气压，并将一级泵管2内的气压数据传输给数据处理模块40；

所述第二气瓶20通过第二进气管路与一级泵管2连通，用于为一级泵管2提供高压气体；所述第二充气阀21安装在第二进气管路上，用于在PLC41的控制下，控制第二进气管路的通断；打开第二充气阀21即可进行充气过程，关闭第二充气阀21即充气结束；

所述一级泵管2上设有第二排气管路，所述第二真空阀24和第二真空泵23均安装在所述第二排气管路上；所述第二真空阀24用于在PLC41的控制下，控制第二排气管路的通断，所述第二真空泵23用于在第二排气管道处于通路状态时，对一级泵管2抽真空，且第二真空泵23由PLC41控制启停；

其中，所述第二排气管路位于靠近高压气室1所在端，第二进气管路位于靠近发射管3所在端；

所述靶室监控组件包括：第三气瓶30、第三传感器32、第三真空阀34、第三充气阀31、第三真空泵33及第四真空泵35；

所述第三传感器32安装在靶室8上，用于测量靶室8内的气压，并将靶室8内的气压数据传输给数据处理模块40；

所述第三气瓶30通过第三进气管路与靶室8连通，用于为靶室8提供高压气体；所述第三充气阀31安装在第三进气管路上，用于在PLC41的控制下，控制第三进气管路的通断；打开第三充气阀31即可进行充气过程，关闭第三充气阀31即充气结束；

所述靶室8上设有第三排气管路，所述第三真空阀34和第三真空泵33均安装在所述第三排气管路上，且第四真空泵35与第三真空泵33并联；所述第三真空阀34用于在PLC41的控制下，控制第三排气管路的通断，所述第三真空泵33和第四真空泵35均用于在第三排气管道处于通路状态时，对靶室8抽真空，且第三真空泵33和第四真空泵35均由PLC41控制启停；

其中，所述第一真空泵13、第二真空泵23及第三真空泵33均采用30L旋片真空泵，第四真空泵35采用150L罗茨真空泵；

所述数据处理模块40和PLC41是该控制系统的核心，数据处理模块40用于根据接收到的高压气室1内的气压数据、一级泵管2内的气压数据及靶室8内的气压数据生成充气控制指令、抽气控制指令或其他指令，并将该充气控制指令、抽气控制指令或其他指令发送给PLC41；PLC41用于根据接收到的指令控制对应的第一充气阀11、第二充气阀21及第三充气阀31的开闭、第一真空阀14、第二真空阀24及第三真空阀34的开闭和第一真空泵13、第二真空泵23、第三真空泵33及第四真空泵35的启停；

其中，所述第一充气阀11、第二充气阀21、第三充气阀31、第一真空阀14、第一真空泵13、第二真空阀24、第二真空泵23、第三真空阀34、第三真空泵33及第四真空泵35上各设有对应的继电器，PLC41通过控制继电器来控制第一充气阀11、第二充气阀21、第三充气阀31、第一真空阀14、第二真空阀24及第三真空阀34的开闭和第一真空泵13、第二真空泵23、第三真空泵33及第四真空泵35的启停；其中，第一真空泵13、第二真空泵23、第三真空泵33及第四真空泵35对应的继电器分别为第一继电器KM1、第二继电器KM2、第三继电器KM3及第四继电器KM4；

同时，数据处理模块40将高压气室1内的气压数据、一级泵管2内的气压数据及靶室8内的气压数据发送给控制显示模块42；PLC41将第一充气阀11、第二充气阀21、第三充气阀31、第一真空阀14、第二真空阀24、第三真空阀34的开闭状态及第一真空泵13、第二真空泵23、第三真空泵33、第四真空泵35的启停状态发送给控制显示模块42；

所述控制显示模块42包括：控制台和显示系统；所述控制台用于实现远程的操作控制，控制台上设有电源开关、启动按钮、停止按钮、急停按钮等；

所述显示系统用于通过触屏设置气压参数和实时显示高压气室1内的气压、一级泵管2内的气压、靶室8内的气压、第一充气阀11的开闭状态、第二充气阀21的开闭状态、第三充气阀31的开闭状态、第一真空阀14的开闭状态、第二真空阀24的开闭状态、第三真空阀34的开闭状态、第一真空泵13的启停状态、第二真空泵23的启停状态、第三真空泵33的启停状态、第四真空泵35的启停状态及时间等。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，以二级轻气炮实验系统为例（其他多级轻气炮与二级轻气炮工况一致），提供了一种用于多级轻气炮的自动控制方法；

