刷式密封試驗(yàn)器自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王鐵軍 周易 高楊

摘要：針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)刷式密封試驗(yàn)器，基于西門子“PLC-WinCC”軟硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)試驗(yàn)器空氣系統(tǒng)、液壓加載系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)的手動(dòng)和自動(dòng)控制，自動(dòng)控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)基于載荷譜的試驗(yàn)流程自動(dòng)化運(yùn)行。另外，具有試驗(yàn)參數(shù)超限報(bào)警、硬件故障報(bào)警、報(bào)警報(bào)表、試驗(yàn)計(jì)時(shí)等功能。配合LabVIEW平臺(tái)的測試系統(tǒng)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)試驗(yàn)器的控制、測試數(shù)據(jù)記錄以及顯示等功能。目前，該試驗(yàn)器已投入使用，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：刷式密封試驗(yàn)器;PLC;WinCC;自動(dòng)控制

0 ?引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)刷式密封的耐久性試驗(yàn)耗時(shí)長，且不需頻繁操作，常規(guī)的試驗(yàn)器手動(dòng)控制模式精度低，且很容易造成試驗(yàn)人員過度疲勞，對(duì)試驗(yàn)精確性和安全性造成影響。因此需要一種試驗(yàn)器的自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高控制精度，減輕試驗(yàn)人員的操作負(fù)擔(dān)。

本文采用西門子“PLC-WinCC”軟硬件平臺(tái)，搭建了一套用于刷式密封試驗(yàn)器的自動(dòng)控制系統(tǒng)。主要包括PLC控制系統(tǒng)、WinCC人機(jī)交互系統(tǒng)二部分。

1 ?PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)硬件采用S7-300PLC作為控制核心，軟件采用了結(jié)構(gòu)化編程方法，設(shè)計(jì)了如表1所示的若干程序塊。

表1中：“OB塊”為系統(tǒng)組織塊，“OB1 主程序”負(fù)責(zé)調(diào)用各個(gè)功能塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能，“OB35 PID模塊讀寫”負(fù)責(zé)與FM355閉環(huán)控制模塊進(jìn)行信息交互，“OB32 計(jì)時(shí)”負(fù)責(zé)系統(tǒng)所有的計(jì)時(shí)功能[1]?！癋C功能塊”為PLC控制系統(tǒng)具備的各項(xiàng)功能。“FC標(biāo)準(zhǔn)功能模塊”是針對(duì)一些常用的功能，基于通用化思想設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)模塊，塊內(nèi)所有變量都是局部變量，在使用時(shí)由調(diào)用它的功能塊通過變量接口為局部變量賦值[2]?！癉B數(shù)據(jù)塊”存儲(chǔ)自動(dòng)試驗(yàn)載荷譜、各功能塊的背景數(shù)據(jù)、通過通訊得到的測試系統(tǒng)采集參數(shù)、PLC模擬量的參數(shù)限值等。

“OB35 PID模塊讀寫”通過FM355模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)試驗(yàn)進(jìn)氣壓力、試驗(yàn)進(jìn)氣溫度、前卸荷腔氣體壓力的閉環(huán)控制。

“FC5 自動(dòng)試驗(yàn)”為控制系統(tǒng)的核心功能，能夠?qū)崿F(xiàn)基于載荷譜的自動(dòng)試驗(yàn)控制。 “DB1自動(dòng)試驗(yàn)載荷譜”數(shù)塊能夠存儲(chǔ)10步載荷譜，循環(huán)次數(shù)不限。利用指針，將變量“當(dāng)前步數(shù)”轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)步載荷譜的地址偏移量，讀取變量并賦值給“當(dāng)前主電機(jī)轉(zhuǎn)速”等變量，最后將“當(dāng)前”變量賦值輸出給對(duì)應(yīng)控制信號(hào)，完成自動(dòng)控制。

2 ?WinCC人機(jī)交互系統(tǒng)

基于WinCC平臺(tái)設(shè)計(jì)了刷式密封試驗(yàn)器自動(dòng)控制系統(tǒng)的人機(jī)交互系統(tǒng)，主要包括“試驗(yàn)設(shè)置”、“自動(dòng)試驗(yàn)”、“空氣系統(tǒng)”、“液壓&滑油”、“報(bào)警顯示”、“報(bào)警報(bào)表”幾個(gè)部分。

“試驗(yàn)設(shè)置”頁面能夠?qū)⑤d荷譜存入PLC，設(shè)置載荷譜步數(shù)與循環(huán)次數(shù)等數(shù)據(jù)，與測試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

