康朋飛 張瑜 劉鑫

摘要：隨著科技的發(fā)展，航空電機(jī)能否可靠運(yùn)行越來越受到航空部門的重視。為保障航空電機(jī)安全可靠的運(yùn)行，航空電機(jī)檢測設(shè)備的發(fā)展就顯得尤為重要。文章以西門子公司的 S7-200SMART 為核心設(shè)計了航空電機(jī)負(fù)載模擬測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電阻、電容、電感等負(fù)載組成，通過工控機(jī)遠(yuǎn)程控制PLC，使交流負(fù)載開關(guān)柜和直流負(fù)載開關(guān)柜產(chǎn)生不同的負(fù)載組合，從而模擬飛機(jī)上的各種不同的帶載測試設(shè)備，以實現(xiàn)系統(tǒng)對不同形式航空電機(jī)的檢測。該系統(tǒng)通用性強(qiáng)，可以遠(yuǎn)程控制，控制界面簡潔，操作方便，完全可以實現(xiàn)對航空電機(jī)的模擬負(fù)載測試。

關(guān)鍵詞：電機(jī)測試系統(tǒng)；PLC；上位機(jī)；負(fù)載

中圖分類號：TP311.1? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

航空電機(jī)在航空工業(yè)中的作用尤為重要，航空電機(jī)能否安全可靠運(yùn)行決定著航空器的發(fā)展，所以對航空電機(jī)的出廠測試要求極為嚴(yán)格，其中模擬負(fù)載測試為其核心測試內(nèi)容。良好的航空電機(jī)負(fù)載模擬測試系統(tǒng)通過對新生產(chǎn)的航空電機(jī)長時間的連續(xù)帶載運(yùn)行，可以檢驗航空電機(jī)在極端條件下的可靠性和穩(wěn)定性。經(jīng)過長時間的帶載測試可以有效避免事故的發(fā)生，從而間接降低維修費(fèi)用，為航空電機(jī)的安全運(yùn)行提供保障［1］。傳統(tǒng)意義上進(jìn)行的航空電機(jī)負(fù)載模擬測試主要是由測試人員在現(xiàn)場用檢測儀器對待測航空電機(jī)進(jìn)行模擬負(fù)載測試，加入的負(fù)載數(shù)量主要由測試人員根據(jù)經(jīng)驗完成。由于待測內(nèi)容多，時間長，接線復(fù)雜，并且在檢測過程中依靠人工進(jìn)行設(shè)備調(diào)整和數(shù)據(jù)記錄［2］，導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)的記錄和分析處理都比較困難，有些動態(tài)參數(shù)無法準(zhǔn)確測量，因此如何在不使用人工的情況下，實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)進(jìn)行安全可靠的帶載檢測，成了近年來的研究方向。

1 系統(tǒng)簡介

航空電機(jī)負(fù)載模擬平臺自動控制系統(tǒng)如圖 1 所示，負(fù)載模擬部分由電阻、電容、電感等負(fù)載組成，控制部分由PLC控制器和工控機(jī)組成。其中電阻、電容、電感分別裝在115 V/100 kVA三相交流負(fù)載箱、230 V/50 kVA三相交流負(fù)載箱、540 V/50 kW高壓直流負(fù)載箱和28 V/10 kW直流負(fù)載箱中，組成兩個交流負(fù)載開關(guān)柜和兩個直流負(fù)載開關(guān)柜，用來模擬飛機(jī)上各種不同的帶載測試設(shè)備，以實現(xiàn)系統(tǒng)對不同形式航空電機(jī)的檢測［3］。工控機(jī)安裝在一個琴臺式的操作臺上，工控機(jī)配置按當(dāng)前主流機(jī)型配置，便于控制系統(tǒng)的升級維護(hù)。工控機(jī)對負(fù)載參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測與控制，每套負(fù)載采用獨(dú)立的PLC進(jìn)行控制，測量相互獨(dú)立。負(fù)載自動控制為開環(huán)方式，系統(tǒng)采用手動和自動加載模式，在避免了繁雜的手工計算過程的同時，完全滿足用戶精度的要求［4］。工控機(jī)與PLC通過RS485進(jìn)行通信。