进行二级轻气炮实验时，将活塞4装入一级泵管2内，弹体装入发射管3内，靶板9装入靶室8适当位置，其他各部分准备就绪后，即可进行本实施例的二级轻气炮的自动控制过程，该自动控制方法的具体步骤为：

步骤一，打开控制台上电源开关，此时第一传感器12、第二传感器22、第三传感器32，通过数据处理模块40分别实时监测高压气室1、一级泵管2和靶室8内的气压数据，并将高压气室1、一级泵管2和靶室8的气压实时反映在显示系统；此时研究人员按下控制台的启动按钮，进入轻气炮的自动化抽真空和充气；

步骤二，按下启动按钮后，第一传感器12、第二传感器22、第三传感器32的数据传输到数据处理模块40，数据处理模块40根据接收到的高压气室1内的气压数据、一级泵管2内的气压数据及靶室8内的气压数据生成抽气控制指令，并将该抽气控制指令发送给PLC41；

步骤三，PLC41接收到抽气控制指令后，分别打开第一真空阀14、第二真空阀24、第三真空阀34；并在经过5秒后，通过控制第一继电器KM1、第二继电器KM2、第三继电器KM3闭合，控制第一真空泵13、第二真空泵23、第三真空泵33进行工作；第一真空泵13对高压气室1抽真空，第二真空泵23对一级泵管2抽真空，第三真空泵33对靶室8（发射管3与靶室8相连，一并进行抽真空过程）抽真空；同时，第一传感器12、第二传感器22、第三传感器32对高压气室1、一级泵管2、靶室8内的气压进行实时监控，并且实时将高压气室1、一级泵管2、靶室8内的气压数据传输给数据处理模块40，实时反映于显示系统；当数据处理模块40监测到靶室8内的气压降低到5000Pa时，向PLC41发出打开第四真空泵35的指令，PLC41控制打开第四真空泵35，与第三真空泵33一起对靶室8进行抽真空；

在抽真空的过程中，第一传感器12、第二传感器22、第三传感器32分别将高压气室1、一级泵管2、靶室8内的气压数据传输到数据处理模块40，当高压气室1、一级泵管2、靶室8内的真空度全部降到100Pa以下时，数据处理模块40会给PLC41发出关闭所有泵的指令和关闭所有真空阀的指令，PLC41控制控制关闭第一真空泵13、第二真空泵23、第三真空泵33、第四真空泵35及第一真空阀14、第二真空阀24、第三真空阀34；

步骤四，关闭第一真空阀14、第二真空阀24、第三真空阀34后，通过显示系统分别输入高压气室1、一级泵管2、靶室8所需气体对应的压力值，确认后，数据处理模块40向PLC41发出充气控制指令，PLC41控制打开第一充气阀11、第二充气阀21及第三充气阀31，此时第一气瓶10、第二气瓶20及第三气瓶30分别开始对高压气室1、一级泵管2、靶室8进行充气，且高压气室1内充氮气（N2），一级泵管2内充氢气（H2）；其中，若在靶室8所需气体对应的压力值输入0，则第三充气阀31不打开，靶室8不充气；

当第一传感器12监测到高压气室1的气压达到设定值后，数据处理模块40向PLC41发出关闭第一充气阀11的指令，PLC41控制关闭第一充气阀11；当第二传感器22监测到一级泵管2的气压达到设定值后，数据处理模块40向PLC41发出关闭第二充气阀21的指令，PLC41控制关闭第二充气阀21；当第三传感器32监测到靶室8的气压达到设定值后，数据处理模块40向PLC41发出关闭第三充气阀31的指令，PLC41控制关闭第三充气阀31；至此完成二级氢气炮的抽真空和充气的自动控制。

