淺析公司航空發動機試車臺測控系統的發展

高媛媛，王超宇

（中國航發南方工業有限公司，湖南 株洲412002）

1 概述

目前公司航空發動機試車臺試車臺已經具備全自動實時數據采集、監控、記錄、人機交互等功能，所使用的是以工控機為控制與處理核心的輔助試車系統，應用了工業控制系統的現場總線技術，確保了數據的實時精確性，提高了工作效率。

但車臺的測控系統融信息管理、數據采集、監督控制等功能與一體，測控系統軟硬件的復雜程度越來越高，可靠性的問題也越來越突出。車臺測控系統這種過于集成的結構降低了系統整體可靠性。同時，因為結構越來越復雜，沒有充分考慮模塊化設計，對系統結構的改進實現難度很大，在目前的軟硬件結構基礎上難以實現自動化試車及試車數據共享。

本文分析了公司當前航空試車臺測控系統存在的問題，并針對這些問題給出今后的航機試車臺測控系統的硬件發展方向，自動化試車軟件的可行的設計實施方案，以及適應信息化辦公實現數據共享的數據結構，研究結果可以用于現有試車臺測控系統的改進和新建試車臺的測控系統的設計制造，以期提高測控系統可靠性，減少人工成本，實現多平臺數據共享，提高數據利用率。

2 現狀分析

當前車臺測控系統硬件，使用的是基于VXI總線采集設備的結構模式。主要結構形式如圖1所示。采集控制功能集中在單臺VXI設備上，功能集中、風險集中且相互影響，圖中PC3與VXI總線設備都是功能集中的關鍵設備，且PLC與工控機之間屬于串聯從屬地位，沒辦法做到可靠性高的并行獨立控制。功能集成導致系統兼容性差，對系統的升級維護和功能維護也很復雜，這種結構模式很難做到不斷改進以適應多型號通用試車臺的發展。

其次，發動機試車過程中，測控軟件關于試車步驟的流程安排仍需要人工干預，操作程序復雜且容易出現人為錯誤。為降低工作強度、提高工作效率、改變工作模式，迫切需要對測控軟件進行改造升級，實現自動化試車。如何實現自動化試車的軟件設計是試車測控軟件面臨的主要問題。

再次，車臺的測控試車軟件與信息化辦公系統之間不能實現車臺數據的共享。隨信息化技術在試車臺的不斷發展，網絡化的工作方式對車臺數據的訪問需求不斷增加，需要試車數據對外開放實現數據共享。測控系統數據結構如何設計，才能讓試車測控軟件與各種信息化辦公軟件各司其職，保持功能相對獨立，又充分考慮到彼此之間的交集即數據共享部分如何處理，不能影響彼此的繼續完善，給對方預留足夠的上升空間，也要保證自身后續發展及升級維護易于實現。

3 測控系統的今后發展

3.1 硬件使用集散控制系統（DCS）結構

（Dstributed Control System，簡稱 DCS）又稱分布式控制系統。其基本思想是集中操作管理，分散控制。由于控制分散，就可以做到“危險分散”，從而使整個系統的可靠性大大提高[1]。

集散系統本質上是一種基于計算機網絡的分層的計算機監控系統，它的體系結構特點是層次化，把不同層次的多種監測控制和計劃管理功能有機地、層次分明地組織起來，使系統的性能大為提高[1]。

分布式的數據采集與控制輸出，在現場層級繼續分散風險，可明顯提高測控系統的可靠性。且就數據采集而言，分布式的結構，采集卡可以盡量靠近傳感器端，不受通信距離的約束，且信號轉換為數字信號后，不受線路干擾；數據采集可以安排在局域網內的任何一臺或幾臺PC上；由于采集系統導線距離短，傳輸距離長，信號不易受干擾，容易查找故障，便于維護。實現現場級分布式控制，硬件結構要從圖1轉變為圖2。

