存储服务器内的温度检测信号线 用线,存储环境监测与数据记录系统设计

摘 要： 基于传感器技术和PLC技术设计了环境监测与数据记录系统。该系统可以自动将监测数据存储到可移动存储介质，并将数据实时发送给值班室的人机界面；通过环境监测与数据记录系统，获得并存储温湿度等环境载荷数据,为将来进行导弹相关部件的寿命疲劳评估以及对存储环境的季节、月份、区域变化规律统计分析提供原始数据支撑。

关键词： 存储环境； 监测； 数据纪录

导弹作为未来高科技战争的主战兵器，在日常存储时，其发动机装药和电子设备对可靠性有着特殊要求，对这类设备的存储必须严格控制温湿度、振动以及霉菌等环境要素[1]。库房环境要求密封，若采用人工方式监测导弹的存储环境,测量数据多,次数频繁,工作量大[2-3]，且测量时会破坏导弹原有的密封环境。环境监测与数据记录系统可以自动将监测数据存储到可移动存储介质，并将数据实时发送给值班室的人机界面， 为导弹武器系统的故障预测与健康管理PHM(Prognostics and Health Management)提供环境数据，为值班人员对存储环境进行加热、除湿等决策提供判据。

通过环境监测与数据记录系统，大量温湿度等环境载荷数据被存储，为将来进行导弹相关部件的寿命疲劳评估和对存储环境的季节、月份、区域变化规律统计分析提供原始数据支撑。

1 系统组成

环境监测与数据记录系统主要由PLC主控模块、扩展模块组、信号调理模块组、传感器和人机界面(HMI)组成。如图1所示，各类传感器采集库房各房间的温湿度等环境信息，经信号调理，模拟信号传送至扩展模块进行A/D转换，经串行组网通信，采集数据传送给PLC主控模块，控制核心与HMI之间以Modbus协议通信，HMI画面上可以监控到所有库房的环境信息，同时将监测数据以一定周期存储到移动存储介质。

PLC控制器的工作环境范围较宽，可靠性高，模块采用直流24 V供电，运算速度快，本体具备多路模拟量扩展能力，并具有多通信口和CANBus总线通信功能。本体通过端口Port 2与HMI的端口COM 2相连接。扩展模块完成对标准电压、电流信号进行A/D转换的功能，对空气的温湿度信号采集时，选用E8AD，A/D转换的分辨率为1/163 83，通过通信电缆与本体的扩展通信口相连，将采集信息实时传递给PLC主控模块。

人机界面(HMI)选用TH865，可以实时对PLC控制器的各类寄存器状态进行读取，从而获得采集的各类库房环境信息，通过设置“功能域”和“数据采集导出”功能可以将采集的环境数据以表格形式存入到CE。CSV文件中。

1.1 信号调理

环境传感器传感的信号有电阻、电压等，这些信号一般不能直接接入扩展模块，需先进行信号调理，转换成扩展模块采集端所要求的标准电压电流[4]。对LNTT502FW传感器进行信号调理，如图2所示，电阻RTD为传感器电阻，传感器返回的是891 Ω~32 087 Ω范围的电阻值，经过电路转换，最终以VRTD的电压信号形式输出。

电路中各元器件的参数选取与传感器的R/T规律和扩展模块的信号接入标准相关。推导R/T规律时，以传感器的实验数据为样本，基于最小二乘法的多项式逼近原理建立数学模型[5-6]。假设测试数据的误差是无偏的，即没有系统误差，相互独立，服从正态分布，用最小二乘法寻求R/T数学模型各参数(a1，a2，a3，…，am+1)的最优估计值。运用传感器测量n组相互独立的数据(R1，T1)，(R2，T2)，(R3，T3)，…，(Rn，Tn)，假设m幂次非线性多项式为n组独立数据的数学模型，即：

1.2 传感器选用

各类环境要素信息的获取依靠传感器来完成。大气温度传感器选用LNTT502FW，为NTC热敏电阻型传感器，是与被测介质接触测量温度的负温度系数半导体测量元件。NTC型传感器大多为Mn、Ni、Co、Fe、Cu等金属氧化物经过烧结而制成的半导体材料，具有使用寿命长、可靠性高和灵敏度高等优点。对弹内某设备的内部温度监测选用TS118传感器，利用红外测温的原理，传感器本体安装在弹体外表面，将TS118的感应头对准要测量的设备，即可测得该部位设备内部的最高温度。环境大气温度传感器选用HTG3515CH，可以检测0~100%范围的湿度变化,传感器的线性度很高,测量误差为±3%，满足监测系统的设计要求。总之，传感器的选取直接决定数据采集的精度，是整个采集系统的感知器官，是采集系统的关键技术。

2 采集程序设计

采集控制程序基于梯形语言设计，图3是系统采集控制程序框图。首先系统进行设备模块端口初始化和系统自检，自检通过后进行通道选择，通过设置扩展模块的通道寄存器，实现通道控制，图4是某一通道控制梯形语言程序。相应传感器对监测点进行环境温湿度信号采集，可编程控制器对采集数据进行寄存器存储并进行算法分析，包括温湿度的算法换算、滤波处理和误差补偿等,处理好的数据通过Modbus协议传输网络传至人机监控界面HMI,并将测量数据实时存入到可擦写存储器。

消除与减小各种干扰，确保工作过程中传感器的稳定性和必需的运转指标，是高精度测量的关键之一。对于有些已经进入电路的干扰，用硬件措施不易实现并且不易凑效，可以考虑在采用微处理器的智能传感器系统中，通过编入一定的程序进行信号处理和分析判断，达到抑制干扰的目的。为了消除干扰因素对采集信号的影响，采集数据需要进行信号滤波处理。以某一时间段的温度采集数据为样本，采用软件滤波的方法，滤波效果如图5所示。图中“*”表示实测数据，曲线表示经过软件算法处理后的拟合数据。显然，滤波后的温度数据变化更趋平滑，符合实际大气温度连续变化的特点。

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