2 負(fù)載模擬控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 PLC控制器選型

S7-200 SMART系列微型可編程邏輯控制器可以控制各種設(shè)備以滿足自動化控制需要。CPU根據(jù)用戶程序控制邏輯監(jiān)視輸入并更改輸出狀態(tài)，用戶程序可以包含布爾邏輯、計數(shù)、定時、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其他智能設(shè)備的通信。S7-200 SMART 結(jié)構(gòu)緊湊、組態(tài)靈活且具有功能強(qiáng)大的指令集，這些優(yōu)勢的組合使它成為控制各種應(yīng)用的完美解決方案［5］。本系統(tǒng)所采用的S7-200 SMART的CPU型號為SR20，共有12個輸入口（DIa0～7和DIb0～3）和8個輸出口（DQa0～7）。由于本系統(tǒng)所采用的輸出口較多，需加入若干擴(kuò)展模塊，本系統(tǒng)采用擴(kuò)展模塊型號為EM DR08，共8個輸出口（DQ0～7）。

2.2 115 V/100 kVA三相交流負(fù)載箱設(shè)計

本系統(tǒng)中115 V/100 kVA三相交流負(fù)載箱由一號電阻電容箱和二號電感電容箱構(gòu)成，每個箱體分兩路并采用獨(dú)立的PLC控制，通過RS485與后臺工控機(jī)進(jìn)行通信，兩路儀表各通過獨(dú)立的RS485與后臺工控機(jī)進(jìn)行通信［6］。

115 V/100 kVA三相交流負(fù)載箱的一號電阻電容箱和二號電感電容箱分別由1臺PLC和3個擴(kuò)展模塊組成，其中PLC實用輸入接口6個，輸出接口3個；擴(kuò)展模塊實用輸出接口8個。115 V/100 kVA三相交流負(fù)載箱一號箱的I/O分配如表1所示，115 V/100 kVA三相交流負(fù)載箱二號箱的I/O分配如表2所示。

2.3 230 V/50 kVA三相交流負(fù)載箱設(shè)計

本系統(tǒng)中230 V/50 kVA三相交流負(fù)載箱由一號電阻箱和二號電感加電容箱構(gòu)成，每個箱體分兩路并采用獨(dú)立的PLC控制，通過RS485與后臺工控機(jī)進(jìn)行通信，兩路儀表各通過獨(dú)立的RS485與后臺工控機(jī)進(jìn)行通信。

230 V/50 kVA三相交流負(fù)載箱的一號電阻箱由1臺PLC和1個擴(kuò)展模塊組成，二號電感加電容箱由1臺PLC和3個擴(kuò)展模塊組成，其中一號箱PLC實用輸入接口6個，輸出接口8個，二號箱PLC實用輸入接口6個，輸出接口6個；一號箱實用1個擴(kuò)展模塊7個輸出接口，二號箱采用3個擴(kuò)展模塊，分別使用接口數(shù)為7個輸出接口、7個輸出接口和5個輸出接口。

2.4 540 V/50 kW高壓直流負(fù)載箱設(shè)計

本系統(tǒng)中540 V/50 kW高壓直流負(fù)載箱分60 kW，60 kW，30 kW三路，組成兩個箱體，每個箱體采用獨(dú)立的PLC控制，通過RS485與后臺工控機(jī)進(jìn)行通信，兩路儀表各通過獨(dú)立的RS485與后臺工控機(jī)進(jìn)行通信。

如圖2所示，540 V/50 kW高壓直流負(fù)載箱的一號箱由1臺PLC和2個擴(kuò)展模塊組成，二號箱由1臺PLC和1個擴(kuò)展模塊組成，其中一號箱PLC實用輸入接口6個，輸出接口3個，二號箱PLC實用輸入接口6個，輸出接口1個；一號箱采用2個擴(kuò)展模塊，每個擴(kuò)展模塊實用8個輸出接口，二號箱采用1個擴(kuò)展模塊，實用8個輸出接口。

