新型系留气球缆绳收放系统设计

经验交流新型系留气球缆绳收放系统设计郭绪猛,苏?润(中国电子科技集团公司第38研究所,安徽合肥230031)DesignofaNovelCableLaunchandRecoverySystemofTetheredAerostatGUOXu-meng,SURun(No.38ResearchInstituteofChinaElectronicTechnologyGroupCortporation,Hefei230031,China)??摘要:在介绍系留气球缆绳收放系统功能的基础上,对缆绳收放系统的主牵引系统和张力检测与排线系统进行了设计.系统采用RS485总线实现上位机、PLC、变频器及步进电机控制器之间的通信,简化了系统结构,提高了系统可靠性.试验结果表明,所设计的系统运行平稳、性能良好,完全满足设计要求.关键词:系留气球;缆绳;收放系统;排线系统;可编程控制器中图分类号:TM921文献标识码:B文章编号:1001-2257(2009)08-0071-02收稿日期:2009-03-11Abstract:Onthebasicofintroducingfunctionofcablelaunchandrecoverysystemoftetheredaerostat,thispaperdesignsmaintowsystemandtensionmeasureandcablealignsystemofthesys?tem.Thesystemconnectshost,PLC,inverter,stepmotorcontrollerwithRS485,whichsimplifiesthesystemstructureandenhancesthesystemreliabili?ty.Theexperimentativeresultsindicatethesystemperformanceiswellandfullymeetdesigndemand.Keywords:tetheredaerostat;cable;launchandrecoverysystem;cablealignsystem;PLC0?引言系留气球作为信息平台,具有使用成本低、滞空时间长和隐身性能好等特点,近年来已成为各国研究热点.在系留气球系统中,缆绳收放系统的性能不仅直接影响整个系统的安全性和可靠性,而且影响缆绳的使用寿命和光电信号的传输性能.针对缆绳收放的特点,采用PLC、变频器、变频电机、张力传感器和步进电机等完成了缆绳收放系统的设计.1?缆绳收放系统缆绳收放系统完成系留气球的放飞与回收,是系留气球系统重要组成部分.缆绳收放系统由主牵引系统、收排线系统和张力检测系统组成.主牵引系统在系留气球放飞和回收过程中提供力矩,使系留气球安全、平稳运行;收排线系统负责缆绳在线缆盘上有序排列,避免缆绳堆积、错层;张力检测系统负责检测缆绳张力,并据张力来调节缆盘电机转速,使缆绳张力很好地跟随缆绳设定张力.缆绳收放系统如图1所示.图1?缆绳收放系统2?子系统设计2.1?主牵引系统主牵引系统为整个任务负载提供牵引动力,负责任务负载的放飞与回收.主牵引系统如图2所示.由图2可以看出,主牵引电机和鼓式制动器由变频器提供控制,当计算机给变频器启动信号时,变频器启动,并输出电压信号以启动主牵引电机,此时制动器并没有开启,主牵引电机处于堵转状态,当电机转矩增加到可以平衡负载时,变频器给鼓式制动器开启信号.鼓式制动器的开启信号由变频器的频率检出功能给出,检出频率根据负载转矩确定.当主牵引?71??机械与电子?2009(8)电机处于再生状态时,利用制动电阻或制动单元消耗主牵引电机的再生量,避免再生高压损坏变频器[1-2].图2?主牵引系统2.2?张力检测与排线系统系统中的牵引缆绳是一种特种光电缆绳,不仅牵引任务负载,而且负责任务负载的供电以及任务负载与控制中心之间的数据传输.因此,在缆绳收放过程中,一定要控制好缆绳的张力和缆绳在缆盘上的排放,缆绳的张力不可过大,更不可出现缆绳在缆盘上堆积挤压情况.这是因为大的张力和堆积挤压情况都会影响缆绳的数据传输性能和使用寿命.设计的张力检测与收排线系统如图3所示.图3?张力检测与排线系统其中光码盘为增量式光码盘,用于线缆盘速度的检测.2.2.1?张力控制变频器、缆盘电机、减速器、张力检测单元、PLC及鼓式制动器组成了张力控制单元.张力检测单元和张力给定均为0~10V的模拟信号,与PLC模拟模块相连.当缆绳张力小于设定张力,放缆时,PLC根据PID控制算法减小变频器的输出频率使缆盘转速变慢,从而增加缆绳张力;收缆时PLC根据PID控制算法增加变频器输出频率使缆盘转速变快,以增加缆绳张力.要减小缆绳张力与上述相反.和主牵引系统一样,鼓式制动器也由变频器的多功能输出口控制,由变频器的频率检出功能实现.2.2.2?排线控制控制器、步进电机、减速器、PLC、光码盘及丝杆组成了缆绳排线控制系统.