飞机气动元件综合测试系统的设计.pdf

2 3 6 机 械设 计 与 制造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 第 2期 2 0 1 2年 2月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 0 2 0 2 3 6 0 3 飞机 气动元件 综合 测试 系统 的设 计 赵维义王 占勇 海军航空工程学院 青岛分院 ， 青岛 2 6 6 0 4 1 Th e d e s i g n o f p n e u ma t i c c o mp o n e n t s i n t e g r a t i v e t e s t i n g s y s t e m f or a n a i r p l a n e Z HAO W e i - y i ， WANG Z h a n - y o n g Q i n g d a o B r a n c h o f N a v a l A e r o n a u t i c a l E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ， Q i n g d a o 2 6 6 0 4 1 ， C h i n a 【 摘要】 针对飞机气动系统的发展趋势及维修管理要求， 结合实际工程运用， 设计了一种新型飞 机 气动元件综合测试 系统 ， 实现 了气动测试技术的 自动化 。首先简要介绍了气动元件综合测试系统的 总体结构和主要特点， 以及基 于 P L C、 比例 阀和触摸屏技术设计的控制 系统 ， 着重阐述 了控制 系统的功 能、 组成和工作原理， 给 出了系统的硬件和软件 的设计和 实现方法。结果表明本测试系统设计合理 ， 具 有良好的动态品质和稳定性能， 满足了气动系统高精度控制要求， 达到了对气动比例调压阀出口压力 进 行 比例控制 的 目的。 关键词 飞机 ； 气动元件 ； 综合测试 系统 ； P L C； 比例阀； 触摸屏 【 A b s t r a c t 】A c c o r d i n g t o t h e d e v e l o p m e n t t r e n d a n d m a i n t e n a n c e mana g e me n t r e q u e s t o f air p l a n e p n e u m a t i c s y s t e m， and b a s e d o n t h e a c t u a l a p p l i c a t i o n ， p n e u m a t i c c o m p o nen t s i n t e g r a t i v e t e s t i n g s y s t e mf o r a n air p l a n e W as d e s i g n e d ， w h i c h r e ali z e s t h e a u t o ma t i o n ofp neu m a t i c t e s t t e c h n o l o g y ． T h e o v e r all s t r u c t u r e and f e at u r e s of i n t e grati v e t e s t s y s t e m ofp n e u m a t i c c o m p o nen t s W as i n t r o d u c e d b r i e fl y a t fir s t a n d t h e d e - s i g n of c o n t r o l s y s t e m b y u s e of P L C， p r o p o r t i o n al v alv e and t o u c h p a n e l m o n i t o r ． T h e f u n c t i o n s ， s t r uct u r e a n d p r i n c i p l e of t h e c o n t r o l s y s t e m Y 3 as i n t r o d uce d ， al s o des i g n p r o j e c t a n d i m p l e me n t a t i o n me t h o d of t h e s o j w are and h a r d w a r e o fc o n t r o l s y s t e m are g i v e n ． T h e r e s u h s ofe x p e r i me n t s h o w t h at t h e t