圖2 基于網絡的分布式測控硬件系統

3.2 自動化試車軟件的設計實施方案

3.2.1 完成工藝資料的標準化數字化處理

對于試車工藝資料而言，需要將慢車、額定、起飛等試車步驟數字化，轉換為讓計算機可以控制處理量化步驟。工藝規程中類似于“穩定三分鐘”“待狀態穩定后”等等描述，需要進一步細化，解釋穩定狀態需要量化到數據要求，這是進行自動化過程設計的基礎。

3.2.2 工藝過程的結構化處理

完成工藝資料數字化處理之后，需要分解試車過程，進行模塊化處理，將每一個試車步驟分解為多個無需人工干預的最小功能模塊單元，試車過程的每個步驟都可以由模塊化單元組合而成，進而組態整個試車實驗過程。

3.2.3 電氣系統程序的模塊化處理

針對每個單元模塊的輸入輸出，電氣系統需要作出相應的PLC程序模塊，保證進入試車步驟相關的電氣設備狀態受控。

3.2.4 測控系統軟件的模塊化處理

數據采集記錄、參數的判斷、公式的計算等進行模塊化處理，最小步驟單元模塊內部包含至少一個功能模塊。

實時功能是所有試車過程的基礎，包括時間功能、模擬量采集功能、模擬量輸出功能、數字量采集功能、數字量輸出功能、頻率量采集功能、數據計算功能、數據關系運算功能（包含報警、防錯處理等）、數據實時存儲功能、實時顯示功能等，任何試車類型和試車步驟都必須全程執行。

數據庫相關操作與進入狀態的時間有關，錄取數據入庫的操作可以劃分為帶有時間參數的模塊單元。

與通信有關的可以按照使用的通信協議進行初步劃分，再按照協議的內容（參數類別、試車指令等）詳細劃分；也可以按照通信設備類別進行初步劃分，再按照協議內容（參數類別、試車指令等）詳細劃分，模塊單元與按照協議劃分類似。

每個試車步驟劃分最小模塊以不需要人工干預為最終目標，若量化后的最小模塊仍然存在需要人工干預的過程，需要進一步對模塊進行數字化分割操作，直到把需要人工干預的條件量化并把過程分解為多個子過程，得到每個步驟的最小模塊單元。完成所有步驟的數字化模塊化操作之后，需要對類似的單元模塊進行合并同類項操作，最后得到每個試車過程的最小單元模塊集合。

完成上述結構化處理之后，試車過程就可以將最小單元模塊，類似電子元器件串并聯交替組成電路的方式。

3.3 適應信息化的車臺測控系統數據結構設計

試車臺所使用的測控系統僅僅針對發動機試車數據進行數據采集，而完成信息化除發動機數據外還要求對生產信息、試車臺及設備信息、發動機附件信息、人員信息、技術資料、質量信息、設備保障等進行數據采集，車臺數據采集的概念要擴大化。車臺測控系統的發動機數據采集包含穩態數據采集與動態數據采集，其他各類數據數據采集是信息化辦公系統在試車臺的部署。車臺測控系統與信息化系統數據采集功能相對獨立，前者面向試車過程進行設計，后者面向辦公流程，兩者協同工作的基礎是彼此數據共享。

各類數據采集都是信息化系統的數據源，采集到的各類數據需要上傳提交給實驗數據管理系統（TDM）、現場管控辦公系統等集中處理，進行數據的優化組合、共享關聯、提供分析工具進行數據挖掘、提供對外數據接口等，將數據提供給各相關單位。獲取數據的各相關單位可以在獲取數據的基礎上根據各自的需求進行數據顯示。

4 結論

試車臺測控系統的今后發展，穩定可高的硬件結構模式是基礎，實現自動化試車、與信息化辦公協同工作是基本任務。本文對試車臺測控系統的今后發展進行初步分析，探索如何實現自動化、適應信息化且穩定可靠的試車臺測控系統。