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[摘 要]随着我国航空工业的飞速发展，用于航空发动机整机试车台的数量逐年增多，试车时数也大大增加。台架电气控制系统的自动化、标准化是试车台电气系统发展的大趋势，本文将介绍采用PLC为基础，基于网络技术的新型试车台电气控制系统。具备设备控制、参数测量、数据存储、分析处理、报表整理输出等功能。
[关键词]试车台 电气控制 PLC
中图分类号：V263.4+7 文献标识码：V 文章编号：1009―914X（2013）25―0383―01
航空发动机整机试车台是进行整机试验的必要载体。台架电气控制系统的功能性与可靠性是发动机整机试验顺利进行的保障。随着所内各型号发动机任务的增多和发动机指标性能的提升，对发动机整机试车台的数量和试车台电气控制技术指标都提出了新的要求。数字式电子控制器式发动机的研制更急需增加先进的发动机试车台电气控制系统。试车台上构架自动化、智能化、标准化、网络化、模块化、一体化的航空发动机整机试验电气控制系统正在成为发动机试车台控制技术的重点发展方向。国内410厂、430厂等试车台大多只针对单一型号发动机，并多数承担检验试车和出厂试车，各电气系统相互独立，没有组成统一的试验操控平台。本文采用数据交互技术和PLC系统构架了能够适应多型号发动机的测控系统一体化试车台电气系统。
1.试车台电气系统构成
试车台电气控制系统可分为发动机电气控制系统、工艺设备电气控制系统和供电系统。发动机电气控制系统主要完成发动机试车中各功能状态的控制输入、测量信号的输出、状态监视告警显示等功能。台架发动机电气控制移动按照发动机控制类型归类设计及安装。工艺设备电气控制系统主要完成各工艺系统的状态控制与调节，由空气起动系统、交直流电加载系统、液压加载系统、燃油加载系统、液压操纵系统等等组成。供电系统为试验提供UPS电源、发动机起动电源、点火电源、控制器电源、等多规格供电电源。电气系统构成如图1所示。
（一）电气系统构成图
2.总体设计方案
传统的试车台电气控制方式主要采用按钮开关、继电器、模拟仪表的控制方式，虽然它具有可靠性高、成本低等特点，但随着自动化试验技术的发展，其局限性也越来越明显。现代化试车台电气系统以可编程逻辑控制器（PLC）为硬件基础，采用分布式布置、模块化硬件、集中化控制的系统结构，利用自动化技术、通信技术、计算机技术、数据库技术等实现对发动机试车的全程监控和记录。
试车台电气系统采用分布式I/O的控制方式。PLC各子站放置在设备现场，主站与子站之间采用PROFIBUS-DP现场总线进行连接，PLC与上位机通过TCP/IP网络协议进行信息交互。工艺设备系统可通过PLC与发动机构成连锁，根据发动机状态进行自动调整。监控界面通过组态软件WinCC制作完成，采用屏幕鼠标操纵的方式远程控制，各种监控界面可以实时切换。试车台电气控制系统结构如图2所示。
（二）试车台电气控制系统结构图
3.台架发动机电气控制系统
台架发动机电气系统由台架发动机控制电缆、控制柜、起动箱（继电器箱）、控制器、控制器通讯计算机、操纵台、各功能电源组成。
3.1方案设计
a） 根据各型号发动机电气系统原理图、改造技术要求和相关技术决定单设计台架发动机电气控制系统；
b） 采用上位机集中控制及监视发动机状态。起动箱和控制器的控制输入信号由PLC控制，27V指示报警信号进入PLC采集，上位机读取PLC内部地址即可完成对控制器状态的监视，同时进入过渡态系统实时记录及存储，为试验故障诊断提供有力依据；
c） 上位机软件通过组态软件WinCC（Windows Control Center）制作完成，除在主操纵台面上保留必要的按钮外，发动机功能性开关由上位机监控软件实现，便于不同型号发动机更换操纵界面；
d） 利用PLC内部地址可以变换定义的功能，控制系统具有多机种试车功能。同一个操纵台、PLC即可满足不同机种试车。
e） 操纵台采用平台样式，在操纵台上放置必要的按钮开关，如起动、停车、应急停车、灭火开关等，并在起动按钮上加装保护盖，以防误操作；
f） 台架发动机电气系统按照发动机控制器类型（模拟式电子调节器和数字式电子调节器）进行分类。分类管理便于不同型号发动机互不干扰，同类归纳能节省大量资金；为保证台架信号稳定可靠，满足调节器电气接口特性要求，台架发动机电缆通过控制柜一次转接至起动箱、调节器、操纵台面及数采系统，尽量减少电缆转接环节；