e s s y s t e m i s a p p r o p r i at e ， h as a g o o d d y n a mi c and s t ati c p e ff o r manc e ， c a n me e t t h e h i g h p r e c i s i o n c o n t r o l r e q u i r e m e n t s ， w i t h att ai n i n g t h e e x p e c t e d o b j e c t o fc o n t r o l l i n g t h e o u t p u t p r e s s u r e oft h e v a l v e p r o p o r t i o n at e l y ． Ke y wo r d s Ai r p l a n e ； Pn e u m a t i c c o mp o n e n t ； I n t e g r a t i v e t e s t s y s t e m ； P LC； Pr o p o r t i o n a l v a l v e ； Tou c h p an e l m o ni t o r ， 中图分类号 T H1 6 ， V 2 6 2 ， T H1 3 8 ． 1 文献标识码 A 1引言 气动系统是飞机的一个重要系统， 对气动附件进行定期检 测， 保证其性能良 好 、 工作可靠就成为使用单位一项重要的和经 静f生的工作口 1 。在进行新品装机前校验、 日常排查故障、 定期和周 期性工作时，均需要具备与飞机相配套的气动附件综合检测设 备， 为此， 采用 目前先进的气动比例控制技术， 设计、 开发了某型 飞机气动元件综合测试及其控制系统。使用证明， 综合测试系统 的设计完全达到设计指标和使用要求， 实现了自动化。 2系统组成及特点 气动附件综合测试系统主要由气动系统和 自动控制系统构 成。气动系统由正压附件供气压力调节部分、 附件出口压力和流 量检测部分、 附件差压检测部分和负压真空抽气压力调节部分共 计四个部分组成。 附件出口压力和流量测试部分可完成部分附件 出口压力和流量的检测 ； 压差检测部分， 由差压变送器完成压力 损失在 0 1 0 0 k P a 范围内的检测； 正压力供气压力调节部分， 利 用高精度正压比例调节阀减压 ． 可获得设定的输出正压力； 负压 力真空抽气压力调节部分， 利用高精度压比例调节阀调节， 可获 -k 来稿 日期 2 0 1 l o 4 一 l 4 得设定的输出负压力 ， 为飞机燃油泵测试系统提供模拟高空的真 空负压测试条件。 自动控制系统是整个测试台的核心， 能够完成气动附件输 出压力、 流量、 压差、 电压和电流的检测， 并为飞机燃油泵测试系 统提供模拟高空的真空负压测试条件；系统采用微计算机控制、 电气比例控制和触摸屏技术， 实现气动附件性能检测过程的智能 化控制。 能够接受现场各状态检测信号， 实时记录整个测试过程的 技术参数， 对采集的实测数据与标准数据进行比较， 自 动进行技 术状态的判定并对各种信号采集处理分析记录， 具有一定的故障 分析诊断功能， 并打印测试结果凹 ； 综合测试系统具有独立的手动 和自动控制两种方式， 自动工作方式下， 系统可通过预设参数执 行相应的过程。手动控制时， 操作人员可通过按钮或触摸屏现场 操作， 手动方式可方便测试系统的调试。 3控制系统硬件设计 3 ． 1系统组成 气动附件综合测试系统以可编程逻辑控制器 简称 P L C 、 2 3 8 机 械 设 计 与 制 造 No ． 2 Fe b． 201 2 3 ． 4 附件输出压力、 流量和差压测试 附件输出压力由压力变送器和机械压力表完成检测。 附件输出流量测试， 采用涡轮流量传感器。其基本原理是 当氮气流经传感器壳体时， 气流冲击叶轮， 在克服摩擦力矩 和流体阻力后叶轮旋转， 当力矩平衡后转速稳定， 在一定条件下， 转速与流速成正比。 由于叶片有导磁性 ， 旋转的叶片切割磁力线， 周期性的改变线圈的磁通量， 从而使线圈两端感应出电脉冲信 号。在一定流量范围内， 涡轮流量传感器发出的脉冲信号频率与 流经传感器的瞬时流量成正比， 因此， 只需计算出脉冲频率， 就可 知道流量。 F X 2 n 一 3 2 MR内置高速计数器， 可以对高速脉冲进行计数。 系统中涡轮流量传感器的输出信号就是脉冲， P L C的编程指令 S P D计算单位时间内的脉冲个数。 单位时间内的脉冲个数测定之 后， 就可以通过流量传感器的参数计算出当前的实际流量。 附件输出差压测试 ， 用于某些需进行流动损失测试的附件 ， 由差压变送器采集信号， 可检测 0 ～ 1 0 0 k P a 范围内的压力损失。 3 。 