袁紅會(huì)，姜 雷，姚曉穎

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，沈陽 110043）

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的性能是航空發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量要素之一。為了適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速的工作環(huán)境，大部分發(fā)動(dòng)機(jī)葉片采用空心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？招慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的葉片需對(duì)內(nèi)腔進(jìn)行流量檢測(cè)，通過檢測(cè)來確定葉片是否符合設(shè)計(jì)要求。發(fā)動(dòng)機(jī)葉片水流量試驗(yàn)器是為某型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片檢測(cè)而設(shè)計(jì)開發(fā)的裝置，通過測(cè)量單位時(shí)間通過葉片內(nèi)腔水流流量的大小而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片內(nèi)腔的檢測(cè)。

為了滿足現(xiàn)場需求，系統(tǒng)采用儀表和觸摸屏分別對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，采用可編程序控制器PLC進(jìn)行控制，并通過PLC與AD數(shù)據(jù)采集模塊配合使用，保證了檢測(cè)數(shù)據(jù)精確性，以及儀表和觸摸屏數(shù)據(jù)顯示的一致性。在編制PLC程序時(shí)，特別注意了AD采集模塊中模擬信號(hào)參數(shù)標(biāo)定公式，對(duì)采集的流量信號(hào)進(jìn)行精確計(jì)算整定，并在觸摸屏中顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)。本文將著重論述該型號(hào)葉片流量檢測(cè)裝置的工藝要求、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信號(hào)采集、程序設(shè)計(jì)等。

1 設(shè)備工藝要求

水流量試驗(yàn)器主要基于液壓控制技術(shù)，檢測(cè)范圍0.21m3/h～5.60m3/h。相關(guān)工作人員可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果直接進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的串臺(tái)與配臺(tái)。該檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)成功縮短了生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)周期，節(jié)省了人力，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，是一種可以使用戶獲得良好經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品。該裝置可以測(cè)量某型機(jī)高低導(dǎo)及高渦等三種類型的葉片。

水流量試驗(yàn)器總體技術(shù)參數(shù)的確定需要滿足某型發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的工藝要求，如表1所示。

表1 參數(shù)表

表格1內(nèi)的參數(shù)是工藝人員經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)確定的，某型發(fā)動(dòng)機(jī)葉片必須滿足表內(nèi)參數(shù)要求才能夠達(dá)到葉片的額定使用壽命，該參數(shù)作為重要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是檢驗(yàn)葉片是否合格的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。

2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)所檢測(cè)葉片的工藝要求及性能參數(shù)等指標(biāo)，該流量試驗(yàn)器控制系統(tǒng)是以PLC為核心控制器，以觸摸屏為操作單元的電氣控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)示意圖

PLC：PLC型號(hào)為三菱公司的FX2n-16MR，控制器輸出類型為繼電器型輸出，該控制器為8點(diǎn)開關(guān)量輸入、8點(diǎn)開關(guān)量輸出控制器。

AD模塊：型號(hào)為FX2nc-4AD，是四路模擬量信號(hào)采集卡，可采集不同類型的電壓、電流信號(hào)。流量信號(hào)由現(xiàn)場一次傳感器采集并轉(zhuǎn)換為4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)送給PLC模擬量采集卡FX2cn-4AD，由采集卡進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，通過信號(hào)修正和處理，最后在觸摸屏上進(jìn)行流量顯示。其電流輸入范圍DC4mA～20mA（輸入電阻250Ω），分辨率20μ A。

觸摸屏：觸摸屏作為顯示單元，可直觀顯示葉片測(cè)試過程中的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。觸摸屏型號(hào)為A950GOT，其為6英寸人機(jī)界面，標(biāo)配豐富接口、以太網(wǎng)、RS-422/485和RS-232一應(yīng)俱全。

電磁流量測(cè)量系統(tǒng)：該葉片水流量測(cè)量選用E+H公司生產(chǎn)的Promag53型電磁流量測(cè)量裝置，該裝置具有信號(hào)采集后就地儀表顯示及遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ堋？稍O(shè)置遠(yuǎn)程輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的類型及量程，輸出4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。在romag53快速設(shè)置菜單下，可對(duì)流量計(jì)輸出信號(hào)量程、顯示單位等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在設(shè)置4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)量程時(shí)，根據(jù)水流量試驗(yàn)器管路設(shè)計(jì)參數(shù)等情況，4mA對(duì)應(yīng)流量值0，20mA對(duì)應(yīng)流量值3750，流量單位為升/秒。

3 流量信號(hào)采集

FX2nc-4AD模擬量采集模塊為四路模擬量信號(hào)采集卡，可采集不同類型的電壓、電流信號(hào)，在程序中需對(duì)四路采集通道依據(jù)采集的信號(hào)類型進(jìn)行定義，通道的定義依據(jù)如圖2所示。