3.2方案优点
a） PLC与组态软件的应用可以便于发动机状态的监控及存储；
b） 电气控制系统具有多机种试车功能，具有灵活的更改性和安全性
c） 发动机信号经控制柜一次转接后进控制器，信号稳定；
d） 控制电缆及控制柜各型号独立，后期改造方便，不易出错且不影响其它型号试车；
e） 转换机种试车前，电气准备时间短，日常使用及维护方便；
f） 做新型号改台时停台时间短，不影响现有试验进度。
4.台架工艺设备电气控制系统
工艺设备电气控制系统主要完成各工艺设备系统的状态控制与调节。各PLC子站放置在设备附近，减少接线数量。电气间放置PLC主站控制液压加载、燃油加载、燃油供给、液压操纵系统、抽真空、氮氧气等；管道间子站控制空气起动系统；试车间子站控制交直流电加载系统。
4.1 交直流加载控制系统
发动机电加载试验是用模拟负载电阻代替飞机上的各种用电设备。通过发电机在各种负荷条件下（轻载、满载、过载），来考核发动机功率分出状态下，对发动机性能的影响。主要考核参数为系统电压和电流。电机加载控制系统根据试车大纲的要求对加载电流进行精确调节，同时实现调节的自动化。通过标准电压下电流的变化从而改变发动机分出功率大小。 以往的试车台电机加载系统采用继电器式控制方式，投入固定的电阻以调节电流值，调节过程完全靠手动实现，因试验中要同步计算电流大小，所以误操作的风险很大，同时加载时间控制不精确，并且监测参数通过模拟仪表显示，不能进入试车台数据记录系统，不具备回放查询功能。针对以上问题，设计开发了基于PLC及上位机技术的航空发动机电机加载试验监控系统，满足30KW～180KW自由调整加载。
系统硬件部分主要包括：PLC系统、航空接触器、电流电压采集模块、负载电阻箱、电机调节器、冷却系统、上位机等。取消传统模拟仪表，选择符合特种电流电压测量模块，冷却系统管路上各个温度、压力、流量采用传感器测量，输出4～20mA进入PLC采集。接触器和电机调节器接收到上位机发出的控制信号，执行相应的发电、停电、接触器吸合等指令。
4.2 液压加载系统
飞机附件液压泵加载系统主要考核参数为流量和压力。液压系统是以液压油为工作介质，由液压能源装置把驱动机构的机械能变换为液压动力，并通过油液和液压管路把液压动力输送到执行作动装置，再把液压动力变换为机械能，以达到作动负载的目的。液压泵加载控制系统主要通过调节流量大小变化从而调整发动机分出功率大小。液压加载控制系统可以实现按照试车大纲要求对液压泵流量进行精准调节，同时实现调节的自动化。
系统所用到的采集设备主要有压力、温度变送器、流量计、液位计等。执行机构主要包括管路上的电磁阀、比例阀等。执行机构接PLC发出的控制信号，使阀门按照发出指令的开度大小进行调整，并完成按照图谱自动加载。
4.3 升降平台、插拔销控制系统
升降平台用一台液压站，插拔销和推力校准用一台液压站，采用一套独立工作的S-200PLC控制两套液压站。在试车间固定平台安装操纵台，并具有电气间、是车间、操纵间三地控制功能。S-200PLC采用PROFIBUS-DP通讯方式与试车台PLC主站连接，利用数据交互技术，实现在操纵间计算机操纵屏上操纵平台设备。
4.5 空气起动系统
控制柜就近放置在起动调节阀附近，控制气动调节阀1个、转换电磁阀2个，蝶阀1个。与发动机气动状态构成连锁，空气压力随设定的气动参数自动PID调节，同时转换电磁阀与发动机空气起动机风门电磁阀连锁控制，自动控制起动时序的同时防止人为操纵失误。
4.6 测试地线的安装施工
测试专用地线室外接地点接地电阻小于1Ω。地线铺设均采用40×5紫铜条来执行，外表涂绝缘漆，并绝缘包装后安装。其室外接地点为唯一接地点。地线安装过程中每隔一米焊接线螺钉（M8），并在螺钉间隔用明显的字体喷涂“仪表接地”字样。
5.结论
该电气控制系统系统已经在多座发动机整机试车台中投入运行，大大提高了工作效率，节省了试车成本，降低了试车人员工作强度，提高了试验安全性。同时该系统为国内整机试车台首次引入工艺设备自动控制，并将试验数据融入试车台数据库管理。该系统的硬件构架，软件编程方法完全满足试验要求，在航空试车台及其他工业领域具有广泛的应用价值。
参考文献
[1] 陈矛. 某型发动机试车台的设计与研究[J]. 科学技术与工程. 2007（10）
[2] 吴炯. 某航空发动机试车台PLC起动控制设计与实现[J]. 工业控制计算机. 2012（25）