5 I／ O 配置 基 于控制需 要 ， P L C的开关 量输入／ 输 出地址分 配为 1 5 ／ 1 2 个点。 P L C采用某公司的F X 2 N 一 3 2 MR， 其输入辟 俞 出的点数为 1 6 ／ 1 6 点， 可满足控制系统的开关量的使用要求。 P L C的模拟量输入辟 俞 出地址分配为 8 ／ 2 个通道。 A ／ D模拟量 输入模块采用 日本某公司的二个 F X 2 N - 4 A D， D ／ A模拟量输出模 块采用一个 F X 2 N 一 2 D A， 可满足控制系统的模拟量的使用要求。 4 P L C控制系统软件设计 P L C编程程序采用某公司的 G x D e v e l o p e r 软件。该编程软 件具有使用简单、 功能强大特点 ， 能够在线编程， 方便控制系统调 试与故障诊断。触摸屏操作界面使用 MC G S E组态环境软件 。 4 ． 1系统流程图 图 6控制流程图 P L C的主程序运行流程， 如图 6 所示。根据控制系统的特 点， 在程序初始化后 ， 一开始首先判断是手动还是 自动 ， 若是手 动， 则执行手动程序， 此时， 每按下控制面板上的一个按钮， 便执 行一个相应的动作， 一般用于设备调试。若将面板上的选择按钮 扳至自动位置， 则控制系统按预设的程序自动完成测试。正压比 例调节阀和负压比例调节阀按设定值进行调节， 正压符合要求后 提供给测试附件， 控制系统 P L C实时记录附件出口的压力、 流量 或者压差， 并对采集的实测数据与标准数据进行比较， 自动进行 技术状态是否合格判定和各种信号采集处理分析记录， 并打印测 试结果； 负压符合要求后提供给附件燃油泵测试系统， 由燃油泵 测试系统进行模拟高空的技术．洼能检测。 4 ． 2测试界面 触摸屏选用北京某公司的T P C 1 2 6 2 H，采用 Wi n C E操作系 统和 MC G S 嵌入版组态软件， 具有强大的数据处理、 硬件交互、 界 面组态和精确的回路控制功能 。 触摸屏主界面上由各典型气动附件、系统调试和打印等测 试按钮组成， 点击触摸屏功能选择界面中的各典型气动附件测试 按钮， 触摸屏上将出现各附件测试功能界面。在典型气动附件测 试界面中， 用组态软件构造出各种精美画面， 能显示附件电压、 电 流 、 进 出 口压力 、 压差和实测流量 ； 系统调试界面 ， 主要模拟 了控 制柜的控制面板按钮、 开关 、 数显仪表， 可完全替代实物进行操 纵； 打印界面， 是对应于各测试附件在完成测试性能后， 将采集到 的实际测试结果以及测试结论以表格形式储存 ， 并由打印机打 出， 可作为附件的测试记录； 系统监控界面包括测试系统结构 、 参 数设置和报警界面， 通过监控画面， 操作人员可以及时了解系统 当前工作状态、 出现的故障及其产生原因， 根据需要对比当前情 况 ， 并进行适 当调整。 5结束语 综合测试系统将 P L C、 比例调节阀和触摸屏技术融合在一 起 ， 实现了机 、 电、 气的传动、 控制和测试一体化； 采用 P L C控制 的气动附件综合测试系统既能产生连续可调的压力， 又能保证输 出压力和流量的稳定， 具有 良好的控制性能及实用性 ， 提高了测 试的自动化程度， 简化工作程序， 提高工作效率， 改善系统的可靠 性。完全达到了设计要求， 能完成对各型飞机气动系统气动附件 的性能检测。 参考文献 [ 1 ] 佚名．某型飞机说明书[ M] ． 青岛 海军航空工程学院青岛分院， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 王孝华． 赵中林气 动元件及系统的使用 与维修 [ M] ． 北京 机械工业 出 版社 ， 1 9 9 6 ． [ 3 ] 1] J l l 来．计算机控制技术[ M] E 京 机械 [ 业出版社， 2 0 0 6 ． [ 4 ] 刘金琨． 智能控S tJ [ M] ． 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 5 ] 方昌林．液压、 气压传动与控制[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 0 ． [ 6 ] 佚名． 电气比例阀使用说明[ M] ． 东京 S M C C o r p o r a t i o n ， 2 0 0 9 ． [ 7 ] 佚名．真空用电气比例阀使用说明[ M] ．东京 S M C C o rp o r a t i o n ， 2 0 0 9 ． [ 8 ] 姜秀汉． 可编程序控制器原理及应用[ M] ． 西安 西安 电子科技大学 出 版社 ， 2 0 0 1 ． [ 9 ] 顾 战松 ， 陈铁年． 可编程控 制器原理与应用 [ M] ． 北京 国防工业 出版 社 ． 2 0 0 3 ．