实施例3：

本实施例在实施例1和实施例2的基础上，提供了一种用于多级轻气炮的自动控制系统的电气组成部件，参见附图3，该电气组成部件包括：火线（L）、零线（N）、刀开关（QS）、熔断器（FU1、FU2）、按钮（SB）、急停按钮（SBS）、第一继电器（KM1）、第二继电器（KM2）、第三继电器（KM3）、第四继电器（KM4）、第一真空阀14、第二真空阀24、第三真空阀34对应的中间继电器（KA1、KA3、KA5）、第一充气阀11、第二充气阀21、第三充气阀31对应的中间继电器（KA2、KA4、KA6）、第一真空泵13、第二真空泵23、第三真空泵33（M1、M2、M3）、第四真空泵35（M4）、第一真空阀14、第二真空阀24、第三真空阀34（YA1、YA3、YA5）及第一充气阀11、第二充气阀21、第三充气阀31（YA2、YA4、YA6）；

所述刀开关（QS）设置在火线（L）、零线（N）之间；熔断器（FU1）设置在火线（L）上；

所述火线（L）、零线（N）之间还设有一个连接导线，连接导线上设有熔断器（FU2）、按钮（SB）、一个热继电器（FR）、急停按钮（SBS）；

所述第一真空泵13（M1）通过两条导线分别与火线（L）、零线（N）连接，第一真空阀14（YA1）和第一充气阀11（YA2）均并联在第一真空泵13（M1）的两条导线之间；且第一真空泵13（M1）的两条导线之间设有第一继电器（KM1）、第一真空阀14（YA1）的两条导线之间设有中间继电器（KA1）、第一充气阀11（YA2）的两条导线之间设有中间继电器（KA2）；

所述第二真空泵23（M2）通过两条导线分别与火线（L）、零线（N）连接，第二真空阀24（YA3）和第二充气阀21（YA4）均并联在第二真空泵23（M2）的两条导线之间；且第二真空泵23（M2）的两条导线之间设有第二继电器（KM2）、第二真空阀24（YA3）的两条导线之间设有中间继电器（KA3）、第二充气阀21（YA4）的两条导线之间设有中间继电器（KA4）；

所述第三真空泵33（M3）通过两条导线分别与火线（L）、零线（N）连接，第四真空泵35（M4）、第三真空阀34（YA5）和第三充气阀31（YA6）均并联在第三真空泵33（M3）的两条导线之间；且第三真空泵33（M3）的两条导线之间设有第三继电器（KM3）、第四真空泵35（M4）的两条导线之间设有第四继电器（KM4）、第三真空阀34（YA5）的两条导线之间设有中间继电器（KA5）、第三充气阀31（YA6）的两条导线之间设有中间继电器（KA6）。

基于电气组成部件的自动控制的电气原理如下：

闭合刀开关QS，按下按钮SB，系统上电，各个模块处于预工作状态，传感器数据反映在显示面板；按下启动按钮，此时，高压气室1、一级泵管2、靶室8可同时进行工作；

为更好地描述二级轻气炮实现自动控制的电气原理，分别对高压气室1、一级泵管2、靶室8的自动化抽真空和充气的电气原理进行阐述：

（1）高压气室1的自动抽真空和充气的电气原理：

在按下启动按钮后，数据处理模块40根据系统预先设定的时序逻辑，向PLC41发送抽真空的指令，PLC41通过输出端口a2使第一真空阀14的中间继电器（KA1）线圈通电，中间继电器（KA1）的接触点闭合，打开第一真空阀14（YA1）；经过5秒后，PLC41通过输出端口a1使第一继电器（KM1）线圈通电，第一继电器（KM1）的接触点闭合，第一真空泵13（M1）运行；当第一传感器12监测到高压气室1的气压状态达到设定值后，数据传输模块向PLC41发送关闭第一真空阀14（YA1）和第一真空泵13（M1）的指令，PLC41通过关闭输出端口a2和a1，使中间继电器（KA1）和第一继电器（KM1）断电，关闭第一真空阀14（YA1）和第一真空泵13（M1）；5秒后，数据处理模块40向PLC41发送高压气室1的充气指令，PLC41接收到指令后，通过端口a3，使第一充气阀11的中间继电器（KA2）线圈通电，中间继电器（KA2）接触点闭合，开启第一充气阀11（YA2）；当充气到显示系统设定的气压值后，第一传感器12将气压数据传输到数据处理模块40，数据处理模块40向PLC41发送关闭第一充气阀11（YA2）的指令，PLC41接收到关闭第一充气阀11（YA2）的指令后，PLC41通过关闭输出端口a3，使中间继电器（KA2）断电，关闭第一充气阀11（YA2），高压气室1充气完成。

