一种燃油附件试验设备测控系统分析研究

郭欣

摘要：本文的主要研究内容是对燃油附件试验设备的数据采集系统开展分析研究，尤其是计算机测控系统是如何实现试验设备和产品运行参数的采集监控管理，通过现场总线等方式，采集其他分系统的状态，确保试验正常有序进行并对实时同步采集燃油附件的全部参数，达到控制试验对象状态的目的，同时对设备本身的状态进行监控和管理。

关键词：测控系统;控制状态;监控管理

1.设计要求分析

测控系统的软件可选择需要后台自动保存的测试参数，界面显示参数的数量、名称、显示方式等，示波窗口内的曲线数量、颜色等可设置;具有报警与紧停功能，对超出规定值范围外的参数实现预警提示，参数严重超限时可自动紧停设备;用计算机显示屏测控界面取代物理仪表、按钮、指示灯，重要压力、温度、液位参数以虚拟仪表形式显示。试验模式分调试和验收两个模式，调试可进行一个或多个试验项目，验收进行整台全部试验项目;调试多个试验项目时，每个试验项目可重复运行;设备管理主操作界面和产品参数测试界面可分屏显示，应当具有良好的人机界面和操作环境。

2.测控系统设计方案

被测产品状态给定、试验台状态给定及监测的通道数决定了计算机测控系统中的输入、输出信号，其中主要的信号类型可分为模拟量、频率量、开关量，在数据处理部分需要对各种状态参数进行连续监测，因此在采样的同时需要对信号进行处理、保存和显示。控制计算机的数据显示方式包括曲线显示、数字显示、模拟表显示和记录浏览方式显示等方式。为了提高系统的可靠性与精确性，测控系统还可设计传感器校验分析系统，根据系统的故障情况给予更换调理电路或停机处理。测控系统的组成原理如图1所示。

系统主要分为对试验状态监控和试验件性能测控两部分。试验台采集的物理量经信号调理电路转换为0～5V标准电压信号进入计算机模拟量输入板卡;流量、转速信号经过调理电路转换成TTL电平信号进频率量输入卡;低压电气控制信号由PLC输出开关量经数字输入卡进计算机测控系统。试验台的转速信号由通讯或总线以数字量形式控制输出。计算机测控系统给燃油数字电子控制器发送试验件状态控制参数，并接收电子控制器的反馈信息，两者采用RS422接口由通讯实现数据传输。数字电子控制器可实现对试验件参数的开环与闭环控制，其闭环控制的PID参数可按状态的不同设置多组，由软件部分实现自整定功能。

1）数据采集卡选型分析

选用知名厂商基于PCI总线的数据采集卡，插入计算机主板并上电，系统自动完成配置。数据采集卡具备很强的编程功能，可使用VB、VC、LabVIEW等高级开发语言对其编程以实现相应逻辑和功能。

2）信号调理与校准研究

传感器是整个控制系统的前端，传感器输出的信号必须经过信号调理电路的调理，将现场输入信号进行隔离、放大、滤波等措施转换成计算机接口设备所能识别的模拟、数字或频率信号，决定了计算机测控系统中的信号调理电路所采用的方法和手段，需要调理的信号主要有：模拟信号、频率信号等，对于不同类型的信号采用不同的处理方法。

由于试验现场电磁环境复杂，常規测量方法容易引入误差，因此信调电路输出部分采用差分输出方式，信号线采用屏蔽电缆。信调输入为4～20mA电流信号，由调理电路中的内置采样电阻，将4～20mA电流转换为0～5V电压输出，模拟滤波器完成对电流信号转电压信号的调理工作。

频率信号调理通过调理模块能够将脉冲信号转换成数据采集卡所匹配的输入信号，并提升信号抗干扰性及稳定性。流量传感器输出、电磁阀占空比信号以及转速控制模拟系统的转速传感器输出，由于三种信号的输出各不相同，频率信号调理模块将所有脉冲信号归一化，并提供给计算机测控系统。

3）测控系统软件开发

本控制系统软件设计的目标是开发一套适用于试验台状态监控系统，可以实时对试验过程中的模拟量、频率量、开关量进行监控和测量并进行记录

初始化完成开机后的系统自检和初始化设定，以确保系统的功能是否正常可靠。权限管理包括用户登录和权限维护管理，参数配置可实现“参数通道设定”、“采样率设置”和“报警门限设定”。按系统设置的采样率进行数据采集时，测控系统将采集到的数字量自动转化成工程物理量，并进行超限判断。实时数据显示各通道参数设置好后，通过LabVIEW环境选取数字仪表、数字示波器、数字记录仪、指示灯等虚拟仪表来布局整个人机界面，此外对于若干重要参数还有数字示波功能。

数据处理主要是从采集的原始数据中产生有用的信息，模拟量经过A/D转换后变成数字量送入计算机，这些数据量并不是准确可靠的数据，因此在进行存储、传输、显示和报警之前，还必须根据需要进行一些必要的处理，如标度变换、数字滤波、非线性补偿、报警处理等，以满足各信号的不同要求。数据存储功能用于将试验数据按照office excel文件形式存储于硬盘内，由系统指定的区域;存储的excel模板数据文件可以进行编辑修改，并生成excel格式的文件，通过以太网传输到TDM系统。数据回放功能可以读取试验过程中存储的数据文件，并将数据以虚拟仪表和时间曲线等方式显示在屏幕上。用户可以在试验结束后以离线的方式再现试验过程，用以辅助技术人员分析试验结果、产品性能以及分析和判断试验中故障发生的原因等。

3.结语

试验台测控系统数据采集界面主要有曲线显示区、转速指示区、仪表通讯区、试验台状态给定/指示区、压力及流量显示区、参数显示区、文件路径指示及缓存区。曲线显示区主要是显示传动控制模拟系统给定转速的实时曲线、数控系统转速实时采集曲线等;转速指示区用于显示实时的具体数值，试验台状态给定/指示区主要是显示试验台各类控制部件的调节参数并实时显示反馈值，压力及流量显示区主要是显示燃油电控调节器出口流量的实时数值以及监测的进、出口等压力数值。对于操作人员来说更为友好，有利于缩短操作人员对测控系统的使用熟悉时间，提高测试效率。

参考文献：

[1]刘友宏.一种飞行器及其动力附件燃油主动热防护试验台：，CN107462595A[P].2017.

[2]吕青松.飞机燃油系统试验台数据采集与管理系统设计与实现.南京航空航天大学，2014.

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