李健蘋，游中勝

(1.重慶廣播電視大學(xué)，重慶 400052;2.重慶師范大學(xué)計算機與信息科學(xué)學(xué)院，重慶 401331)

火藥燃燒速度的檢測非常關(guān)鍵，借助這些檢測數(shù)據(jù)可確定合理安全的煙花燃放時間。但現(xiàn)有的檢測技術(shù)幾乎全部由人工完成，測試人員在一個平面場地鋪設(shè)一條大于5 m火藥帶，在點燃火藥的同時由人工按下秒表計時，在火藥燃盡的同時也由人工按下秒表停止計時，通過時間和長度的換算得出火藥燃燒速度?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點是檢測受人為因素影響，誤差大，且浪費了大量火藥［1－8］。采用火藥燃燒測速系統(tǒng)可克服上述缺點，提高測量精度，節(jié)約人力和物力。

1 火藥燃燒測速系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

主要技術(shù)指標(biāo):測量精度為±0.1 cm/s;自動點火時間小于5 s;點火可靠性為99.9%;電源電壓為AC220V±10%，50 Hz;環(huán)境溫度為－5～+40℃;系統(tǒng)壽命大于50 000 h。

2 火藥燃燒測速系統(tǒng)整體設(shè)計

圖1是火藥燃燒測速系統(tǒng)總體示意圖。感光座(1)上開有前感光孔(1a)和后感光孔(1b)，前感光孔內(nèi)安裝有前感光傳感器［2］(2)，后感光孔內(nèi)安裝有后感光傳感器(3)，前感光傳感器(2)和后感光傳感器(3)都是豎直朝向感光孔的上端孔口，感光座(1)的上端面固定有水平透光板(4)，點火器(6)經(jīng)點火器上的電阻絲(7)點燃火藥捻子(8)引燃火藥(9)達(dá)到測速的目的。

圖1 火藥燃燒測速系統(tǒng)總體示意圖

3 火藥燃燒測速系統(tǒng)控制部分

火藥燃燒測速系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。系統(tǒng)由感光傳感器1、感光傳感器2、信號處理電路、點火器、可編程序控制器PLC、打印機、鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器、火藥燃速計算機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成。

圖2 火藥燃燒測速系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

3.1 PLC選用和硬件分配

表1為系統(tǒng)PLC 的選用情況［9－11］。PLC輸入端分配表如表2所示，PLC輸出端分配表如表3所示。

表1 PLC選用情況

表2 PLC輸入端分配表

表3 PLC輸出端分配表

3.2 感光傳感器信號處理電路

圖3是感光傳感器信號處理電路。電路選用2只光敏管作為感光傳感器和2只50 MΩ電阻構(gòu)成一個光電轉(zhuǎn)換電路。選用1只CD4093［3］施密特觸發(fā)器作為信號抗干擾電路。選用2只3DK4三極管，2只3 kΩ、2只1 kΩ電阻構(gòu)成電平轉(zhuǎn)換電路。電路工作原理:光敏管遮光后電阻變大，經(jīng)分壓電路在CD4093輸入一個低電平電壓，I0.1和I0.2端輸出低電平信號;火藥點燃后，光敏管感光后電阻變小，經(jīng)分壓電路在CD4093輸入一個高電平信號，I0.1和I0.2端輸出高電平信號。

圖3 感光傳感器信號處理電路

3.3 定時器和點火電路的設(shè)計

定時器和點火電路如圖4所示。電路由西門子PLC221可編程控制器、繼電器J、按鈕ZB、測速按鈕CS、PC/PPI通信電纜、測速管理計算機、變壓器BY、點火電阻絲DZS(DZS阻值為2 Ω)、2只控制脈沖計數(shù)二極管、1只電路保護二極管IN4148構(gòu)成。電路工作原理:由PLC221經(jīng)Q0.0輸出高速時鐘脈沖，時鐘周期設(shè)置為50 μs;PLC221的輸入端I0.0接收Q0.0輸出的高速時鐘脈沖，利用PLC221內(nèi)部高速計數(shù)器HSC0統(tǒng)計脈沖數(shù);Q0.1為0，允許計數(shù);Q0.1為1，禁止計數(shù)。

圖4 定時器和點火電路

3.4 系統(tǒng)控制程序設(shè)計

計算機的RS232接口通過PC/PPI電纜連接到PLC221上。在配置中PLC要求異步通信協(xié)議為1個起始位、8個數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗位，有1個停止位，波特率為9 600 bps。

數(shù)據(jù)協(xié)議以10個ASCII碼字符為一組，每次PLC向計算機發(fā)送一組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式為SYXXXXXXXJ。第1字符表示一組數(shù)據(jù)開始，第2個字符表示PLC狀態(tài)，D字符表示PLC處于待機狀態(tài)，Z字符表示PLC處于準(zhǔn)備好狀態(tài)，H字符表示PLC處于測試結(jié)束狀態(tài)，發(fā)送的第3～9個字符X測試燃燒時間數(shù)據(jù)是否有效，第10個字符J為一組數(shù)據(jù)傳送的結(jié)束標(biāo)志。

PLC的控制流程如圖5所示。

圖5 PLC的控制流程

火藥燃速數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建立的火藥燃速數(shù)據(jù)表包括型號、批次、測試序號、日期、孔距、燃速合格范圍、燃燒時間、燃燒速度9個字段變量，火藥燃速數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有查詢、刪除、添加、打印測試報表的功能。火藥燃速數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主界面見圖6。操作人員在PLC狀態(tài)顯示準(zhǔn)備好后輸入其他數(shù)據(jù)項，再按下DH按鈕完成整個測試過程。

圖6 火藥燃速數(shù)據(jù)管理系主界面

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計有創(chuàng)新，控制系統(tǒng)簡單實用，解決了現(xiàn)有測量技術(shù)受人為因素影響，測量誤差大，且浪費火藥的缺點，提高了測量精度，節(jié)約人力和物力。系統(tǒng)已在國內(nèi)4個生產(chǎn)廠家得到應(yīng)用，效果很好，有較大推廣價值。

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