郭 碩 杜 鑫 盛世偉 紀(jì)艷麗 武忠華 張九象

（中國航發(fā)北京航科發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)科技有限公司，北京 102200）

燃油調(diào)節(jié)器是航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的核心部件，可以實現(xiàn)燃油的計量、燃油通斷控制和導(dǎo)葉位置控制[1]。它的主要功能包括保證向燃燒室輸油，調(diào)節(jié)供油量和導(dǎo)葉桿伸縮長度，保證發(fā)動機(jī)的穩(wěn)態(tài)、過渡態(tài)控制，協(xié)調(diào)雙發(fā)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行自由渦輪超轉(zhuǎn)控制，限制燃?xì)鉁囟鹊萚2]。它的精度、準(zhǔn)度及響應(yīng)時間直接影響發(fā)動機(jī)性能，進(jìn)而影響飛機(jī)飛行的安全性和穩(wěn)定性[3-5]。

2016年，中國航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)股份有限公司正式成立。依托“兩機(jī)”專項重大工程，航空發(fā)動機(jī)技術(shù)研究成為國家級重大課題。燃油調(diào)節(jié)器作為核心部件，需經(jīng)過嚴(yán)格的出廠性能驗收試驗。隨著年交付量的上升，驗收試驗面臨空前的壓力?；诖?，研究基于試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的燃油調(diào)節(jié)器試驗臺的自動測試軟件系統(tǒng)（包括測控系統(tǒng)軟件設(shè)計、試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件平臺搭建、數(shù)據(jù)處理策略及自動化人機(jī)交互界面設(shè)計）設(shè)計方案，可實現(xiàn)自動化出廠驗收試驗，為各產(chǎn)品的智能化性能調(diào)整試驗和出廠檢驗試驗新技術(shù)的發(fā)展提供可行的技術(shù)依據(jù)。

1 自動測試軟件系統(tǒng)設(shè)計

基于試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的燃油調(diào)節(jié)器試驗臺的自動測試軟件系統(tǒng)主要包含測控系統(tǒng)軟件設(shè)計、試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)平臺搭建、數(shù)據(jù)處理策略和自動化人機(jī)交互界面設(shè)計。

1.1 測控系統(tǒng)軟件設(shè)計

試驗臺測控系統(tǒng)主控程序選用LabVIEW軟件的圖形編譯環(huán)境。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲，同時具備程序調(diào)試工具，集成了滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通信的全部功能，內(nèi)置了TCP/IP、ActiveX等庫函數(shù)，可以方便地建立自己的虛擬儀器。

1.2 試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)平臺搭建

控制終端建立在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)平臺上。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)平臺為BS+CS混合架構(gòu)的試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)平臺和試驗數(shù)據(jù)采集終端。該平臺包含試驗執(zhí)行環(huán)節(jié)任務(wù)下發(fā)、自動試驗程序編輯/調(diào)試/運(yùn)行、數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控以及報告生成等多個功能塊。

為了實現(xiàn)試驗臺的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，需從通信（通信協(xié)議、通信方式、協(xié)議格式）、工藝流程和數(shù)據(jù)存儲等方面對試驗臺的遠(yuǎn)程操作接口進(jìn)行定義，使試驗臺通過局域網(wǎng)接入數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)-試驗數(shù)據(jù)管理（Database Management System-Test Data Management，DMS-TDM）系統(tǒng)。

1.2.1 通信協(xié)議

測控系統(tǒng)主控程序與控制終端遵循用于過程控制的OLE（OLE for Process Control，OPC）通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。OPC通信不適合短時間內(nèi)高速、動態(tài)波形數(shù)據(jù)的傳輸，因此對于采用LabVIEW開發(fā)的試驗臺主控程序，可通過網(wǎng)絡(luò)共享變量實現(xiàn)OPC Server功能。該網(wǎng)絡(luò)共享變量遵循標(biāo)準(zhǔn)的OPC協(xié)議。在試驗臺主控程序中創(chuàng)建NetVariable.lvlib網(wǎng)絡(luò)共享變量庫，庫中創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)共享變量。

