航天企业全系统试验时序控制程序的设计*

郭飞龙 ，王燕平

（1.上海空间推进研究所，上海 201112；2.上海空间发动机工程技术研究中心，上海 201112）

引言

在液体火箭发动机试车过程中，试车程序的编写是一项很重要的工作。目前，对于不同的试车台，航天企业采用的试车程序编写方法各不相同，相对于单机试车来说，全系统试车台的程序编写要更为复杂，数据量庞大，需要消耗大量时间。如何高效的将任务书的时序图纸、控制系统、数据处理系统衔接起来，这是需要迫切解决的问题。

1 现有数据处理端文件的编写

系统试车前期，设计部门通过CAD 软件进行拟画试车简易时序图，包括主程序、子程序图纸。系统试车控制系统所兼容的文件为TXT 或者Excel 文件，为此，需要根据图纸上分机工作时间，手动输入“0”和“1”，再将文件导入控制系统。如图1 所示为控制系统所需的试车程序文件。

图1 控制系统所需的试车程序文件

图2 数据处理的文件

如此次试车程序时间比较长，分机比较多的情况下，需要消耗大量时间，容错率较高，检查修改起来比较困难。

试车程序数据处理是基于VEE 程序开发，尤其是全系统试车，各分机程序均不一样，需要试车数据的同时，还需要读取各分机工作时间的配置文件，均为手动输入，需要消耗大量时间，如图2 所示。

其中，第一行代表着分机数量，第二行分别表示分机工作时刻、脉冲次数、开机时间、关机时间和分机名。手动输入容错率非常高，一旦有误写的地方，会影响正常处理；另外耗时非常久。

2 控制程序自动转化软件的设计说明

设计思路是整合试车程序设计阶段、试车前时序准备阶段、试车后数据处理阶段经过同一软件实现高效化、智能化、自动化转换的优势与特点。

2.1 设计原理

设计原理主要是根据全系统控制程序的算法和数据处理VEE 程序的算法，通过LabVIEW 环境搭建软件框架，编写前端试车程序和自动生成后端控制程序文件和数据处理文件，大大减少了前期试验准备时间和后期数据分析时间，为整个试验过程提高了效率。

2.2 现编译方法和关键点

图3 编译流程图

基于LabVIEW 高级编程搭建的框架，LabVIEW 是NI 推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持。可将所有的仪器控制信息均集中在软件模块中，可以采用多种方式显示采集的数据、分析的结果和控制过程。这种对关键部分的转移增加了虚拟仪器的灵活性。图3 为现编译方法流程图，将原先的手动工作量替换成自动工作方式。

图4

图5

图6

2.3 具体实现步骤、功能与操作流程

为了达到设计目的，考虑到LabVIEW 安装不便（700MB），现将程序打包为可执行文件（exe）。任意一台未安装LabVIEW 编译软件的计算机均可以安装此新程序，大小仅为2MB，安装极其简易，无需安装数据量庞大的LabVIEW。

步骤一，完成软件的需求分析，功能实现分析，提出方案；

步骤二，软件框架搭建，通过LabVIEW 环境编写前端时序图，后段控制程序；

步骤三，根据全系统控制程序的算法和数据处理的算法进行编写；

步骤四，对编译完成的软件进行测试。

设计的初衷是使系统更加自动化、简易化、智能化，软件操作起来简洁化、效率化，用最小的数据量表述最大的信息量。

（1）如图4 所示，将编译好的软件打包成可执行文件（exe），使得任意计算机均可安装。

图7

图8

图9

图10

（2）图5 为此次系统试车所用到的试车程序段，包括所需的稳态和脉冲，程序段命名可以以任意方式命名，方便为分机程序调用其中的子程序。

图11

表1 工作效率对比表

（3）图6 为各分机的试车程序，只需填写开机时间和编译好子程序的名字（如可将某脉冲程序命名为A、B、C、D、），在分机界面中可复制粘帖写入程序名，由后台程序调用即可。

（4）图7、8 为程序生成的电磁阀时序图，可进行局部分析、对照、打印。

（5）图9 为软件根据所有程序时间的最小区间机动选取最大时间间隔生成控制程序文件，既节约了生成时间，又在同样功能的前提下，降低了数据量。文本可直接导入系统试车的控制系统，实现自动生成、转换，大大降低了容错率，节约了大量前期试车准备时间，提高了效率。

（6）图10 为文件导入控制系统后生成的试车时序图，用于正式试车程序。如今该设计已经运用在各大全系统试车中，运行下来效率显著提升，节约了大量前期准备时间。

（7）图11 为生成数据处理的配置文件，有单元和双元发动机可选，也可选择需要生成的分机。加上采集好的数据文件，可实现3 天内生成数据报告，与原先的两周时间提升了3-4 倍的效率。

3 技术创新

（1）分析所有程序的时间量，通过算法，找出时序的最大间隔时间，从而用最小的数据量表达最大的信息量。

（2）通过对程序的命名，分析子程序和组程序，通过算法有序组织这些程序的混合编程。

（3）根据控制程序的算法，无序地添加子程序和组程序，并能方便修改。

（4）分析对数据的判读，将程序中的时间量转换为布尔量，并生成控制程序。

（5）显示时序曲线，并能任意浏览时序曲线、保存图像、导出数据。

（6）根据VEE 数据处理方式，将时序数据转换为兼容VEE 数据处理的文件。

（7）将程序打包成（exe）可执行文件，并能在任意电脑上独立运行，安装非常简易，无需安装庞大的LabVIEW 编程软件。

4 应用成效及经济效益

从软件开发至今，企业内所有的系统试车，均应用了该设计。首先通过头两次系统试车的检验，来考核本项目，验证了可靠性、准确性，大幅提升工作效率。以表1 为新旧方法在两次实际工作运用上的对比图，相对于控制程序，效率提升倍数为两位数以上。小型系统试车可节省2-3 个工作日的工作量；大型系统试车可节省3-5 个工作日的工作量。数据处理可在一天内完成，未出现过软件错误，各大型系统试车均能无缝衔接时序、控制和数据。

4.1 使用效果

（1）利用LabVIEW 编程，可实时、直接地对数据进行编辑，也可通过计算机总线数据传输到存储器。既解决了数据传输，又充分利用了计算机的存储能力，使其几乎具有无限的数据记录容量。

（2）由于虚拟仪器关键在于软件，硬件的局限性比较小，因此与其他仪器连接比较容易实现。且可以方便地与网络、外设及其他应用连接，还可通过网络进行多用户数据共享。

（3）利用LabVIEW 的灵活性、便捷性，可将原本手动操作的工作，逐步转换成自动操作。例如远程自动校准传感器、远程自动增压、远程自动处理数据等等，均可嵌入开发程序，提高效率。

4.2 效益情况

（1）该成果大幅提高了系统试车时序控制文件的编写和数据处理，编写时间是原手动编写的1/50 到1/150，数据处理从原来的一两周缩短至1 天。

（2）该成果有效地降低了手动编写的容错率，消除了由人为因素所产生的差错，软件运行准确率为100%。

（3）利用该设计方法，大大地缩短试验前期准备时间和后期数据处理时间，大幅度节省了试验期间的时间，缩短了试验周期，增强了效益。

5 结论

航天企业通过软件编译，实现全系统试验时序图编写，生成数据信息，图片信息，减少了编写的时间，实现了控制程序自动转化。大大降低了控制程序编写时间，同时提高了试验测控数据的准确性。实现了后台自动生成数据处理文件，将控制系统与采集系统形成一个高效的对接，减少了80%数据处理时间。