（2）一级泵管2的自动抽真空和充气的电气原理：

在按下启动按钮后，数据处理模块40根据系统预先设定的时序逻辑，向PLC41发送抽真空的指令，PLC41通过输出端口a5使第二真空阀24的中间继电器（KA3）线圈通电，中间继电器（KA3）的接触点闭合，打开第二真空阀24（YA3）；经过5秒后，PLC41通过输出端口a4使第二继电器（KM2）线圈通电，第二继电器（KM2）的接触点闭合，第二真空泵23（M2）运行；当第二传感器22监测到一级泵管2的气压状态达到设定值后，数据传输模块向PLC41发送关闭第二真空阀24（YA3）和第二真空泵23（M2）的指令，PLC41通过关闭输出端口a5和a4，使中间继电器（KA3）和第二继电器（KM2）断电，关闭第二真空阀24（YA3）和第二真空泵23（M2）；5秒后，数据处理模块40向PLC41发送一级泵管2的充气指令，PLC41接收到指令后，通过端口a6，使第二充气阀21的中间继电器（KA4）线圈通电，中间继电器（KA4）接触点闭合，开启第二充气阀21（YA4）；当充气到显示系统设定的气压值后，第二传感器22将气压数据传输到数据处理模块40，数据处理模块40向PLC41发送关闭第二充气阀21（YA4）的指令，PLC41接收到关闭第二充气阀21（YA4）的指令后，PLC41通过关闭输出端口a6，使中间继电器（KA4）断电，关闭第二充气阀21（YA4），一级泵管2充气完成。

（3）靶室8的自动抽真空和充气的电气原理：

在按下启动按钮后，数据处理模块40根据系统预先设定的时序逻辑，向PLC41发送抽真空的指令，PLC41通过输出端口b3使第三真空阀34的中间继电器（KA5）线圈通电，中间继电器（KA5）的接触点闭合，打开第三真空阀34（YA5）；经过5秒后，PLC41通过输出端口b1使第三继电器（KM3）线圈通电，第三继电器（KM3）的接触点闭合，第三真空泵33（M3）运行，当数据处理模块40监测到靶室8气压降低到5000Pa时，向PLC41发出指令，PLC41通过输出端口b2使第四继电器（KM4）线圈通电，第四继电器（KM4）接触点闭合，第四真空泵35（M4）运行，与第三真空泵33（M3）一起对靶室8进行抽真空；当第三传感器32监测到靶室8的气压状态达到设定值后，数据传输模块向PLC41发送关闭第三真空阀34（YA5）和第三真空泵33（M3）、第四真空泵35（M4）的指令，PLC41通过关闭输出端口b3、b1、b2，使中间继电器（KA5）、第三继电器（KM3）、第四继电器（KM4）断电，关闭第三真空阀34（YA5）和第三真空泵33（M3）、第四真空泵35（M4）；若显示系统输入0，则靶室8不进行充气，若显示面板输入设定值，则靶室8进行充气，5秒后，数据处理模块40向PLC41发送靶室8的充气指令，PLC41接收到指令后，通过端口b4，使第三充气阀31的中间继电器（KA6）线圈通电，中间继电器（KA6）接触点闭合，开启第三充气阀31（YA6）；当充气到显示系统设定的气压值后，第三传感器32将气压数据传输到数据处理模块40，数据处理模块40向PLC41发送关闭第三充气阀31（YA6）的指令，PLC41接收到关闭YA6的指令后，PLC41通过关闭输出端口b4，使中间继电器（KA6）断电，关闭第三充气阀31（YA6），靶室8充气完成。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于多级轻气炮的自动控制系统，其特征在于，包括：数据处理模块、可编程控制器及三个监控组件；

三个监控组件分别为高压气室监控组件、一级泵管监控组件及靶室监控组件，所述高压气室监控组件、一级泵管监控组件及靶室监控组件分别用于对高压气室、一级泵管及靶室进行气压测量及充气或抽气；令高压气室、一级泵管及靶室均为监控气室；

