航空发动机滑油泵试验台测控系统设计与实现

尹飞佳;樊丁;缑林峰;彭凯

【摘 要】According to the function and requirement of measurement and control system of aero - engine lubrication system test - bed, a new measurement and control system for lubricating oil pump test - bed was designed based on PLC hardware device and iFIX software. Active X technology was used to develop special control library applied to this system. Moreover, FIR filter was designed to improve the data accuracy. The application shows the system runs stably, operates easily and has friendly interface. It has achieved design requirements.%根据航空发动机滑油泵试验台的功能及要求,设计了基于PLC硬件系统和iFIX监控软件的滑油泵试验台测控系统;应用Active X控件开发技术,在Visual Basic 6.0环境下开发适用于本系统的控件库;同时引入FIR数字滤波器,对采集的信号进行滤波,以提高数据的准确度;试验台的调试运行表明,该系统可靠、稳定,操作简便,达到了设计要求. 【期刊名称】《计算机测量与控制》 【年(卷),期】2011(019)006 【总页数】3页(P1400-1402)

【关键词】测控系统;PLC;iFIX;Active X技术;FIR滤波器 【作 者】尹飞佳;樊丁;缑林峰;彭凯

【作者单位】西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072 【正文语种】中 文 【中图分类】TP273 0 引言

滑油泵试验台用于小型航空发动机供油泵、回油泵及滑油流量元件的试验。可以完成两个试验工位的试验:(1)流量元件的喷嘴流量、活门(闭启)、油滤 (压降)3个检测与试验项目;(2)滑油增压泵、回油泵性能试验。

针对上述试验要求，本文选用美国GE FUNC的PLC为测控平台，iFIX上位监控软件，设计了航空发动机滑油泵试验台的计算机测控系统，实现了过程控制、数据采集/处理/回放、报表生成、超限报警等功能。 1 计算机测控系统的硬件总体结构 1.1 计算机测控系统的硬件总体结构图

本测控系统由一台上位计算机+下位PLC+传感变送器+执行机构组成。测控系统的总体结构图如图1所示。

试验台的测控参数包括:压力、流量、温度、转速、开关量五类。其中压力与流量信号经上位机设定后由PLC进行控制，而温度信号经上位机设定后通过温控仪进行控制，转速信号已经上位设定到达变频器后由变频器来控制电机，开关量的输入与输出都通过继电器逻辑实现。 1.2 PLC硬件选型

系统选取了美国GE FUNC的90-30系列PLC系统为硬件控制核心，包括控制器、

采集模块、输出模块、通讯模块、电源模块等，在PLC模块底板上插入以上各模块，通过背板总线连接PLC主机，上下位通过网络模块通讯，同时再配上信号分支器、显示仪表、操作开关等构成测控中心。PLC硬件选型如表1所示。 表1 PLC系统选型? 2 测控系统的软件设计 2.1 软件的框架

图1 计算机测控系统硬件总体结构图

本测控系统软件可分为上下位两部分，主要完成人机界面交互、数据采集和处理、控制指令执行、过程数据记录与回放、试验报表生成等功能[1]。系统的软件构架如图2所示。 图2 系统软件构架图

该软件框架主要分为三层，均由A ccess系统数据库提供支持，依次为:用户界面层、滑油泵系统试验台测控系统解决方案层、GE组态控制层，均由系统数据库支持。

2.2 上位机软件功能设计与实现

本测控系统上位选用美国GE FUNC的iFIX4.0版本软件。软件基于iFIX内核，负责与下位机实时通讯，完成参数设定、通道定义、控制参数调整、门限值设定、数据存储格式设定、访问权限设置等功能。上位机的软件设计流程如图3所示。 图3 上位机的软件设计流程图

从图中可看出上位机软件主要包括5个核心功能模块:试验工位、数据处理、系统校验、参数设置和维护管理。

试验工位包括两部分，泵性能试验和流量元件试验;数据处理主要功能是试验数据回放与报表生成;系统校验模块负责AI、AO、DI、DO通道的校验工作;参数设置模块的主要功能是通道的定义与调整、报警门限设置;维护管理负责用户的增加和

删改、用户权限设置。

试验工位作为核心功能模块与试验过程直接相关，当选定试验工位就可开始试验，整个试验流程如图4所示。 2.3 下位机的软件设计与实现 图4 试验流程图

下位PLC编程软件选用美国GE FUNC的 Proficy Machine Edition 5 5。主要负责与上位机通讯，进行数据采集/输出，并完成控制任务。

本测控系统的控制模块包括转速控制、压力控制、温度控制以及流量控制四类。控制流程如图5所示。 图5 控制流程图

转速控制主要通过改变变频器的输出，达到调节转速的目的;温度控制由温控仪、调功器和加热器一起实现;压力/流量控制选用PLC自带的PID控制集成模块，PID模块依据采集到的压力期望值，进行计算改变阀位的开度，来调节压力大小。 3 测控系统中的关键技术 3.1 Active X控件开发技术应用

iFIX提供了丰富的可供选择和使用的画面特性，可以方便地进行测控系统的GU I设计，但是它的一般性能很难满足用户的特殊需求。

由于iFIX可以为第三方控件提供接口，本文利用这一特点，基于Measurement Studio在Visual Basic 6.0环境下进行ActiveX控件的二次开发，并对所开发的一系列控件进行封装创建出专用的控件库，实现了“通道设置”、“系统校验”、“报警门限设定”等特殊功能。

该控件库提供开发层与应用接口层，在开发层可以根据实际需求更改控件功能，而应用接口层使得该控件库具有可移植性，具有类似功能的用户都可以通过应用接口使用。

3.2 应用FIR滤波器处理数据[2]

实际的工程中，环境中各种因素对信号的干扰是不可避免的，因此有必要引入一种有效的滤波手段，对所采集到的数据进行处理，保证试验的准确度。 本文设计了较为简便实用的FIR低通滤波器对采集到的信号进行滤波。

选用窗函数设计法，在本系统的滤波设计中，确定滤波技术指标为:阻带衰减As＞50dB，带通频率ωp=0.45πrad，截止频率ωc=0.55πrad，过渡带宽度:Δωtr=0.15πrad。根据此技术指标，选取哈明(Hamm ing)窗为窗函数，即w(n)=

则系统滤波器函数可确定为

用此滤波器对采集到的信号进行滤波，以一组增压级出口压力参数为例，滤波前后的曲线如图6所示，由图对比可见滤波后信号有了明显的改善。 4 结论

基于PLC硬件与iFIX系统内核，设计了航空发动机润滑系统试验器测控系统。应用ActiveX控件开发技术，开发了适用于本系统的控件，引入了FIR滤波器，对所采集信号进行滤波。实现了多路参数的采集与控制、存储、在线分析、门限报警及系统管理等功能。经过安装使用证明，操作便捷，显示界面友好，且具有较高的可靠性与可维护性，满足用户要求。 图6 滤波前后对比 参考文献:

【相关文献】

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