圖2 FX2nc-4AD模擬量通道定義

在控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)過程中，仍需對(duì)對(duì)應(yīng)通道進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，否則數(shù)據(jù)將無法被正確采集。該本控制系統(tǒng)中，流量信號(hào)由CH1通道輸入，為4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電流，根據(jù)模塊功能，其接線如圖3所示，其程序通道定義為H3331。

圖3 CH1通道流量信號(hào)接線圖

4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

PLC的程序是基于三菱公司提供的GX-Developer設(shè)計(jì)工具而完成的，該程序?yàn)樘菪螆D結(jié)構(gòu)語句。本試驗(yàn)器控制系統(tǒng)程序由模擬量采集處理及操作單元順序控制兩部分程序構(gòu)成，其中的核心為模擬量信號(hào)處理程序，其中包括模擬量信號(hào)增溢設(shè)置、模擬量信號(hào)偏移設(shè)置、信號(hào)計(jì)算參數(shù)設(shè)置等幾部分。

負(fù)責(zé)就地儀表顯示數(shù)據(jù)的電磁流量計(jì)輸出的是4mA～20mA電流信號(hào)，其對(duì)應(yīng)量程設(shè)定為0～3750mL/s。本系統(tǒng)PLC程序中模擬量增溢的設(shè)置為：4mA對(duì)應(yīng)數(shù)值0，20mA對(duì)應(yīng)數(shù)值為1000。電磁流量計(jì)輸出電流值a（單位mA）在設(shè)置模擬量增溢后的對(duì)應(yīng)數(shù)值x應(yīng)為式(1)：

就地儀表顯示的檢測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)置模擬量增溢后的顯示值的比例為公式(2)：

而觸摸屏顯示的檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)與電磁流量計(jì)就地儀表顯示的數(shù)據(jù)一致。因此，當(dāng)電磁流量計(jì)遠(yuǎn)程輸出電流a，設(shè)置模擬量增溢后的對(duì)應(yīng)數(shù)值為x時(shí)，觸摸屏顯示的檢測(cè)數(shù)據(jù)y應(yīng)在程序中計(jì)算公式(3)：

即當(dāng)電磁流量計(jì)遠(yuǎn)程輸出a為20mA時(shí)，代入公式(1)，得到設(shè)置模擬量增溢后的數(shù)值x為1000，繼而將x代入公式(3)，得到觸摸屏中顯示的檢測(cè)數(shù)據(jù)y的值為3750。

本系統(tǒng)PLC程序中模擬量信號(hào)偏移設(shè)置為250，導(dǎo)致0mA對(duì)應(yīng)數(shù)值0，16mA對(duì)應(yīng)數(shù)值為1000。即當(dāng)電磁流量計(jì)輸出電流為4mA時(shí)，設(shè)置模擬量偏移后產(chǎn)生的模擬量信號(hào)偏移為250，而不再是數(shù)值0。此時(shí)觸摸屏顯示的數(shù)據(jù)y應(yīng)在程序中計(jì)算公式(4)：

在本系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)中，模擬量計(jì)算處理的程序如圖4所示。

圖4 PLC梯形圖

觸摸屏作為顯示單元，可直觀顯示葉片測(cè)試過程中的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。觸摸屏型號(hào)為A950GOT，采用24V直流供電，為6英寸人機(jī)界面，通過RS-232接口與PLC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。觸摸屏程序采用GXDeveloper設(shè)計(jì)工具進(jìn)行開發(fā)，根據(jù)葉片內(nèi)腔流量檢測(cè)的工藝設(shè)計(jì)操作軟件界面如圖5所示。左側(cè)畫面為高低導(dǎo)內(nèi)腔流量檢測(cè)界面，右側(cè)為高渦內(nèi)腔流量檢測(cè)界面。界面能夠顯示瞬時(shí)流量及1分鐘累計(jì)流量，具備數(shù)值顯示與柱狀圖兩種顯示功能，同時(shí)能夠顯示當(dāng)前計(jì)量時(shí)間。根據(jù)工藝要求計(jì)量時(shí)間通常設(shè)計(jì)為1分鐘。此外，觸摸屏界面中還能夠顯示測(cè)試系統(tǒng)所處當(dāng)前狀態(tài)，具有直觀、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。觸摸屏中的流量顯示與就地變送器顯示的數(shù)值完全一致，設(shè)備能夠正常使用。

圖5 觸摸屏軟件界面

5 結(jié)論

本文詳細(xì)論述了某型發(fā)動(dòng)機(jī)葉片內(nèi)腔流量檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)過程，包括控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)等，最后經(jīng)現(xiàn)場驗(yàn)正，葉片內(nèi)腔流量檢測(cè)數(shù)據(jù)能夠在觸摸屏和電磁流量計(jì)就地顯示儀表中同步顯示，能夠達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝要求，并且測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，能夠檢驗(yàn)出葉片是否符合設(shè)計(jì)要求，適用于批量檢測(cè)，同時(shí)也指導(dǎo)了工人高效地進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的串臺(tái)與配臺(tái)。

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