某型号发动机试验自动紧急关机判读工作由Pacific 6000稳态采集系统承担，前端传感器输出的信号经电缆网进入信号变换器，转化为采集系统可识别的电压/频率量，经采集系统放大、滤波、采样/保持、A/D转换后的数字信号送入DDS。数据经过DDS采样选取，送入其中的两个并行缓存（FIFO数据缓存和环形缓存）后通过GPIB-140A总线扩展器和光纤传输到远程采集主机，由后期开发的PI660软件进行数据采集和紧急关机条件的判读。控制系统通过吸合、断开无源触点作为发动机点火、关机的时统信号，测量系统将触点信号变换为5 V阶跃信号作为发动机的启动/关机信号。判读条件依据发动机某次试验的工况特性由发动机设计单位提出，采用改进型红线限幅法，通过合理设置不同时间段多个关键参数数值，实现发动机启动段和主级段的故障判断。当多个参数连续判读三次同时满足关机条件时，采集主机的继电器卡输出关机触点信号，由控制系统完成后续关机操作（关机操作示意图如图1所示）。

根据任务书要求，发动机紧急关机判读分为5.5～6.8 s（启动段）和6.8 s～关机时刻（主级段）条件判读，连续3次判断(时间间隔0.1 s)，达到自动紧急关机条件时，执行自动紧急关机。本文以发动机5.5～6.8 s的启动段为研究对象进行分析。

Pacific 6000采集系统的紧急关机软件是采用VB语言对厂家的采集软件PI660进行二次开发的程序，采样频率100 Hz，滤波10 Hz，其紧急关机部分具体流程如图2所示。

图1 自动紧急关机操作示意图
Fig.1 Operation schematic diagram of automatic emergency shutdown

图2 紧急关机程序流程图
Fig.2 Flow chart of emergency shutdown program

整个紧急关机程序放在一个VB计时器控件Timer的事件过程中，timer定时间隔设为100 ms，即每隔0.1 s程序循环一次。程序读取Pacific 6000通道数据，对启动信号进行判读，若大于3.5 V，认为发动机启动，点火时标清零并开始计时。通过读取Pacific 6000系统运行时间计算是否到达5.5 s。根据紧急关机条件进行关机参数的读取和判断，连续三次判读满足条件时，使继电器输出板输出触点信号。

根据自动紧急关机判读流程可以发现，程序判读和发出关机指令的时间精度主要取决于三个方面：

1) 启动信号大于3.5 V时刻（发动机启动时刻或点火时标0 s时刻）的判读精度；

2) 点火时标达到5.5 s时刻的判读精度；

3) 连判时间间隔0.1 s的定时精度。

进一步深入分析和测试发现，影响上述三方面时间精度的主要因素如下：

1) VB timer定时器精度；

2) VB timer的时间间隔；

3) Pacific 6000采集系统通道传输延迟；

4) Pacific 6000采集系统运行时间精度。

2.2.3 采集系统传输延迟的影响

Pacific 6000采集系统设有数据缓冲区，每隔50 ms打包发送一组数据，紧急关机程序实时从6000通道读取的数据，实际是50～100 ms之前的数据，如图3所示，若在接近0 ms的t1时刻读通道，读的是-50 ms形成的数据包的第一个值，延迟为-50 ms；若在接近50 ms的t2时刻读通道，读的还是-50 ms形成的数据包的第一个值，延迟趋近于100 ms。对这一项也进行了测试，测试结果与理论分析相符。

由此可得出结论，Pacific 6000系统的通道传输延迟为50～100 ms。由此造成的影响如下：发动机启动时，过50～100 ms后，紧急关机程序才能从通道获取启动信号的跳变，由此给点火时标0 s时刻判读造成0.05～0.1 s的延迟。

图3 Pacific 6000系统通道延迟示意图
Fig.3 Schematic diagram for channel delay of Pacific 6000 system

2.2.4 采集系统运行时间精度的影响

紧急关机程序用PI660DLLGetRuntime( )函数读取Pacific 6000系统的硬件运行时间，计算发动机点火0 s时刻及点火5.5 s时刻。由于Pacific 6000系统的计时原理是按采集数据包的个数来计算时间的，因此决定了其计时最小分辨率为50 ms。实际测试与分析相符，为50 ms。由此造成的影响如下：