DMS-TDM和試驗臺主控程序采用OPC協(xié)議通信。傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）通信方式適用于穩(wěn)態(tài)信號和動態(tài)波形數(shù)據(jù)的實時傳輸，因此通信過程中試驗臺主控程序?qū)崿F(xiàn)TCP通信服務(wù)器的功能，DMSTDM則作為客戶端連接到試驗臺完成數(shù)據(jù)交互。

基于此，控制終端和試驗臺測控系統(tǒng)主控程序通過OPC協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

1.2.2 試驗信息

試驗臺主控程序創(chuàng)建TestInfo網(wǎng)絡(luò)共享變量并發(fā)布至局域網(wǎng)。控制終端通過該變量實現(xiàn)試驗信息的傳輸。試驗臺主控程序?qū)崟r讀取該變量值并進(jìn)行解析，實現(xiàn)試驗信息從控制終端到測控系統(tǒng)主控程序的遠(yuǎn)程傳輸。TestInfo網(wǎng)絡(luò)共享變量為一個字符串，每次開始試驗前先讀取該變量值。

1.2.3 采集數(shù)據(jù)

試驗臺主控程序?qū)⒖刂平K端要采集的數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中。開始試驗后，試驗臺主控程序按每秒10次的速率發(fā)布數(shù)據(jù)。發(fā)布的數(shù)據(jù)格式為Double類型的一維數(shù)組。

1.2.4 控制指令

TCP/IP通信模式下，控制終端對試驗臺采用請求反饋式訪問方式。控制終端發(fā)送指令為一個Double類型的一維數(shù)組。

1.2.5 網(wǎng)絡(luò)配置

為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的OPC Client能夠訪問試驗臺上的OPC Server，試驗前需對試驗臺上的上位機(jī)和網(wǎng)絡(luò)中的其他計算機(jī)進(jìn)行地址配置。

1.3 數(shù)據(jù)處理策略

1.3.1 結(jié)果判斷及報警

結(jié)果判斷用于產(chǎn)品試驗時，是對產(chǎn)品某項性能是否合格進(jìn)行判斷。當(dāng)采集結(jié)果不在穩(wěn)定條件公差范圍內(nèi)時，自動化工藝彈出報警提示。

1.3.2 自動調(diào)節(jié)

控制參數(shù)不能滿足產(chǎn)品需求時，需在公差范圍內(nèi)使用中值法自動調(diào)節(jié)控制參數(shù)。

1.3.3 運(yùn)算邏輯

對于產(chǎn)品試驗項中部分需要運(yùn)算后生成報告的數(shù)據(jù)，需在自動化工藝中將所需數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)記，之后按自動化工藝中的數(shù)據(jù)標(biāo)記，先在采集模板中進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果賦予新的變量，之后在報告模板中將運(yùn)算后的變量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而形成報告數(shù)據(jù)。

1.3.4 過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)

自動化工藝運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)平臺以1 p·ch-1·S-1的速率將所有試驗數(shù)據(jù)按過程數(shù)據(jù)的形式存儲于本地硬盤的指定文件夾，將標(biāo)記的數(shù)據(jù)以結(jié)果數(shù)據(jù)的形式與該試驗項過程數(shù)據(jù)存儲在同一數(shù)據(jù)庫文件中，同時試驗報告根據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)將試驗參數(shù)填寫于電子報告。

1.3.5 故障分析

當(dāng)試驗數(shù)據(jù)不滿足驗收要求出現(xiàn)故障數(shù)據(jù)時，先調(diào)取數(shù)據(jù)源資料分析過程參數(shù)，判斷故障來自輸入?yún)?shù)還是其他方面，從而為進(jìn)一步排除故障提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.4 自動化人機(jī)交互界面設(shè)計

