淺析公司航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展

高媛媛，王超宇

（中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司，湖南 株洲412002）

1 概述

目前公司航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)試車臺(tái)已經(jīng)具備全自動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、記錄、人機(jī)交互等功能，所使用的是以工控機(jī)為控制與處理核心的輔助試車系統(tǒng)，應(yīng)用了工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，確保了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)精確性，提高了工作效率。

但車臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)融信息管理、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)督控制等功能與一體，測(cè)控系統(tǒng)軟硬件的復(fù)雜程度越來(lái)越高，可靠性的問(wèn)題也越來(lái)越突出。車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)這種過(guò)于集成的結(jié)構(gòu)降低了系統(tǒng)整體可靠性。同時(shí)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，沒(méi)有充分考慮模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)難度很大，在目前的軟硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化試車及試車數(shù)據(jù)共享。

本文分析了公司當(dāng)前航空試車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)存在的問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題給出今后的航機(jī)試車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的硬件發(fā)展方向，自動(dòng)化試車軟件的可行的設(shè)計(jì)實(shí)施方案，以及適應(yīng)信息化辦公實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果可以用于現(xiàn)有試車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的改進(jìn)和新建試車臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造，以期提高測(cè)控系統(tǒng)可靠性，減少人工成本，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)數(shù)據(jù)共享，提高數(shù)據(jù)利用率。

2 現(xiàn)狀分析

當(dāng)前車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)硬件，使用的是基于VXI總線采集設(shè)備的結(jié)構(gòu)模式。主要結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。采集控制功能集中在單臺(tái)VXI設(shè)備上，功能集中、風(fēng)險(xiǎn)集中且相互影響，圖中PC3與VXI總線設(shè)備都是功能集中的關(guān)鍵設(shè)備，且PLC與工控機(jī)之間屬于串聯(lián)從屬地位，沒(méi)辦法做到可靠性高的并行獨(dú)立控制。功能集成導(dǎo)致系統(tǒng)兼容性差，對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)和功能維護(hù)也很復(fù)雜，這種結(jié)構(gòu)模式很難做到不斷改進(jìn)以適應(yīng)多型號(hào)通用試車臺(tái)的發(fā)展。

其次，發(fā)動(dòng)機(jī)試車過(guò)程中，測(cè)控軟件關(guān)于試車步驟的流程安排仍需要人工干預(yù)，操作程序復(fù)雜且容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤。為降低工作強(qiáng)度、提高工作效率、改變工作模式，迫切需要對(duì)測(cè)控軟件進(jìn)行改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化試車。如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化試車的軟件設(shè)計(jì)是試車測(cè)控軟件面臨的主要問(wèn)題。

再次，車臺(tái)的測(cè)控試車軟件與信息化辦公系統(tǒng)之間不能實(shí)現(xiàn)車臺(tái)數(shù)據(jù)的共享。隨信息化技術(shù)在試車臺(tái)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化的工作方式對(duì)車臺(tái)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)需求不斷增加，需要試車數(shù)據(jù)對(duì)外開(kāi)放實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何設(shè)計(jì)，才能讓試車測(cè)控軟件與各種信息化辦公軟件各司其職，保持功能相對(duì)獨(dú)立，又充分考慮到彼此之間的交集即數(shù)據(jù)共享部分如何處理，不能影響彼此的繼續(xù)完善，給對(duì)方預(yù)留足夠的上升空間，也要保證自身后續(xù)發(fā)展及升級(jí)維護(hù)易于實(shí)現(xiàn)。

3 測(cè)控系統(tǒng)的今后發(fā)展

3.1 硬件使用集散控制系統(tǒng)（DCS）結(jié)構(gòu)

（Dstributed Control System，簡(jiǎn)稱 DCS）又稱分布式控制系統(tǒng)。其基本思想是集中操作管理，分散控制。由于控制分散，就可以做到“危險(xiǎn)分散”，從而使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大提高[1]。

集散系統(tǒng)本質(zhì)上是一種基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它的體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是層次化，把不同層次的多種監(jiān)測(cè)控制和計(jì)劃管理功能有機(jī)地、層次分明地組織起來(lái)，使系統(tǒng)的性能大為提高[1]。

分布式的數(shù)據(jù)采集與控制輸出，在現(xiàn)場(chǎng)層級(jí)繼續(xù)分散風(fēng)險(xiǎn)，可明顯提高測(cè)控系統(tǒng)的可靠性。且就數(shù)據(jù)采集而言，分布式的結(jié)構(gòu)，采集卡可以盡量靠近傳感器端，不受通信距離的約束，且信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，不受線路干擾；數(shù)據(jù)采集可以安排在局域網(wǎng)內(nèi)的任何一臺(tái)或幾臺(tái)PC上；由于采集系統(tǒng)導(dǎo)線距離短，傳輸距離長(zhǎng)，信號(hào)不易受干擾，容易查找故障，便于維護(hù)。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)分布式控制，硬件結(jié)構(gòu)要從圖1轉(zhuǎn)變?yōu)閳D2。

圖2 基于網(wǎng)絡(luò)的分布式測(cè)控硬件系統(tǒng)