每个监控组件均包括：气瓶、传感器、真空阀、充气阀及真空泵；

传感器用于测量对应的监控气室内的气压，并将气压数据传输给数据处理模块；

气瓶通过进气管路与对应的监控气室连通，用于为监控气室提供气体；充气阀安装在进气管路上，用于控制进气管路的通断；

每个监控气室上均设有排气管路，真空阀和真空泵均安装在排气管路上；真空阀用于控制排气管路的通断，真空泵用于对监控气室抽真空；

数据处理模块根据接收的气压数据生成控制指令，并将控制指令发送给可编程控制器；可编程控制器根据控制指令控制三个监控组件上各自设置的充气阀、真空阀的开闭和真空泵的启停；

令高压气室监控组件的气瓶、传感器、真空阀、充气阀及真空泵分别为第一气瓶、第一传感器、第一真空阀、第一充气阀及第一真空泵；

所述第一传感器用于测量高压气室内的气压，并将高压气室内的气压数据传输给数据处理模块；

所述第一气瓶通过第一进气管路与高压气室连通，用于为高压气室提供高压气体；所述第一充气阀安装在第一进气管路上，用于在可编程控制器的控制下，控制第一进气管路的通断；打开第一充气阀即可进行充气过程，关闭第一充气阀即充气结束；

所述高压气室上设有第一排气管路，所述第一真空阀和第一真空泵均安装在所述第一排气管路上；所述第一真空阀用于在可编程控制器的控制下，控制第一排气管路的通断，所述第一真空泵用于在第一排气管道处于通路状态时，对高压气室抽真空，且第一真空泵由可编程控制器控制启停；

令一级泵管监控组件的气瓶、传感器、真空阀、充气阀及真空泵分别为第二气瓶、第二传感器、第二真空阀、第二充气阀及第二真空泵；

所述第二传感器用于测量一级泵管内的气压，并将一级泵管内的气压数据传输给数据处理模块；

所述第二气瓶通过第二进气管路与一级泵管连通，用于为一级泵管提供高压气体；所述第二充气阀安装在第二进气管路上，用于在可编程控制器的控制下，控制第二进气管路的通断；打开第二充气阀即可进行充气过程，关闭第二充气阀即充气结束；

所述一级泵管上设有第二排气管路，所述第二真空阀和第二真空泵均安装在所述第二排气管路上；所述第二真空阀用于在可编程控制器的控制下，控制第二排气管路的通断，所述第二真空泵用于在第二排气管道处于通路状态时，对一级泵管抽真空，且第二真空泵由可编程控制器控制启停；

其中，所述第二排气管路位于靠近高压气室所在端，第二进气管路位于靠近发射管所在端；

令靶室监控组件的气瓶、传感器、真空阀、充气阀及真空泵分别为第三气瓶、第三传感器、第三真空阀、第三充气阀及第三真空泵，所述靶室监控组件还包括第四真空泵；

所述第三传感器用于测量靶室内的气压，并将靶室内的气压数据传输给数据处理模块；

所述第三气瓶通过第三进气管路与靶室连通，用于为靶室提供高压气体；所述第三充气阀安装在第三进气管路上，用于在可编程控制器的控制下，控制第三进气管路的通断；打开第三充气阀即可进行充气过程，关闭第三充气阀即充气结束；

所述靶室上设有第三排气管路，所述第三真空阀和第三真空泵均安装在所述第三排气管路上，且第四真空泵与第三真空泵并联；所述第三真空阀用于在可编程控制器的控制下，控制第三排气管路的通断，所述第三真空泵和第四真空泵均用于在第三排气管道处于通路状态时，对靶室抽真空，且第三真空泵和第四真空泵均由可编程控制器控制启停；

所述第一真空泵、第二真空泵及第三真空泵均采用30L旋片真空泵，第四真空泵采用150L罗茨真空泵。

2.如权利要求1所述的一种用于多级轻气炮的自动控制系统，其特征在于，还包括控制显示模块；

控制显示模块用于设置气压参数和实时显示气压数据及充气阀、真空阀和真空泵的状态。

3. 如权利要求2所述的一种用于多级轻气炮的自动控制系统，其特征在于， 所述数据处理模块将高压气室内的气压数据、一级泵管内的气压数据及靶室内的气压数据发送给控制显示模块；可编程控制器将第一充气阀、第二充气阀、第三充气阀、第一真空阀、第二真空阀、第三真空阀的开闭状态及第一真空泵、第二真空泵、第三真空泵、第四真空泵的启停状态发送给控制显示模块；

