付红栓 李赵 金立玺
上海市特种设备监督检验技术研究院 上海市 200062
摘要：针对导弹燃气舵机中安全阀自动测试系统的研制需求，制定了该自动测试系统的总体实现方案，着重描述了多线程测试系统上位机软件的设计与实现过程。详细分析了用户权限管理、串口通信、安全阀性能测试和数据管理几个主要的软件模块和工作流程。实际应用结果表明：该系统架构合理、界面友好、可靠性强，能有效进行安全阀的自动测试，可以满足质检任务的快速开展。
关键词：安全阀；自动测试；多线程；软件设计；数据管理
燃气舵是导弹推力矢量控制装置，通过改变推进装置的燃气喷流方向，产生改变导弹姿态的作用力或作用力矩。而该型导弹燃气舵内部的一个重要控制部件即是“安全阀”。该安全阀的打开压力在3.40～3.95MPa之间，为保障导弹工作的有效性，使用前需要进行正向密封性、打开压力、回座压力、反向承压和密封圈密封性等测试，通用的人工单项检测方法不仅每次耗时三四十分钟，而且还存在一定的误检率。目前在气动压力控制阀检测方面，有不少大学和研究所开发出各类控制阀门检测系统，比如山东大学开发出高／微流量气压减压阀测试系统。宁波大学基于Lab VIEW研制了减压阀测试设备。
1系统总体方案设计
整个测试系统主要由测试工件(安全阀)、气路系统、电路系统和上位机软件四大部分组成，主要利用计算机及自动检测技术，实现安全阀各项性能指标的自动测试，如图1所示。
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气路系统组成结构整个气路系统处于高压环境，主要为不同测试项目输出合适的测试气压。另外，由于安全阀打开压力、回座压力、密封性等多项性能测试中的流量指标差异非常大，输出流量小至几mlMmin、大至几十IMmin，所以该气路系统搭建的一个难点在于如何快速切换测试项目。为解决这个问题，设计时采用多路电磁阀并联一起，分别与不同精度流量测试仪器连接，通过控制电路中电磁阀的开断来实现测试气路的切换。电路系统负责压力和流量信号的采集、转换与传输，并发送到工控机。工控机还负责将控制信号传送到测量与控制电路部分，进而控制执行机构(电磁阀、电动压力调节阀)完成调节动作。
2系统上位机软件设计思路
主控计算机是测试系统的控制管理中心，对整个测试过程进行管控和调度，完成规定的测试任务。系统基于VC开发平台，分析该测试系统软件的需求，运用多线程技术和模块化设计原则MJ，设计开发测试系统的上位机软件，以期能提供操作简单的人机管理界面。
2.1系统上位机软件需求分析
通过分析安全阀性能测试项目的测试方法及工作流程，确定人机接口管理界面是否能够完成控制响应、实时通信、数据分析和图表显示四大项任务，因此需要包含以下基本功能：
①响应界面操作按钮，实现测试项目的选择，以及人工分析处理的一些操作；
②通过串口完成与下位机的通信，上传各传感器数据至上位机界面，下达控制命令控制执行机构的调节状态；
③对比传感器测试数据与技术指标要求，进行测试项目的性能评估，显示分析结果，并将关键数据信息以直观图形的方式标识出来；
④综合压力传感器和流量计测试数据，绘制历史数据曲线、打开压力曲线、回座压力曲线，实现曲线图表的显示。测测试项目功能区中的相应测试项目对应单个指标测试流程；各传感器的最新测试数据会显示在界面上，并在绘制区实时显示数据曲线；各项目测试完成后，会在显示区给出系统针对各个项目性能的分析结果；电磁阀区域显示当前时刻各电磁阀开关状态，以方便用户观察气路状态是否正常。
要保证传感器测试数据既能进行连续、长时间数据采集，又能实时解算并动态显示，这对数据采集、计算处理、数据实时显示等功能的设计提出了很高的要求。单线程、顺序执行的程序结构已经不能满足测试系统的需求，而利用多线程技术，把数据采集、数据计算处理、数据实时动态显示等任务分配给多个线程同步处理，实现不同功能的并发执行，可有效提高系统的效率，从而优化系统整体性能。
2.2多线程技术
上位机软件作为整个测试系统的神经中枢，为了提高其工作效率，设计时运用多线程技术，将执行代码划分主次，主线程负责响应主界面操作，优先级最高，次线程负责完成其他任务。根据安全阀测试需求分析可知，上位机软件主体任务包含界面操作、串口通信、数据分析处理和数据库操作，因此可把界面操作设为主线程，其他任务设为次线程。由于串口通信涉及测试数据的上传与控制命令的下达，是上位机线程联系的枢纽，因此将它的优先级设为次线程队列中最高的。软件运行过程中，当主线程响应用户界面操作时，次线程会暂时挂起，完成响应后，挂起的次线程被唤醒。在人机交互的过程中，通过多线程技术解决了系统并发任务的调度、线程间的通信和同步问题，提高了系统的实时响应能力。本系统采用全局变量进行线程间通信，结合自定义消息变量进行辅助通信¨J。同时使用临界区对象实现对数据的保护，只有线程获得该对象才能访问被保护的公共资源，直到该线程释放该对象，才允许其他线程访问，为线程之间数据的共享和传递提供了良好的数据保护机制。
3系统上位机软件功能实现
该安全阀测试系统的例行测试有：密封圈密封性测试、正向密封性测试、打开压力测试、阀门动作测试、反向压力测试、回座压力测试4所示。当进行各个项目测试时，软件根据采集到的气压和流量值对电动压力调节阀及电磁阀进行自动控制，不断反馈控制直至获取满足测试要求的气压。为防止误操作，当前测试任务执行过程中会与其他测试项目互锁，只有结束当前测试才能进行下一项测试。
3.1登录界面
此模块设置了保护权限，需要验证测试人员的合法性以及管理用户的使用权限，只有教师规定的同学具有权限进人该系统。登录功能需要根据教师在后台建立的账号和密码库来验证，每次登录不成功系统明确提示账号或者密码重输入，连续提示次数超过3次，系统强制退出软件。
3.2设备自检
对测试控制单元的功能、通道配置情况及可用性进行检测，并对系统做相应初始化，确保安全阀测试结果的有效性和可信性。该模块实际上是一个特殊的数据采集与信号控制的过程，是针对各测试装置的自测试与数据采集方案。
此外，人机交互界面实现根据安全阀测试控制工作流程，要求设计友好的人机交互界面，完成后的软件主界面如图7所示。整个自动测试交互界面主要包括项目流程控制及数据实时监测区、性能评估结果显示区、数据曲线显示区、串行通信参数设置区、数据存储及事后人工分析处理区、电磁阀测试状态显示区。
4结束语
针对导弹安全阀的测试需求，研制一种安全阀自动测试系统，利用多线程技术设计具有用户登录管理、串口通信、性能测试和数据管理等功能的用户控制界面，人机交互方便，不仅能快速测试安全阀的全项目性能指标，还能通过上位机界面控制各单项测试，输出测试系统各部件工作状态，为企业生产提供良好的辅助工具，大大提高了质检任务的执行效率。
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