密封试验器自动控制系统设计

　　针对航空发动机刷式密封试验器，基于西门子“PLC-WinCC”软硬件平台，设计了一套自动控制系统。该系统能够实现试验器空气系统、液压加载系统、滑油系统的手动和自动控制，自动控制方式能够实现基于载荷谱的试验流程自动化运行。另外，具有试验参数超限报警、硬件故障报警、报警报表、试验计时等功能。配合LabVIEW平台的测试系统软件，能够实现试验器的控制、测试数据记录以及显示等功能。目前，该试验器已投入使用，运行稳定可靠。

　　关键词：刷式密封试验器;PLC;WinCC;自动控制

　　航空发动机刷式密封的耐久性试验耗时长，且不需频繁操作，常规的试验器手动控制模式精度低，且很容易造成试验人员过度疲劳，对试验精确性和安全性造成影响。因此需要一种试验器的自动控制系统，提高控制精度，减轻试验人员的操作负担。本文采用西门子“PLC-WinCC”软硬件平台，搭建了一套用于刷式密封试验器的自动控制系统。主要包括PLC控制系统、WinCC人机交互系统二部分。

　　1PLC控制系统

　　PLC控制系统硬件采用S7-300PLC作为控制核心，软件采用了结构化编程方法，设计了如表1所示的若干程序块。表1中：“OB块”为系统组织块，“OB1主程序”负责调用各个功能块实现相应的控制功能，“OB35PID模块读写”负责与FM355闭环控制模块进行信息交互，“OB32计时”负责系统所有的计时功能[1]。“FC功能块”为PLC控制系统具备的各项功能。“FC标准功能模块”是针对一些常用的功能，基于通用化思想设计的标准模块，块内所有变量都是局部变量，在使用时由调用它的功能块通过变量接口为局部变量赋值[2]。“DB数据块”存储自动试验载荷谱、各功能块的背景数据、通过通讯得到的测试系统采集参数、PLC模拟量的参数限值等。“OB35PID模块读写”通过FM355模块，能够实现试验进气压力、试验进气温度、前卸荷腔气体压力的闭环控制。“FC5自动试验”为控制系统的核心功能，能够实现基于载荷谱的自动试验控制。“DB1自动试验载荷谱”数块能够存储10步载荷谱，循环次数不限。利用指针，将变量“当前步数”转换为对应步载荷谱的地址偏移量，读取变量并赋值给“当前主电机转速”等变量，最后将“当前”变量赋值输出给对应控制信号，完成自动控制。

　　2WinCC人机交互系统

　　基于WinCC平台设计了刷式密封试验器自动控制系统的人机交互系统，主要包括“试验设置”、“自动试验”、“空气系统”、“液压&滑油”、“报警显示”、“报警报表”几个部分。“试验设置”页面能够将载荷谱存入PLC，设置载荷谱步数与循环次数等数据，与测试系统进行数据传输。“空气系统”和“液压&滑油”界面能够图形化显示试验器的结构、全部传感器及其数据，实现试验器的手动控制。“报警显示”界面以指示灯的形式显示系统所有的报警信号，“报警报表”界面以报表的形式记录报警信号产生与消失的时间，并能够将报表另存为报表文件。“自动试验”界面如图1所示。该界面内上方为自动试验的各个操作按钮。开始试验前，确定载荷谱无误后，点击“初始化”按钮对PLC进行初始化设置。然后点击“试验开始”按钮开始自动试验，此时“试验运行”指示灯点亮为绿色，测试系统开始记录试验数据。载荷谱第一步设置为试验器状态的目标值，并显示在“设定值”一栏中，“当前值”一栏则显示试验器当前各项参数值。试验人员观察对比“设定值”和“当前值”，当试验器状态达到载荷谱要求时，点击“单步计时开始”按钮，该按钮点亮，同时激活当前步的计时。单步计时达到载荷谱当前步规定时间后，“单步计时开始”按钮熄灭，该步试验完成，下一步载荷谱自动设定为目标值，试验器参数进入过渡态。如此循环重复，直至自动试验载荷谱要求的试验步数和循环次数全部完成。试验过程中可点击“试验停车”按钮停止自动试验进程，此时测试系统数据记录暂停，试验器状态仍然为载荷谱给定状态，点击“试验开始”按钮可以继续。当载荷谱两步之间过渡时间过长时，试验人员可以切换为远程手动操作模式加快试验器的状态过渡。首先根据需求进入“空气系统”或“液压&滑油”界面，点击“试验模式”中的“手动”按钮，切换为手动模式，开始对试验器的参数进行调整，同时测试系统的数据记录暂停。调整完毕后，点击“试验模式”中的“自动”按钮并返回“自动试验”界面，试验器将继续按照载荷谱进行试验，同时测试系统数据记录继续。当载荷谱运行完成后，“试验运行”指示灯熄灭，“试验完成”指示灯点亮为绿色，测试系统数据记录停止，试验器仍维持在最后一步的设定值。此时切换为手动模式，根据需求对试验器进行停转、停气或降温等操作，点击“初始化”按钮将PLC内自动试验各相关量进行初始化操作。此时，自动试验全部完成。

　　3结论

　　本文针对刷式密封试验器，设计了一套自动控制系统，能够实现试验器的手动控制和基于载荷谱的自动试验控制。该系统工作稳定，自动化程度高，易于维护和后期功能扩展。对类似试验器控制系统的设计工作有一定参考和借鉴价值。

　　参考文献：

　　[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].机械工业出版社，2005.

　　[2]张春.西门子STEP7编程语言与使用技巧[M].机械工业出版社，2009.

　　[3]巩文东.一类新型配料机电气自动控制系统设计[J].内燃机与配件，2019(20)：208-209.

　　作者：王铁军 周易 高杨 单位：中国航发沈阳发动机研究所