所述控制显示模块包括：控制台和显示系统；所述控制台用于实现远程的操作控制，控制台上设有电源开关、启动按钮、停止按钮及急停按钮；

所述显示系统用于通过触屏设置气压参数和实时显示高压气室内的气压、一级泵管内的气压、靶室内的气压、第一充气阀的开闭状态、第二充气阀的开闭状态、第三充气阀的开闭状态、第一真空阀的开闭状态、第二真空阀的开闭状态、第三真空阀的开闭状态、第一真空泵的启停状态、第二真空泵的启停状态、第三真空泵的启停状态、第四真空泵的启停状态及时间。

4.如权利要求1或3所述的一种用于多级轻气炮的自动控制系统，其特征在于，所述第一充气阀、第二充气阀、第三充气阀、第一真空阀、第一真空泵、第二真空阀、第二真空泵、第三真空阀、第三真空泵及第四真空泵上各设有对应的继电器，可编程控制器通过控制继电器来控制第一充气阀、第二充气阀、第三充气阀、第一真空阀、第二真空阀及第三真空阀的开闭和第一真空泵、第二真空泵、第三真空泵及第四真空泵的启停。

5.一种用于多级轻气炮的自动控制方法，基于权利要求1-4任一项的自动控制系统，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

步骤一，第一传感器、第二传感器、第三传感器的数据传输到数据处理模块，数据处理模块根据接收到的高压气室内的气压数据、一级泵管内的气压数据及靶室内的气压数据生成抽气控制指令，并将该抽气控制指令发送给可编程控制器；

步骤二，可编程控制器接收到抽气控制指令后，分别打开第一真空阀、第二真空阀、第三真空阀；并在经过5秒后，控制第一真空泵、第二真空泵、第三真空泵进行工作；第一真空泵对高压气室抽真空，第二真空泵对一级泵管抽真空，第三真空泵对靶室抽真空；同时，第一传感器、第二传感器、第三传感器对高压气室、一级泵管、靶室内的气压进行实时监控，并且实时将高压气室、一级泵管、靶室内的气压数据传输给数据处理模块；当数据处理模块监测到靶室内的气压降低到5000Pa时，向可编程控制器发出打开第四真空泵的指令，可编程控制器控制打开第四真空泵，与第三真空泵一起对靶室进行抽真空；

在抽真空的过程中，第一传感器、第二传感器、第三传感器分别将高压气室、一级泵管、靶室内的气压数据传输到数据处理模块，当高压气室、一级泵管、靶室内的真空度全部降到100Pa以下时，数据处理模块会给可编程控制器发出关闭所有泵的指令和关闭所有真空阀的指令，可编程控制器控制关闭第一真空泵、第二真空泵、第三真空泵、第四真空泵及第一真空阀、第二真空阀、第三真空阀；

步骤三，关闭第一真空阀、第二真空阀、第三真空阀后，通过控制显示模块分别输入高压气室、一级泵管、靶室所需气体对应的压力值，数据处理模块根据该压力值向可编程控制器发出充气控制指令，可编程控制器控制打开第一充气阀、第二充气阀及第三充气阀，此时第一气瓶、第二气瓶及第三气瓶分别开始对高压气室、一级泵管、靶室进行充气，其中，若在靶室所需气体对应的压力值输入0，则第三充气阀不打开，靶室不充气；所述高压气室内充氮气，一级泵管内充氢气；

当第一传感器监测到高压气室的气压达到设定值后，数据处理模块向可编程控制器发出关闭第一充气阀的指令，可编程控制器控制关闭第一充气阀；当第二传感器监测到一级泵管的气压达到设定值后，数据处理模块向可编程控制器发出关闭第二充气阀的指令，可编程控制器控制关闭第二充气阀；当第三传感器监测到靶室的气压达到设定值后，数据处理模块向可编程控制器发出关闭第三充气阀的指令，可编程控制器控制关闭第三充气阀；

至此完成二级氢气炮的抽真空和充气的自动控制。

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