張 毫，孫永飛，熊進星

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所，沈陽110015）

0 引言

燃燒室是航空發(fā)動機3大核心部件之一，其性能將直接影響發(fā)動機性能。先進航空發(fā)動機燃燒室技術(shù)研發(fā)離不開燃燒室試驗[1-2]，而且某項技術(shù)措施是否正確，必須由燃燒室試驗來鑒定?，F(xiàn)有的燃燒試驗軟件一般根據(jù)不同的試驗器獨立開發(fā)，使用的編程語言和運行環(huán)境不統(tǒng)一，并且設(shè)計思路往往只滿足當前任務(wù)，給試驗軟件后續(xù)的使用、維護和升級帶來很大困難[3-6]。隨著新型燃燒試驗任務(wù)需求的不斷變化，原有試驗軟件很難滿足，只能重新編制；后續(xù)試驗任務(wù)數(shù)量的不斷累積，對應的試驗軟件數(shù)量也不斷增加；編制人員不同，對試驗數(shù)據(jù)的計算處理方法和存儲格式也不相同，試驗結(jié)果不易追溯和試驗數(shù)據(jù)很難統(tǒng)一入庫，使試驗數(shù)據(jù)不能充分被挖掘利用，也為保存這些軟件和數(shù)據(jù)增加了管理成本。針對以上問題，對新燃燒試驗軟件提出了總體需求：燃燒試驗軟件通用化；計算鏈使用標準化；數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一化；試驗配置信息管理動態(tài)化；顯示控制界面?zhèn)€性化。

目前國外提出了對同一產(chǎn)品從研發(fā)設(shè)計、試制、生產(chǎn)到使用的全壽命過程中，采用同一標準的測試設(shè)備和測試軟件，進行“綜合測試”的新概念。并取得一定的成果，例如美國阿諾德工程發(fā)展中心（AEDC）經(jīng)過5年的努力，研制出了綜合信息系統(tǒng)。相比而言國內(nèi)測試系統(tǒng)缺少標準和規(guī)范化，通用性低。

本文提出并開發(fā)了1種通用的燃燒室試驗測試系統(tǒng)，且在實際試驗過程中得到應用。

1 燃燒室試驗通用測試系統(tǒng)總體設(shè)計

燃燒試驗測試系統(tǒng)主要功能包括數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、顯示、試驗配置和試驗控制。分析總體需求和軟件主要功能發(fā)現(xiàn)，如果單一軟件集成所有功能會使軟件過于龐大和復雜，且很難滿足需求，比如實現(xiàn)軟件的通用化就很難滿足數(shù)據(jù)采集、顯示和控制界面的個性化[7-9]。所以采用分解軟件功能，開發(fā)多個單一功能完善、通用性強的獨立軟件，通過OPC(用于過程控制OLE,英文全稱：OLE for process control)服務(wù)器建立燃燒試驗軟件平臺工作模式，即多個獨立軟件協(xié)同工作，每個軟件功能完善和通用，數(shù)據(jù)傳輸保存格式統(tǒng)一標準。燃燒試驗軟件平臺設(shè)計了4個獨立軟件，主要工作流程如下：（1）通用采集軟件，與采集儀器通訊獲取原始數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫入OPC服務(wù)器供其他軟件讀??；（2）燃燒試驗通用軟件，從OPC服務(wù)器讀取采集的原始數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理得到有效試驗數(shù)據(jù)，進行顯示、發(fā)送和保存，并有試驗配置管理功能；（3）顯示控制軟件，通過OPC服務(wù)器讀取和顯示處理后的試驗數(shù)據(jù)，同時與被控設(shè)備進行通訊，接收并顯示設(shè)備反饋數(shù)據(jù)和發(fā)送指令來調(diào)節(jié)被控設(shè)備，軟件平臺中可以有多個顯示控制軟件，也是軟件平臺中不通用的獨立軟件；（4）OPC服務(wù)器軟件，通過標準協(xié)議和規(guī)范，為其他軟件提供數(shù)據(jù)傳輸交換通道。燃燒試驗軟件平臺組成如圖1所示。

圖1 燃燒試驗軟件平臺組成

2 燃燒試驗通用軟件設(shè)計

燃燒試驗通用軟件采用Visual Basic 6.0編寫，主要功能將從OPC服務(wù)器讀取由通用采集軟件采集的試驗現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)，進行工程轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)寫回OPC服務(wù)器中相應位置的變量中[10-11]。