“空氣系統(tǒng)”和“液壓&滑油”界面能夠圖形化顯示試驗(yàn)器的結(jié)構(gòu)、全部傳感器及其數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)器的手動(dòng)控制。

“報(bào)警顯示”界面以指示燈的形式顯示系統(tǒng)所有的報(bào)警信號(hào)，“報(bào)警報(bào)表”界面以報(bào)表的形式記錄報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生與消失的時(shí)間，并能夠?qū)?bào)表另存為報(bào)表文件。

“自動(dòng)試驗(yàn)”界面如圖1所示。該界面內(nèi)上方為自動(dòng)試驗(yàn)的各個(gè)操作按鈕。開始試驗(yàn)前，確定載荷譜無誤后，點(diǎn)擊“初始化”按鈕對(duì)PLC進(jìn)行初始化設(shè)置。然后點(diǎn)擊“試驗(yàn)開始”按鈕開始自動(dòng)試驗(yàn)，此時(shí)“試驗(yàn)運(yùn)行”指示燈點(diǎn)亮為綠色，測試系統(tǒng)開始記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

載荷譜第一步設(shè)置為試驗(yàn)器狀態(tài)的目標(biāo)值，并顯示在“設(shè)定值”一欄中，“當(dāng)前值”一欄則顯示試驗(yàn)器當(dāng)前各項(xiàng)參數(shù)值。試驗(yàn)人員觀察對(duì)比“設(shè)定值”和“當(dāng)前值”，當(dāng)試驗(yàn)器狀態(tài)達(dá)到載荷譜要求時(shí)，點(diǎn)擊“單步計(jì)時(shí)開始”按鈕，該按鈕點(diǎn)亮，同時(shí)激活當(dāng)前步的計(jì)時(shí)。單步計(jì)時(shí)達(dá)到載荷譜當(dāng)前步規(guī)定時(shí)間后，“單步計(jì)時(shí)開始”按鈕熄滅，該步試驗(yàn)完成，下一步載荷譜自動(dòng)設(shè)定為目標(biāo)值，試驗(yàn)器參數(shù)進(jìn)入過渡態(tài)。如此循環(huán)重復(fù)，直至自動(dòng)試驗(yàn)載荷譜要求的試驗(yàn)步數(shù)和循環(huán)次數(shù)全部完成。試驗(yàn)過程中可點(diǎn)擊“試驗(yàn)停車”按鈕停止自動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)程，此時(shí)測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄暫停，試驗(yàn)器狀態(tài)仍然為載荷譜給定狀態(tài)，點(diǎn)擊“試驗(yàn)開始”按鈕可以繼續(xù)。

當(dāng)載荷譜兩步之間過渡時(shí)間過長時(shí)，試驗(yàn)人員可以切換為遠(yuǎn)程手動(dòng)操作模式加快試驗(yàn)器的狀態(tài)過渡。首先根據(jù)需求進(jìn)入“空氣系統(tǒng)”或“液壓&滑油”界面，點(diǎn)擊“試驗(yàn)?zāi)Ｊ健敝械摹笆謩?dòng)”按鈕，切換為手動(dòng)模式，開始對(duì)試驗(yàn)器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄暫停。調(diào)整完畢后，點(diǎn)擊“試驗(yàn)?zāi)Ｊ健敝械摹白詣?dòng)”按鈕并返回“自動(dòng)試驗(yàn)”界面，試驗(yàn)器將繼續(xù)按照載荷譜進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄繼續(xù)。

當(dāng)載荷譜運(yùn)行完成后，“試驗(yàn)運(yùn)行”指示燈熄滅，“試驗(yàn)完成”指示燈點(diǎn)亮為綠色，測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄停止，試驗(yàn)器仍維持在最后一步的設(shè)定值。此時(shí)切換為手動(dòng)模式，根據(jù)需求對(duì)試驗(yàn)器進(jìn)行停轉(zhuǎn)、停氣或降溫等操作，點(diǎn)擊“初始化”按鈕將PLC內(nèi)自動(dòng)試驗(yàn)各相關(guān)量進(jìn)行初始化操作。此時(shí)，自動(dòng)試驗(yàn)全部完成。

3 ?結(jié)論

本文針對(duì)刷式密封試驗(yàn)器，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)試驗(yàn)器的手動(dòng)控制和基于載荷譜的自動(dòng)試驗(yàn)控制。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，易于維護(hù)和后期功能擴(kuò)展。對(duì)類似試驗(yàn)器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作有一定參考和借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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