要想实现高精度、可靠的排线,就必须准确控制缆绳的摆动量.理论上,缆盘每转动一周,缆绳就要摆动一个线径,也就是排线滑块要在丝杆上运动一个线径距离.设?n缆为缆盘运行周数;?n步为步进电机运行周数;N减为排线减速器减速比;D为缆绳线径;S为丝杆螺距,则?n步=?n缆N减D/S(1)设?N步为步进电机控制脉冲数;N步为步进电机每转一周步数,步进电机控制脉冲数为:?N步=?n步N步(2)缆盘光码盘每一周输出脉冲数为N缆,则缆盘光码盘每输出一个脉冲,缆盘就转过1/N码周,步进电机的控制脉冲数即为:?N步=?n步N步=N步?n缆N减D/S=N步(1/N码)N减D/S=N步N减D/(SN码)(3)当移动到缆盘边界时,排线滑块触动行程开关,步进电机换向.3?软件设计3.1?通信软件设计系统通过RS485总线把上位机、PLC、主牵引电机变频器、缆盘电机变频器和步进电机控制器连接起来,实现缆绳收放系统的监控.PLC配置成自由口串行通信模式.由于选用的西门子变频器、步进电机控制器通信协议为MEMOBUS协议,为方便起见,系统中各设备间的通信协议都采用MEMO?BUS通信协议,上位机、PLC、主牵引电机变频器、缆盘电机变频器和步进电机控制器的地址分别为00H,01H,02H,03H,04H,MEMOBUS协议的通信格式如图4所示[3].?72??机械与电子?2009(8)图4?MEMOBUS协议通信格式上位机每100ms向PLC发一次控制指令,PLC接收到上位机的指令后,向变频器及步进电机控制器发送控制指令,并向上位机反馈变频器及步进电机控制器的状态信息.上位机的监控界面采用VC6.0编写,VC6.0自带的MsComm控件[4]简化了程序代码量,缩短了开发周期.3.2?PLC控制软件设计缆绳收放系统中PLC完成主牵引电机变频器、缆盘电机变频器、步进电机控制器的控制以及读取各个器件的运行参数,PLC还采样缆绳张力给定、缆绳张力检测和缆盘转速等.整个控制软件流程如图5所示.图5?PLC程序流程4?结束语系留气球缆绳收放系统采用了RS485总线通信方式,简化了系统连线;通过变频器控制制动器避免了启动时的反冲与急停中的过冲;通过步进电机控制排线提高了排线精度;缆绳张力的闭环控制提高了缆绳张力的控制精度,延长了缆绳使用寿命.试验结果表明,所设计的缆绳收放系统完全满足设计指标要求,安全性和可靠性很高.参考文献:[1]?陈伯时,陈敏逊.交流调速系统[M].北京:机械工业出版社,2005.[2]?朱耀忠,刘景林,等.电机与电力拖动[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.[3]?李?辉,等.S7-200PLC编程原理与工程实训[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.[4]?龚建伟,熊光明.VISUALC++_TURBOC串通信编程实践[M].北京:电子工业出版社,2007.作者简介:郭绪猛?(1981-),男,安徽灵璧人,硕士,助理工程师,研究方向为电力电子与电气传动.自动颗粒计数法在航空燃油附件中的应用周晓红,张正原(南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016)ApplicationofAutomaticParticleCountingMethodinAeroengineFuelPumpZHOUXiao-hong,ZHANGZheng-yuan(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)??摘要:介绍了航空燃油附件的特点和其对污染度控制的要求,分析比较了几种污染度检测方法.着重研究了污染度检测方法中的自动颗粒计数法,提出了一种精确、高效的航空燃油附件污染度控制方法,确定了应用实施的步骤.采用该方法应用于航空燃油附件污染度检测后,有效地保证了航空燃油附件的可靠性,减少了故障和返修.收稿日期:2009-03-05关键词:燃油附件;污染度检测;自动颗粒技术中图分类号:V233文献标识码:B文章编号:1001-2257(2009)08-0073-03Abstract:Thepaperintroducesthecharacteris?ticofaeroenginefuelpumpandtherequirementforcontaminationcontrol,andcomparesthemethodsforcheckingcontamination.Thepaperresearchsautomaticparticlecountingmethodaboutcheckingcontamination,andbringsoutakindofpreciseand?73??机械与电子?2009(8)