火藥燃燒測速系統的設計

李健蘋，游中勝

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

火藥燃燒速度的檢測非常關鍵，借助這些檢測數據可確定合理安全的煙花燃放時間。但現有的檢測技術幾乎全部由人工完成，測試人員在一個平面場地鋪設一條大于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有技術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可克服上述缺點，提高測量精度，節約人力和物力。

1 火藥燃燒測速系統主要技術指標

主要技術指標: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;環境溫度為－5～+40℃;系統壽命大于50 000 h。

2 火藥燃燒測速系統整體設計

圖1是火藥燃燒測速系統總體示意圖。感光座(1)上開有前感光孔(1a)和后感光孔(1b)，前感光孔內安裝有前感光傳感器［2］(2)，后感光孔內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)經點火器上的電阻絲(7)點燃火藥捻子(8)引燃火藥(9)達到測速的目的。

圖1 火藥燃燒測速系統總體示意圖

3 火藥燃燒測速系統控制部分

火藥燃燒測速系統總體結構框圖如圖2所示。系統由感光傳感器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、鍵盤、顯示器、火藥燃速計算機數據庫管理系統組成。

圖2 火藥燃燒測速系統總體結構框圖

3.1 PLC選用和硬件分配

表1為系統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電阻構成一個光電轉換電路。選用1只CD4093［3］施密特觸發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電阻構成電平轉換電路。電路工作原理:光敏管遮光后電阻變大，經分壓電路在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只控制脈沖計數二極管、1只電路保護二極管IN4148構成。電路工作原理:由PLC221經Q0.0輸出高速時鐘脈沖，時鐘周期設置為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內部高速計數器HSC0統計脈沖數;Q0.1為0，允許計數;Q0.1為1，禁止計數。

圖4 定時器和點火電路

3.4 系統控制程序設計

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

數據協議以10個ASCII碼字符為一組，每次PLC向計算機發送一組數據。數據格式為SYXXXXXXXJ。第1字符表示一組數據開始，第2個字符表示PLC狀態，D字符表示PLC處于待機狀態，Z字符表示PLC處于準備好狀態，H字符表示PLC處于測試結束狀態，發送的第3～9個字符X測試燃燒時間數據是否有效，第10個字符J為一組數據傳送的結束標志。

PLC的控制流程如圖5所示。

圖5 PLC的控制流程

火藥燃速數據管理系統建立的火藥燃速數據表包括型號、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，火藥燃速數據管理系統具有查詢、刪除、添加、打印測試報表的功能?；鹚幦妓贁祿芾硐到y主界面見圖6。操作人員在PLC狀態顯示準備好后輸入其他數據項，再按下DH按鈕完成整個測試過程。

圖6 火藥燃速數據管理系主界面

4 結束語

本系統機械結構設計有創新，控制系統簡單實用，解決了現有測量技術受人為因素影響，測量誤差大，且浪費火藥的缺點，提高了測量精度，節約人力和物力。系統已在國內4個生產廠家得到應用，效果很好，有較大推廣價值。

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