一种热沉调温的自动控制技术

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1、航天器环境工程第27卷第2期206SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2010年4月一种热沉调温的自动控制技术何鸿辉1，贺显红2，尹大勇1，詹海洋1，董雷1，-1-#．静1(1．北京卫星环境工程研究所，北京100094：2．航天东方红卫星有限公司，北京100094)摘要：某热真空试验设备热沉调温系统采用开式沸腾系统，能够使热沉温度在一定范围内可调，为产品试验提供一定的交变温度环境。测控系统通过PLC对调温系统设备的测量与控制，实现对热沉调温．副热沉温度稳定度约为±5"C，单点温度稳定度在±3"C之内，基本满足使用要

2、求。关键词：热沉；温度调节；自动控制；PLC；模拟试验中图分类号：TB663文献标识码：8文章编号：1673-1379(2010)02--0206-04DOI；10．39690．issn．1673．1379．2010．02．017l概述空间环境地面模拟试验对暴露航天器及其部组件的制造和材料缺陷以及保证产品质量和可靠性起着至关重要的作用。热真空试验设备主要用于模拟空间高真空的冷黑背景，为航天器及其部组件级产品提供试验环境【11。某热真空试验设备主要由容器真空系统、热沉与调温系统等组成。其中，热沉的调温采用开式沸腾，当给热沉提供低温氮气时，起到冷

3、却热沉作用，此时，热沉入口的氮气温度和流量可调；当给热沉输入高温氮气时，起到加热热沉的作用。系统采用PLC测控系统对设备调温系统进行控制以实现热沉调温的自动控制，满足航天器及其部组件的试验要求。2自动控制方案2．1任务需求如图1所示，该设备的热沉调温系统由调节阀、气化器、电加热器、安全阀、传感器等组成。热沉调温系统包括外流程和容器内部加热两部分。外流程采用开式沸腾制冷，由液氮贮槽提供一定压力和流量可调的液氮，经过空温式气化器汽化后，再由电加热器对低温氮气加热，具有一定温度的氮气经过与容器主热沉、副热沉热交换后，由室外放空管路放空；容器内部以电

4、加热方式再次对热沉管道内的低温氮气加热，温度可调从而为试件提供冷热交变的温度环境，使副热沉温度在．120～+120℃的温区范围可调。同时，调温系统还可为主、副热沉直接提供液氮制冷，能使热沉温度最低保持在100K左右。图1调温系统流程结构Fis．1Configurationofthetemperatureregulationsystem2．2控制方案低温调节过程中，液氮通过空温式气化器，流经储气罐充分气化，当试件温度即将降至目标温度时，启动15kW电加热器对低温氮气加热，加热后的氮气分别流经主热沉和副热沉，同时主热沉和副热沉本身还分别配有6kW

5、和2kW的电加热管。因此，副热沉的温度可以通过电加热器对低温氮气的加热、主热沉对副热沉的辐射换热、副热沉自身的电加热方式来进行温度调节。收稿日期：2009．06-03；修回日期：2010．02．26作者简介：何鸿辉(1976-)，男，硕士学位，主要从事航天器环境模拟与控制技术工作．E-mail：honghuihe@sohu．tom．何鸿辉等：一种热沉调温的自动控制技术高温调节过程中，副热沉的温度主要是依靠主热沉的加热和辐射换热、副热沉自身的电加热方式来进行温度调节。因此，该设备的调温控制可通过串级控制方案来实现【2’3J，由主热沉温度的控制构

6、成内环控制，副热沉温度的控制构成主环控制，而电加热器温度的控制作为系统的扰动输入环节，其自动控制结构如图2所示。副热沉的温度设定值、循环周期等由远程控制计算机组态软件给定，主热沉、电加热器的设定值随着副热沉的调节温度而相应改变，通过自动调用各自的PID参数和相应的自动调温程序实现副热沉温度的自动控制。图2调温系统自动控制框图Fig．2Automaticcontrolofthetemperatureregulationsystem3设计及实现3．1硬件设计测控系统在总体结构上采用集散式三层控制的方式，即由传感器、执行器、PLC、仪表、按钮组成的

7、现场控制层；由上位机组态软件控制的集中控制层；由网络发布组态软件控制的远程网络监控层。系统结构原理如图3所示。图3测控系统控制结构Fig．3Architectureofthemeasurementandcontrolsystem航天器环境』程2010年第27卷现场控制层测控硬件采用西门子SIMATICs7．300PLC，通过FO模块和通信模块对现场设备进行数据采集和通信，用PLC编制相应的采集程序和控制逻辑，触摸屏与PLC通信，在触摸屏上可实现对现场设备的测量与控制【4】。集中控制层工程师站通过组态软件与PLC的通信，在组态软件上可实现系统运

8、行状态的实时显示和控制，实现对数据的记录、存储、打印、报警等，并具有网络发布功能。通过工程师站对组态软件的实时网络发布，远团程网络监控层上的远程客户端与工程师站实时