一种基于模块的测试系统设计与实现

作者:赵茜;张修建; 刊名:舰船电子工程 上传者:张亚平

【摘要】针对工业现场级控制对实时性要求越来越高的问题,提出一种采用EtherCAT总线的测试系统。论文阐述了系统的结构组成、软件设计及系统所实现的功能。应用结果表明,该测试系统运行稳定可靠,数据丢失率低,实时性好,为现场级以太网高实时性监控的实现提供了可行的解决途径。

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1引言近年来,随着型号研制的不断深入,地面试验可靠性试验系统的数据采集需要研制一种高性能的测试系统,以实现试验流程的自动化。目前,工业以太网技术不断成熟、成本迅速降低,已成为大规模测试系统的首选方案[1]。Ether CAT是工业以太网家族的新成员,它基于标准以太网技术,具有灵活的网络拓扑结构,全双工通信,系统配置简单,数据传输高效,总线利用率高,其数据有效率可达90%以上[2~4]。为满足某型号地面试验的测试需求,本文设计了相应的软件及硬件,介绍了基于模块的测试系统的结构方案和功能实现,并给出软件实现的主要界面。2系统总体方案整个系统是基于计算机分布式网络结构建立的试验测试系统,由传感器和测试系统硬件、软件组成[5]。其中,传感器主要包括接入试验系统的压力传感器、温度传感器、电流传感器等。测试系统硬件主要包括现场测试单元、扩展控制单元和测控间总控单元。测试系统软件安装于测控间总控单元的总控计算机上,用于系统参数设置、操作控制、反馈控制、数据采集、曲线显示、数据存储和回放等。测试系统的工作原理如图1所示。在试验系统中,现场测试单元主要分为控制模块、数据采集模块、通讯模块等部分。控制模块接收来自试验系统中传感器信号和阀芯位置反馈,并通过控制电磁阀的启闭实现试验流程的自动控制。数据采集模块高速、高精度地采集试验过程中的压力、温度、流量、电磁铁线圈电流等物理量。数据采集系统能够通过工业以太网与控制系统接入同一网络,也能通过以太网和同步线缆连接成为独立的数据采集网络。扩展控制单元采用与现场测试单元中控制模块相同的架构,是对现场测试单元的扩展,也可单独使用。测控间总控单元以安装有测试软件的总控计算机为核心,通过网络与现场测试单元、扩展控制单元通信,以实现试验人员在测控间对试验系统进行自动控制和数据采集。图1测试系统的工作原理图整个测试系统采用工业以太网进行通信,总控机作为主站,能够通过Ether CAT以太网接口与现场测试单元控制模块中的通讯模块、扩展控制单元控制模块中的通讯模块接入同一工业以太网,形成一个环形网络,共同完成系统的自动控制和数据的采集[6]。3系统软件设计本系统软件主要提供给试验人员使用,具备良好的人机交互界面,接收试验人员的设置和指令,同时要与现场测试单元、扩展控制单元通信,因此应具备相应的通信功能模块,还要使现场测试单元和扩展控制单元按照接收的指令对试验系统或其他试验系统进行自动控制和数据采集,这要求软件不但具备相应的硬件驱动模块,还要具备相应的控制和数据采集功能,能够同步控制网络内的多台设备同步控制和采集,按照等时间间隔、时序、压力反馈自动控制电磁阀的启闭[7]。3.1软件功能设计测试系统软件须具备基于工业以太网的通信、控制和数据采集功能,具体功能细化如下:1)参数设置功能参数设置包括数据采集参数设置和控制参数设置两部分。在数据采集参数设置功能下,可以灵活设置传感器通道及相应的信号输入类型,可自由设置采样率,调用传感器相关参数;在控制参数设置功能下,可以设置控制通道与阀门等执行机构的对应,控制方式是手动、时序还是压力反馈,以及不同控制方式下的控制参数等。2)数据显示功能用于实时显示各通道对应的测量曲线,同时要定时更新显示相应通道的数值,此数值要以数字型式显示在软件界面上,将控制历程和采集到的数据以通用格式(TDMS文件)进行存储。3)控制功能控制功能主要有两部分:一是对网络内的多台设备同步控制和同步进行数据采集,二是手动或按照等时间间隔、时序、压力反馈自动控制电磁阀、气控阀的启闭。4)数据分析功能用于读取已保存过的数据文件,对该数据文

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