人機(jī)界面包含程序編輯功能界面、自動試驗功能界面、報告模板編輯界面及采集模板編輯界面等，如圖1所示。人機(jī)界面連接到監(jiān)控計算機(jī)，是操作員的圖形用戶界面，它主要用于收集來自外部設(shè)備的所有數(shù)據(jù)，包括創(chuàng)建報告、執(zhí)行報警以及發(fā)送通知等?！皻v史記錄”是人機(jī)接口（Human Machine Interface，HMI）中的一項軟件服務(wù)，在數(shù)據(jù)庫中存儲帶時間戳的數(shù)據(jù)、事件和報警，可以查詢或用于填充HMI中的圖形趨勢。

圖1 人機(jī)互交界面功能模塊

1.4.1 程序編輯

控制終端數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)平臺實現(xiàn)了試驗工藝的電子化處理，程序編輯界面面向工藝編輯人員，如圖2所示。工藝編輯人員可根據(jù)試驗工藝編寫自動工藝控制程序，同時可增加各參數(shù)的判讀、報警等功能，以保證試驗的可靠、安全運(yùn)行。

1.4.2 自動試驗界面

自動試驗界面用于試驗人員開啟自動試驗，如圖3所示。工藝人員將編寫完成的自動工藝發(fā)布、激活后，由計調(diào)員將試驗任務(wù)下發(fā)至試驗員。試驗員登錄賬號后，可開啟相關(guān)型號的自動試驗。

圖2 電子化工藝模塊

圖3 自動試驗及試驗程序自檢

1.4.3 報告模板編輯界面

報告模板編輯界面用于試驗報告的編輯，結(jié)合自動控制工藝程序?qū)⒃囼灁?shù)據(jù)自動填寫至報告模板，并生成電子報告。

1.4.4 采集模板編輯界面

采集模板可將自動工藝試驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)寫入報告模板，同時可將試驗無法采集的數(shù)據(jù)（漏油量、外觀檢查等）通過手動方式進(jìn)行記錄。

2 實施效果

基于上述軟件系統(tǒng)設(shè)計，可實現(xiàn)如下效果。

（1）試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)一、集中。對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一、集中管理，可以形成試驗數(shù)據(jù)的有效積累，提高數(shù)據(jù)利用率和試驗效益。

（2）試驗臺自動控制。開發(fā)處理試驗工藝編輯平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)試驗臺的自動控制、自動試驗工藝編輯、試驗數(shù)據(jù)的自動和實時采集，從而提高工作效率。

（3）試驗報告智能生成。試驗完成后，系統(tǒng)自動生成試驗報告，通過自動采集保證報告中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

基于試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的燃油調(diào)節(jié)器試驗臺的自動測試軟件系統(tǒng)開展設(shè)計研究，包括測控系統(tǒng)軟件設(shè)計、試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件平臺搭建、數(shù)據(jù)處理策略和自動化人機(jī)交互界面設(shè)計。通過對某型號產(chǎn)品進(jìn)行測試，結(jié)果表明，系統(tǒng)對壓力、流量、計量活門位置及導(dǎo)葉作動筒位置等主要參數(shù)均有準(zhǔn)確的控制及反饋，且軟件中增加了數(shù)據(jù)標(biāo)記、循環(huán)嵌套、中值算法，實現(xiàn)了試驗報告的智能生成，且報告表格符合驗收要求，達(dá)到了理想的試驗效果。該技術(shù)通過軟件設(shè)計可實現(xiàn)燃油器產(chǎn)品的自動化驗收試驗，改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品驗收模式，解決了燃油調(diào)節(jié)器驗收效率較低、結(jié)果誤差較大以及耗時較為嚴(yán)重等問題，可為燃油調(diào)節(jié)器的自動化驗收試驗和自動化性能調(diào)整試驗新技術(shù)的發(fā)展提供參考。