王鐵軍 周易 高楊

摘要：針對航空發(fā)動機刷式密封試驗器，基于西門子“PLC-WinCC”軟硬件平臺，設計了一套自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)試驗器空氣系統(tǒng)、液壓加載系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)的手動和自動控制，自動控制方式能夠實現(xiàn)基于載荷譜的試驗流程自動化運行。另外，具有試驗參數(shù)超限報警、硬件故障報警、報警報表、試驗計時等功能。配合LabVIEW平臺的測試系統(tǒng)軟件，能夠實現(xiàn)試驗器的控制、測試數(shù)據(jù)記錄以及顯示等功能。目前，該試驗器已投入使用，運行穩(wěn)定可靠。

關鍵詞：刷式密封試驗器;PLC;WinCC;自動控制

0 ?引言

航空發(fā)動機刷式密封的耐久性試驗耗時長，且不需頻繁操作，常規(guī)的試驗器手動控制模式精度低，且很容易造成試驗人員過度疲勞，對試驗精確性和安全性造成影響。因此需要一種試驗器的自動控制系統(tǒng)，提高控制精度，減輕試驗人員的操作負擔。

本文采用西門子“PLC-WinCC”軟硬件平臺，搭建了一套用于刷式密封試驗器的自動控制系統(tǒng)。主要包括PLC控制系統(tǒng)、WinCC人機交互系統(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，軟件采用了結構化編程方法，設計了如表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”負責調用各個功能塊實現(xiàn)相應的控制功能，“OB35 PID模塊讀寫”負責與FM355閉環(huán)控制模塊進行信息交互，“OB32 計時”負責系統(tǒng)所有的計時功能[1]。“FC功能塊”為PLC控制系統(tǒng)具備的各項功能。“FC標準功能模塊”是針對一些常用的功能，基于通用化思想設計的標準模塊，塊內所有變量都是局部變量，在使用時由調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”存儲自動試驗載荷譜、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，能夠實現(xiàn)試驗進氣壓力、試驗進氣溫度、前卸荷腔氣體壓力的閉環(huán)控制。

“FC5 自動試驗”為控制系統(tǒng)的核心功能，能夠實現(xiàn)基于載荷譜的自動試驗控制。 “DB1自動試驗載荷譜”數(shù)塊能夠存儲10步載荷譜，循環(huán)次數(shù)不限。利用指針，將變量“當前步數(shù)”轉換為對應步載荷譜的地址偏移量，讀取變量并賦值給“當前主電機轉速”等變量，最后將“當前”變量賦值輸出給對應控制信號，完成自動控制。

2 ?WinCC人機交互系統(tǒng)

基于WinCC平臺設計了刷式密封試驗器自動控制系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)，主要包括“試驗設置”、“自動試驗”、“空氣系統(tǒng)”、“液壓&滑油”、“報警顯示”、“報警報表”幾個部分。

“試驗設置”頁面能夠將載荷譜存入PLC，設置載荷譜步數(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器的結構、全部傳感器及其數(shù)據(jù)，實現(xiàn)試驗器的手動控制。

“報警顯示”界面以指示燈的形式顯示系統(tǒng)所有的報警信號，“報警報表”界面以報表的形式記錄報警信號產生與消失的時間，并能夠將報表另存為報表文件。

“自動試驗”界面如圖1所示。該界面內上方為自動試驗的各個操作按鈕。開始試驗前，確定載荷譜無誤后，點擊“初始化”按鈕對PLC進行初始化設置。然后點擊“試驗開始”按鈕開始自動試驗，此時“試驗運行”指示燈點亮為綠色，測試系統(tǒng)開始記錄試驗數(shù)據(jù)。

載荷譜第一步設置為試驗器狀態(tài)的目標值，并顯示在“設定值”一欄中，“當前值”一欄則顯示試驗器當前各項參數(shù)值。試驗人員觀察對比“設定值”和“當前值”，當試驗器狀態(tài)達到載荷譜要求時，點擊“單步計時開始”按鈕，該按鈕點亮，同時激活當前步的計時。單步計時達到載荷譜當前步規(guī)定時間后，“單步計時開始”按鈕熄滅，該步試驗完成，下一步載荷譜自動設定為目標值，試驗器參數(shù)進入過渡態(tài)。如此循環(huán)重復，直至自動試驗載荷譜要求的試驗步數(shù)和循環(huán)次數(shù)全部完成。試驗過程中可點擊“試驗停車”按鈕停止自動試驗進程，此時測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄暫停，試驗器狀態(tài)仍然為載荷譜給定狀態(tài)，點擊“試驗開始”按鈕可以繼續(xù)。

當載荷譜兩步之間過渡時間過長時，試驗人員可以切換為遠程手動操作模式加快試驗器的狀態(tài)過渡。首先根據(jù)需求進入“空氣系統(tǒng)”或“液壓&滑油”界面，點擊“試驗模式”中的“手動”按鈕，切換為手動模式，開始對試驗器的參數(shù)進行調整，同時測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄暫停。調整完畢后，點擊“試驗模式”中的“自動”按鈕并返回“自動試驗”界面，試驗器將繼續(xù)按照載荷譜進行試驗，同時測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄繼續(xù)。

當載荷譜運行完成后，“試驗運行”指示燈熄滅，“試驗完成”指示燈點亮為綠色，測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄停止，試驗器仍維持在最后一步的設定值。此時切換為手動模式，根據(jù)需求對試驗器進行停轉、停氣或降溫等操作，點擊“初始化”按鈕將PLC內自動試驗各相關量進行初始化操作。此時，自動試驗全部完成。

3 ?結論

本文針對刷式密封試驗器，設計了一套自動控制系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)試驗器的手動控制和基于載荷譜的自動試驗控制。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，自動化程度高，易于維護和后期功能擴展。對類似試驗器控制系統(tǒng)的設計工作有一定參考和借鑒價值。

參考文獻：

[1]廖常初. S7-300 /400 PLC 應用技術[M].機械工業(yè)出版社，2005.

[2]張春.西門子STEP7編程語言與使用技巧[M].機械工業(yè)出版社，2009.

[3]鞏文東.一類新型配料機電氣自動控制系統(tǒng)設計[J].內燃機與配件，2019（20）：208-209.