3.2 自動(dòng)化試車軟件的設(shè)計(jì)實(shí)施方案

3.2.1 完成工藝資料的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字化處理

對(duì)于試車工藝資料而言，需要將慢車、額定、起飛等試車步驟數(shù)字化，轉(zhuǎn)換為讓計(jì)算機(jī)可以控制處理量化步驟。工藝規(guī)程中類似于“穩(wěn)定三分鐘”“待狀態(tài)穩(wěn)定后”等等描述，需要進(jìn)一步細(xì)化，解釋穩(wěn)定狀態(tài)需要量化到數(shù)據(jù)要求，這是進(jìn)行自動(dòng)化過(guò)程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

3.2.2 工藝過(guò)程的結(jié)構(gòu)化處理

完成工藝資料數(shù)字化處理之后，需要分解試車過(guò)程，進(jìn)行模塊化處理，將每一個(gè)試車步驟分解為多個(gè)無(wú)需人工干預(yù)的最小功能模塊單元，試車過(guò)程的每個(gè)步驟都可以由模塊化單元組合而成，進(jìn)而組態(tài)整個(gè)試車實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

3.2.3 電氣系統(tǒng)程序的模塊化處理

針對(duì)每個(gè)單元模塊的輸入輸出，電氣系統(tǒng)需要作出相應(yīng)的PLC程序模塊，保證進(jìn)入試車步驟相關(guān)的電氣設(shè)備狀態(tài)受控。

3.2.4 測(cè)控系統(tǒng)軟件的模塊化處理

數(shù)據(jù)采集記錄、參數(shù)的判斷、公式的計(jì)算等進(jìn)行模塊化處理，最小步驟單元模塊內(nèi)部包含至少一個(gè)功能模塊。

實(shí)時(shí)功能是所有試車過(guò)程的基礎(chǔ)，包括時(shí)間功能、模擬量采集功能、模擬量輸出功能、數(shù)字量采集功能、數(shù)字量輸出功能、頻率量采集功能、數(shù)據(jù)計(jì)算功能、數(shù)據(jù)關(guān)系運(yùn)算功能（包含報(bào)警、防錯(cuò)處理等）、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)功能、實(shí)時(shí)顯示功能等，任何試車類型和試車步驟都必須全程執(zhí)行。

數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)操作與進(jìn)入狀態(tài)的時(shí)間有關(guān)，錄取數(shù)據(jù)入庫(kù)的操作可以劃分為帶有時(shí)間參數(shù)的模塊單元。

與通信有關(guān)的可以按照使用的通信協(xié)議進(jìn)行初步劃分，再按照協(xié)議的內(nèi)容（參數(shù)類別、試車指令等）詳細(xì)劃分；也可以按照通信設(shè)備類別進(jìn)行初步劃分，再按照協(xié)議內(nèi)容（參數(shù)類別、試車指令等）詳細(xì)劃分，模塊單元與按照協(xié)議劃分類似。

每個(gè)試車步驟劃分最小模塊以不需要人工干預(yù)為最終目標(biāo)，若量化后的最小模塊仍然存在需要人工干預(yù)的過(guò)程，需要進(jìn)一步對(duì)模塊進(jìn)行數(shù)字化分割操作，直到把需要人工干預(yù)的條件量化并把過(guò)程分解為多個(gè)子過(guò)程，得到每個(gè)步驟的最小模塊單元。完成所有步驟的數(shù)字化模塊化操作之后，需要對(duì)類似的單元模塊進(jìn)行合并同類項(xiàng)操作，最后得到每個(gè)試車過(guò)程的最小單元模塊集合。

完成上述結(jié)構(gòu)化處理之后，試車過(guò)程就可以將最小單元模塊，類似電子元器件串并聯(lián)交替組成電路的方式。

3.3 適應(yīng)信息化的車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

試車臺(tái)所使用的測(cè)控系統(tǒng)僅僅針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試車數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而完成信息化除發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)外還要求對(duì)生產(chǎn)信息、試車臺(tái)及設(shè)備信息、發(fā)動(dòng)機(jī)附件信息、人員信息、技術(shù)資料、質(zhì)量信息、設(shè)備保障等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，車臺(tái)數(shù)據(jù)采集的概念要擴(kuò)大化。車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集包含穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采集與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集，其他各類數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集是信息化辦公系統(tǒng)在試車臺(tái)的部署。車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)與信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能相對(duì)獨(dú)立，前者面向試車過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，后者面向辦公流程，兩者協(xié)同工作的基礎(chǔ)是彼此數(shù)據(jù)共享。

各類數(shù)據(jù)采集都是信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，采集到的各類數(shù)據(jù)需要上傳提交給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（TDM）、現(xiàn)場(chǎng)管控辦公系統(tǒng)等集中處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)的優(yōu)化組合、共享關(guān)聯(lián)、提供分析工具進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、提供對(duì)外數(shù)據(jù)接口等，將數(shù)據(jù)提供給各相關(guān)單位。獲取數(shù)據(jù)的各相關(guān)單位可以在獲取數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上根據(jù)各自的需求進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。

4 結(jié)論

試車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的今后發(fā)展，穩(wěn)定可高的硬件結(jié)構(gòu)模式是基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化試車、與信息化辦公協(xié)同工作是基本任務(wù)。本文對(duì)試車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的今后發(fā)展進(jìn)行初步分析，探索如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、適應(yīng)信息化且穩(wěn)定可靠的試車臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)。