為實現(xiàn)燃燒試驗通用軟件的通用化、標準化、統(tǒng)一化和動態(tài)化需求，該程序應具有以下功能：

（1）用戶管理功能：實現(xiàn)對不同訪問用戶的權(quán)限管理。

（2）試驗項目管理、通道管理、參數(shù)設(shè)置：實現(xiàn)試驗項目及通道參數(shù)的動態(tài)配置，以滿足不同試驗器和不同試驗的配置需求。

（3）數(shù)據(jù)讀取、處理、存儲、導出、回放和傳感器在線檢測等功能：實現(xiàn)通用化、標準化、統(tǒng)一化和動態(tài)化需求。

分析功能需求可將試驗軟件使用狀態(tài)分為2種情況：（1）靜態(tài)使用，主要指用戶管理、項目管理、公式管理和日志管理等，針對配置文件進行操作；（2）動態(tài)使用，指配置讀取和數(shù)據(jù)管理等，對試驗數(shù)據(jù)流進行操作。程序結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 程序結(jié)構(gòu)

燃燒試驗通用軟件的主要功能是通過OPC通訊協(xié)議讀取通用采集軟件寫入OPC服務(wù)器的原始數(shù)據(jù)，進行工程轉(zhuǎn)換，得到試驗數(shù)據(jù)中的實際工程數(shù)據(jù)，再將工程轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)寫入OPC服務(wù)器供顯示控制軟件直接引用。

為實現(xiàn)該程序的通用性，該程序應具備實際通道配置和計算通道配置等功能。各試驗器根據(jù)其特定需求編寫相關(guān)試驗參數(shù)的計算公式，由于有些試驗參數(shù)的計算公式參考不同的規(guī)范或資料，導致其缺乏統(tǒng)一性和規(guī)范性，造成試驗結(jié)果不易追溯，使試驗數(shù)據(jù)不能被充分挖掘利用。同時，試驗軟件在使用過程中，由于計算公式的某些常量或變量需要根據(jù)不同試驗經(jīng)常修改，新的試驗任務(wù)或新的試驗方法可能引入新的計算公式，導致試驗軟件更改頻繁，增加修改錯誤風險和軟件版本管理困難。為了解決以上問題，在燃燒試驗通用軟件設(shè)計中采用動態(tài)鏈接庫（DLL）技術(shù)，將標準規(guī)范的計算公式封裝，再通過完善公式配置對計算公式進行有效管理和使用。實現(xiàn)軟件在對常量和變量修改或計算公式更新時保持軟件主體程序不變，只需更新動態(tài)鏈接庫和相關(guān)配置即可，不但保證了計算公式的惟一性和安全性，也使燃燒試驗通用軟件兼顧穩(wěn)定性和易更新性。定義燃燒試驗計算公式的所有參數(shù)分為變量和常量，變量需引用自試驗通道，常量需根據(jù)應用環(huán)境進行調(diào)整，同時滿足單一、多個和不固定變量與常量的公式統(tǒng)一管理。通過計算公式管理功能，實現(xiàn)計算公式的變量和常量的有效管理，彌補長期以來試驗軟件的不足，通道配置界面如圖3所示。

圖3 通用試驗軟件通道配置界面

圖4 通用采集軟件功能模塊

3 通用采集軟件設(shè)計

通用采集軟件使用Visual C++6.0編寫并支持多種測試儀器的數(shù)據(jù)采集，動態(tài)管理測試儀器配置，具有數(shù)據(jù)經(jīng)濾波功能等，滿足通用化、動態(tài)化和數(shù)據(jù)采集需求[12-13]。主要完成測試現(xiàn)場EX10xx系列設(shè)備、DSA數(shù)字壓力掃描閥和NI9411模塊等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，并將采集到的原始數(shù)據(jù)寫入OPC服務(wù)器固定位置以供通用試驗軟件讀取并計算轉(zhuǎn)化為相應工程單位數(shù)值。為實現(xiàn)這些功能本采集軟件主要完成試驗器管理和儀器配置、通道管理和通訊配置、原始數(shù)據(jù)存儲等功能。

該程序主要包含設(shè)置向?qū)А⑴渲媒缑婧椭黠@示界面。設(shè)置向?qū)Ы缑嫣峁┈F(xiàn)有試驗器配置庫管理以及新試驗器配置庫的創(chuàng)建。配置界面提供采集儀器通道名稱及類型的設(shè)置并存入相應配置庫。主界面提供各種操作的菜單、工具欄以及采集參數(shù)的顯示。