为了全面获取试验数据，测量系统在发动机预冷阶段已经启动，如图4所示，当发动机T1时刻（略大于T）点火，此时读取Pacific 6000系统运行时间值为T作为发动机点火的0 s时刻，以后再读取Pacific 6000时间减去T就转换为点火时标了，因此当T+5 500时刻到达5.5 s的判断起始时间，此时基本不会产生影响；而当发动机 T2 时刻（略小于T+50）点火，读取Pacific 6000系统运行时间值依然为T（实际应为T+50），并认定为发动机点火的0 s时刻，由此导致程序将T+5 500（实际应为T+5 550）时刻认定为5.5 s（实际为5.45 s）判断起始时间，由此造成把5.45 s当成5.5 s。因此，他会造成点火时标5.5 s的判读延迟-0.05～0 s。

图4 Pacific 6000 系统运行时间精度的影响
Fig.4 Factors to affect the running time accuracy of Pacific 6000 system

2.2.5 综合分析

综合考虑上述所有影响因素，得出该紧急关机系统的综合滞后偏差为0.02～0.34 s，即从5.5 s开始条件判读超限，连续判读三次均满足条件时，理论关机信号发出时间为5.7 s，但实际自动紧急关机信号发出时间为5.72～6.04 s（表1）。

表1 现紧急关机系统时间延迟统计
Tab.1 Time delay statistics of existing emergency shutdown system

通过上述分析可以看出，要想减小系统延迟，从以下几方面进行考虑：

1)提高计时器精度；

2)减小计时器间隔；

3)不用Pacific 6000系统运行时间计算5.5 s时刻；

4)减小采集系统通道传输延迟。

由于VB timer采用的是消息机制，发送一个WM_TIMER消息由响应函数处理。而NT内核的操作系统以约15.600 1 ms为周期响应中断，定时器的最短时间间隔约为15.6 ms，无法满足高精度的定时控制要求。为了提高计数器精度，对常用的定时器进行性能比对分析，采用多媒体定时器，它弥补了VB中自带的Timer控件定时不准确，同步性差的缺点。该定时器不依赖于消息机制，而是由TimeSetEvent( )函数产生一个独立的线程，保证定时中断在CPU 资源紧张时得到实时响应，计时精度1 ms，且无累加误差。经实测定时器控件精度可以满足定时要求。

为了消除Timer间隔造成的0 s判读延迟，对原程序进行改进，将点火时标0 s时刻判读间隔由100 ms改为10 ms，可以缩短判读延迟时间0.1 s。为了提高执行效率，减小资源消耗，减少对稳态采集程序性能的影响，程序其他部分仍为100 ms间隔执行。

为了消除点火时间5.5 s判读延迟，不再使用Pacific 6000系统运行时间进行计时，改为高精度定时器计数累加计时法。

而采集系统通道传输延迟为采集系统的固有特性，在不改变采集系统现有模式下，该延迟时间无法改善。

经上述改进后，前三项影响因素基本消除，紧急关机程序延迟影响明显改进，最大值由以前的0.34 s提高到0.11 s，见表2。

表2 改进前后紧急关机判读偏差来源对比表
Tab.2 Contrast between deviation sources of emergency shutdown interpretation before and after improvement

除上述改进措施外，程序还增加了自动紧急关机系统日志功能，详细记录每次满足判读条件的相对时间，为发动机试后故障分析提供准确的故障时刻。

程序改进后，利用信号发生器模拟发动机真实工作参数值，使发动机在5.5 s之前满足并持续关机条件，发动机实施自动紧急关机。改进后进行了多次程序调试，并和试验台控制系统进行了多次自动紧急关机调试，测试结果表明：系统响应时间与理论分析一致，无漏关机和误关机现象发生。调试结果见表3。

表3 程序改进后测试结果
Tab.3 Measured results after procedure improvement

通过表3数据分析可知：改进后紧急关机判读程序时间延迟在0.08～0.11 s之间，和理论分析结果吻合。此外，该程序还和控制系统进行了全系统的长时间可靠性考核，系统运行稳定。