2.5 28 V/10 kW直流負(fù)載箱設(shè)計

本系統(tǒng)中28 V/10 kW直流負(fù)載箱共1路，1個箱體，采用獨(dú)立的PLC控制，PLC和儀表通過1路RS485與后臺工控機(jī)進(jìn)行通信。

28 V/10 kW直流負(fù)載箱由1臺PLC和1個擴(kuò)展模塊組成，其中PLC實用輸入接口6個，輸出接口5個；模塊實用8個輸出接口。

3 上位機(jī)界面設(shè)計

上位機(jī)界面設(shè)計是基于Visual Studio.NET中包含的WinForm來實現(xiàn)的，WinForm具有優(yōu)秀的可視化控件，可以滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求。系統(tǒng)監(jiān)控界面包含菜單欄和顯示區(qū)兩部分［7］。菜單欄包含系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)計、溫度設(shè)置、風(fēng)機(jī)控制、系統(tǒng)日志和幫助6部分［8］；顯示區(qū)包含4個負(fù)載模塊的數(shù)據(jù)顯示，115 V/100 kVA和230 V/50 kVA三相交流負(fù)載箱顯示區(qū)包含三相交流電的電壓、電流、頻率和功率因數(shù)值，風(fēng)機(jī)的溫度值以及系統(tǒng)的實時報文，540 V/50 kW高壓直流負(fù)載箱和28 V/10 kW直流負(fù)載箱顯示區(qū)包含電壓值、電流值、風(fēng)機(jī)的溫度值以及系統(tǒng)的實時報文，系統(tǒng)操作界面如圖3所示［9］。

4 系統(tǒng)驗證

航空電機(jī)負(fù)載模擬系統(tǒng)設(shè)計完成之后進(jìn)行測試，以230 V/50 kVA三相交流負(fù)載箱為例，當(dāng)需要加入功率因數(shù)為0.6、總電流為15.5 A的數(shù)據(jù)時，首先需要點擊輔助計算功能，輸入總電流15.5 A和功率因數(shù)0.6，系統(tǒng)就會算出實際需要加入的電阻8.1 A和電感10.2 A，由于系統(tǒng)提供的最小值為0.5 A，所以對于8.1A實際取8 A，10.2 A實際取10 A。接下來合上對應(yīng)的電阻開關(guān)按鈕4 A、2A和1A以及電感開關(guān)按鈕10 A，如圖4所示。經(jīng)過測試，系統(tǒng)完全滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)語

本設(shè)計是基于 PLC 的航空電機(jī)負(fù)載模擬系統(tǒng)，以 PLC 為主控制器，實現(xiàn)對115 V/100 kVA三相交流負(fù)載箱、230 V/50 kVA三相交流負(fù)載箱、540 V/50 kW高壓直流負(fù)載箱和28 V/10 kW直流負(fù)載箱4個負(fù)載箱的控制，并設(shè)計了上位機(jī)顯示界面，最終通過測試完成了航空電機(jī)負(fù)載模擬系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)上位機(jī)界面顯示界面友好，易于操作。與傳統(tǒng)的負(fù)載系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)操作簡便，具有良好的應(yīng)用價值。

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（編輯 姚 鑫）

Design of aviation motor load simulation system based on PLC

Kang? Pengfei， Zhang? Yu， Liu? Xin

（College of Technology， Xian Siyuan University， Xian 710038， China）

Abstract： With the development of science and technology， whether aviation motors can operate reliably has attracted more and more attention from the aviation sector. In order to ensure the safe and reliable operation of aviation motors， the development of aviation motor testing equipment is particularly important. This paper takes Siemens S7-200SMART as the core to design the aviation motor load simulation test system， the system is composed of resistance， capacitor， inductance and other loads， through the industrial computer remote control PLC， so that the AC load switchgear and DC load switchgear produce different load combinations， so as to simulate a variety of different load test equipment on the aircraft， to achieve the system detection of different forms of aviation motors. The system has strong versatility， can be controlled remotely， the control interface is simple， the operation is convenient， and the simulated load test of the aviation motor can be fully realized.

Key words： electric motor test system; PLC; host computer; load