導彈作為未來高科技戰爭的主戰兵器，在日常存儲時，其發動機裝藥和電子設備對可靠性有著特殊要求，對這類設備的存儲必須嚴格控制溫濕度、振動以及霉菌等環境要素[1]。庫房環境要求密封，若采用人工方式監測導彈的存儲環境,測量數據多,次數頻繁,工作量大[2-3]，且測量時會破壞導彈原有的密封環境。環境監測與數據記錄系統可以自動將監測數據存儲到可移動存儲介質，并將數據實時發送給值班室的人機界面， 為導彈武器系統的故障預測與健康管理PHM(Prognostics and Health Management)提供環境數據，為值班人員對存儲環境進行加熱、除濕等決策提供判據。

    通過環境監測與數據記錄系統，大量溫濕度等環境載荷數據被存儲，為將來進行導彈相關部件的壽命疲勞評估和對存儲環境的季節、月份、區域變化規律統計分析提供原始數據支撐。
1 系統組成
    環境監測與數據記錄系統主要由PLC主控模塊、擴展模塊組、信號調理模塊組、傳感器和人機界面（HMI）組成。如圖1所示，各類傳感器采集庫房各房間的溫濕度等環境信息，經信號調理，模擬信號傳送至擴展模塊進行A/D轉換，經串行組網通信，采集數據傳送給PLC主控模塊，控制核心與HMI之間以Modbus協議通信，HMI畫面上可以監控到所有庫房的環境信息，同時將監測數據以一定周期存儲到移動存儲介質。

    PLC控制器的工作環境范圍較寬，可靠性高，模塊采用直流24 V供電，運算速度快，本體具備多路模擬量擴展能力，并具有多通信口和CANBus總線通信功能。本體通過端口Port 2與HMI的端口COM 2相連接。擴展模塊完成對標準電壓、電流信號進行A/D轉換的功能，對空氣的溫濕度信號采集時，選用E8AD，A/D轉換的分辨率為1/163 83，通過通信電纜與本體的擴展通信口相連，將采集信息實時傳遞給PLC主控模塊。
    人機界面（HMI）選用TH865，可以實時對PLC控制器的各類寄存器狀態進行讀取，從而獲得采集的各類庫房環境信息，通過設置“功能域”和“數據采集導出”功能可以將采集的環境數據以表格形式存入到CE.CSV文件中。
1.1 信號調理
    環境傳感器傳感的信號有電阻、電壓等，這些信號一般不能直接接入擴展模塊，需先進行信號調理，轉換成擴展模塊采集端所要求的標準電壓電流[4]。對LNTT502FW傳感器進行信號調理，如圖2所示，電阻RTD為傳感器電阻，傳感器返回的是891 Ω~32 087 Ω范圍的電阻值，經過電路轉換，最終以VRTD的電壓信號形式輸出。

    電路中各元器件的參數選取與傳感器的R/T規律和擴展模塊的信號接入標準相關。推導R/T規律時，以傳感器的實驗數據為樣本，基于最小二乘法的多項式逼近原理建立數學模型[5-6]。假設測試數據的誤差是無偏的，即沒有系統誤差，相互獨立，服從正態分布，用最小二乘法尋求R/T數學模型各參數(a1，a2，a3，…，am+1)的最優估計值。運用傳感器測量n組相互獨立的數據(R1，T1)，(R2，T2)，(R3，T3)，…，(Rn，Tn)，假設m冪次非線性多項式為n組獨立數據的數學模型，即：

1.2 傳感器選用
    各類環境要素信息的獲取依靠傳感器來完成。大氣溫度傳感器選用LNTT502FW，為NTC熱敏電阻型傳感器，是與被測介質接觸測量溫度的負溫度系數半導體測量元件。NTC型傳感器大多為Mn、Ni、Co、Fe、Cu等金屬氧化物經過燒結而制成的半導體材料，具有使用壽命長、可靠性高和靈敏度高等優點。對彈內某設備的內部溫度監測選用TS118傳感器，利用紅外測溫的原理，傳感器本體安裝在彈體外表面，將TS118的感應頭對準要測量的設備，即可測得該部位設備內部的最高溫度。環境大氣溫度傳感器選用HTG3515CH，可以檢測0~100%范圍的濕度變化,傳感器的線性度很高,測量誤差為±3%，滿足監測系統的設計要求?？傊瑐鞲衅鞯倪x取直接決定數據采集的精度，是整個采集系統的感知器官，是采集系統的關鍵技術。
2 采集程序設計
    采集控制程序基于梯形語言設計，圖3是系統采集控制程序框圖。首先系統進行設備模塊端口初始化和系統自檢，自檢通過后進行通道選擇，通過設置擴展模塊的通道寄存器，實現通道控制，圖4是某一通道控制梯形語言程序。相應傳感器對監測點進行環境溫濕度信號采集，可編程控制器對采集數據進行寄存器存儲并進行算法分析，包括溫濕度的算法換算、濾波處理和誤差補償等,處理好的數據通過Modbus協議傳輸網絡傳至人機監控界面HMI,并將測量數據實時存入到可擦寫存儲器。

    消除與減小各種干擾，確保工作過程中傳感器的穩定性和必需的運轉指標，是高精度測量的關鍵之一。對于有些已經進入電路的干擾，用硬件措施不易實現并且不易湊效，可以考慮在采用微處理器的智能傳感器系統中，通過編入一定的程序進行信號處理和分析判斷，達到抑制干擾的目的。為了消除干擾因素對采集信號的影響，采集數據需要進行信號濾波處理。以某一時間段的溫度采集數據為樣本，采用軟件濾波的方法，濾波效果如圖5所示。圖中“*”表示實測數據，曲線表示經過軟件算法處理后的擬合數據。顯然，濾波后的溫度數據變化更趨平滑，符合實際大氣溫度連續變化的特點。

3 HMI設計
    對三個庫房的溫濕度進行監控，基于TouchWin軟件，設計的HMI主監控畫面如圖6所示。
    在主監控畫面上，操作員可以實時觀察到各庫房的環境信息。信息的顯示通過讀取PLC主控模塊定義的采集寄存器狀態來獲得，信息通信使用Modbus協議。當操作員需進一步了解某庫房的環境信息時，通過點擊主畫面上相對應的“進入分控畫面”按鈕，進入該庫房的分控畫面。在分控畫面上，溫度等環境信息，以時間為橫坐標，以監測值為縱坐標進行曲線顯示，便于操作員了解環境變化趨勢，同時可以根據實際需要，對采集控制系統的核心PLC進行二次開發，利用預留的開關量控制點，設置相應的功能鍵，控制相應環境調節設備的啟停。
    基于PLC技術和HMI設計的環境監測與數據記錄系統可以完成對庫房存儲環境數據記錄和實時監測的功能。系統設計界面交互性強，系統硬件基于成熟的PLC技術開發，可靠性高[7]。記錄系統最終生成“.CSV”文件，數據以表格形式存在，可以用Exel打開，為后續庫房存儲環境數據庫研究工作提供接口。環境監測與數據記錄系統對導彈庫房環境管理資源進行重新配置和改造，極大地減少人對環境的干擾，最大限度地保證數據的及時性和準確性，先進的手段與資源支持能夠準確地反映庫房環境變化規律，利用狀態監測、健康評估的輸出結果做出相應的支持決策，提高導彈庫房存儲的管理水平。
參考文獻
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