軟件功能如圖4所示。

（1）試驗器配置模塊：新建試驗器配置庫或獲取現(xiàn)有配置庫名稱。

（2）通道配置模塊：設(shè)置通道類型并存入配置庫。

（3）數(shù)據(jù)顯示模塊：顯示現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)傳輸模塊：將現(xiàn)場數(shù)據(jù)寫入OPC服務(wù)器相應位置。

（5）數(shù)據(jù)采集模塊：采集試驗現(xiàn)場數(shù)據(jù)參數(shù)。

（6）數(shù)據(jù)存儲模塊：將實時數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

通用采集軟件主要用于配置測試儀器相關(guān)參數(shù)，顯示試驗原始數(shù)據(jù)，并將原始數(shù)據(jù)寫入OPC服務(wù)器相應位置，該軟件可以配置儀器數(shù)量和通道屬性參數(shù)，只采集并記錄儀器的原始數(shù)據(jù)，不計算處理，在一定程度上提高了程序運行效率。最終該程序?qū)⒉杉降脑紨?shù)據(jù)寫入OPC服務(wù)器供通用試驗軟件讀取并計算處理。

由于各種類型的試驗器實際測試通道數(shù)量差異較大，為提高本程序的適用性，本程序最大可滿足對10塊EX10xx系列設(shè)備、30塊DSA數(shù)字壓力掃描閥以及3塊NI9411模塊進行數(shù)據(jù)采集。用戶可根據(jù)各試驗器采集儀器具體類型和數(shù)量進行勾選配置，配置界面如圖5所示。

圖5 通用采集軟件配置界面

4 OPC服務(wù)器軟件設(shè)計

OPC（OLE for Process Control）是以 Microsoft公司的OLE/COM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶/服務(wù)器模型制定的1種工業(yè)控制領(lǐng)域的開放式標準，在工業(yè)控制設(shè)備與應用軟件之間建立了統(tǒng)一的軟件接口標準。使工業(yè)控制過程中的數(shù)據(jù)交換更具高效性、可靠性、開放性和可互操作性。

作為對象鏈接和嵌入技術(shù)，OPC在過程控制方面有極大優(yōu)勢。其采用客戶/服務(wù)器模式為工業(yè)自動化軟件面向?qū)ο蟮拈_發(fā)提供了統(tǒng)一的標準，定義了在基于PC客戶機之間交換自動化實時數(shù)據(jù)的方法。采用該標準硬件開發(fā)商簡化了軟件開發(fā)商為自己硬件產(chǎn)品開發(fā)統(tǒng)一的OPC接口程序，而軟件開發(fā)商同樣可以免除開發(fā)驅(qū)動程序的工作，充分發(fā)揮特長，節(jié)省研發(fā)時間，將更多的經(jīng)歷投入到其核心產(chǎn)品的開發(fā)上。

為實現(xiàn)通用采集軟件與燃燒試驗通用軟件之間的數(shù)據(jù)交換，本文設(shè)計了基于OPC 數(shù)據(jù)存取規(guī)范的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器是1個實時數(shù)據(jù)訪問系統(tǒng)， 也是過程控制系統(tǒng)與系統(tǒng)應用程序之間的橋梁，為實現(xiàn)測試系統(tǒng)的通用化，將OPC服務(wù)器中變量分為原始數(shù)據(jù)和計算后數(shù)據(jù)2部分，并開發(fā)顯示界面方便用戶隨時查看原始數(shù)據(jù)和計算后數(shù)據(jù)[14-15]。通用采集軟件將采集到的原始數(shù)據(jù)寫入OPC服務(wù)器中；采用燃燒室通用試驗軟件讀取原始數(shù)據(jù)后將計算結(jié)果回寫到OPC服務(wù)器以供其他顯示控制界面引用，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。OPC服務(wù)器程用于顯示通用采集軟件寫入的原始數(shù)據(jù)和通用試驗軟件寫入的經(jīng)工程轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。

圖6 OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

本文建立了航空發(fā)動機燃燒室試驗通用測試系統(tǒng)；建立了組態(tài)王OPC服務(wù)器，并開發(fā)了通用數(shù)據(jù)采集軟件與燃燒室通用試驗軟件，解決了不同試驗器間測試軟件不通用、數(shù)據(jù)存儲格式不統(tǒng)一的問題；在多個燃燒室試驗器平臺上的應用，縮短了測試系統(tǒng)開發(fā)周期，降低了測試系統(tǒng)維護成本，提高了燃燒室試驗的質(zhì)量和效率。