作者简介
李铁，1980.4，男，辽宁沈阳人，汉族，工程师，主要从事航空发动机试车台测控系统设计工作
[关键词]试车台 电气控制 PLC
中图分类号：V263.4+7 文献标识码：V 文章编号：1009―914X（2013）25―0383―01
航空发动机整机试车台是进行整机试验的必要载体。台架电气控制系统的功能性与可靠性是发动机整机试验顺利进行的保障。随着所内各型号发动机任务的增多和发动机指标性能的提升，对发动机整机试车台的数量和试车台电气控制技术指标都提出了新的要求。数字式电子控制器式发动机的研制更急需增加先进的发动机试车台电气控制系统。试车台上构架自动化、智能化、标准化、网络化、模块化、一体化的航空发动机整机试验电气控制系统正在成为发动机试车台控制技术的重点发展方向。国内410厂、430厂等试车台大多只针对单一型号发动机，并多数承担检验试车和出厂试车，各电气系统相互独立，没有组成统一的试验操控平台。本文采用数据交互技术和PLC系统构架了能够适应多型号发动机的测控系统一体化试车台电气系统。
1.试车台电气系统构成
试车台电气控制系统可分为发动机电气控制系统、工艺设备电气控制系统和供电系统。发动机电气控制系统主要完成发动机试车中各功能状态的控制输入、测量信号的输出、状态监视告警显示等功能。台架发动机电气控制移动按照发动机控制类型归类设计及安装。工艺设备电气控制系统主要完成各工艺系统的状态控制与调节，由空气起动系统、交直流电加载系统、液压加载系统、燃油加载系统、液压操纵系统等等组成。供电系统为试验提供UPS电源、发动机起动电源、点火电源、控制器电源、等多规格供电电源。电气系统构成如图1所示。
（一）电气系统构成图
2.总体设计方案
传统的试车台电气控制方式主要采用按钮开关、继电器、模拟仪表的控制方式，虽然它具有可靠性高、成本低等特点，但随着自动化试验技术的发展，其局限性也越来越明显。现代化试车台电气系统以可编程逻辑控制器（PLC）为硬件基础，采用分布式布置、模块化硬件、集中化控制的系统结构，利用自动化技术、通信技术、计算机技术、数据库技术等实现对发动机试车的全程监控和记录。
试车台电气系统采用分布式I/O的控制方式。PLC各子站放置在设备现场，主站与子站之间采用PROFIBUS-DP现场总线进行连接，PLC与上位机通过TCP/IP网络协议进行信息交互。工艺设备系统可通过PLC与发动机构成连锁，根据发动机状态进行自动调整。监控界面通过组态软件WinCC制作完成，采用屏幕鼠标操纵的方式远程控制，各种监控界面可以实时切换。试车台电气控制系统结构如图2所示。
（二）试车台电气控制系统结构图
3.台架发动机电气控制系统
台架发动机电气系统由台架发动机控制电缆、控制柜、起动箱（继电器箱）、控制器、控制器通讯计算机、操纵台、各功能电源组成。
3.1方案设计
a） 根据各型号发动机电气系统原理图、改造技术要求和相关技术决定单设计台架发动机电气控制系统；
b） 采用上位机集中控制及监视发动机状态。起动箱和控制器的控制输入信号由PLC控制，27V指示报警信号进入PLC采集，上位机读取PLC内部地址即可完成对控制器状态的监视，同时进入过渡态系统实时记录及存储，为试验故障诊断提供有力依据；
c） 上位机软件通过组态软件WinCC（Windows Control Center）制作完成，除在主操纵台面上保留必要的按钮外，发动机功能性开关由上位机监控软件实现，便于不同型号发动机更换操纵界面；
d） 利用PLC内部地址可以变换定义的功能，控制系统具有多机种试车功能。同一个操纵台、PLC即可满足不同机种试车。
e） 操纵台采用平台样式，在操纵台上放置必要的按钮开关，如起动、停车、应急停车、灭火开关等，并在起动按钮上加装保护盖，以防误操作；
f） 台架发动机电气系统按照发动机控制器类型（模拟式电子调节器和数字式电子调节器）进行分类。分类管理便于不同型号发动机互不干扰，同类归纳能节省大量资金；为保证台架信号稳定可靠，满足调节器电气接口特性要求，台架发动机电缆通过控制柜一次转接至起动箱、调节器、操纵台面及数采系统，尽量减少电缆转接环节；
3.2方案优点
a） PLC与组态软件的应用可以便于发动机状态的监控及存储；
b） 电气控制系统具有多机种试车功能，具有灵活的更改性和安全性
c） 发动机信号经控制柜一次转接后进控制器，信号稳定；
d） 控制电缆及控制柜各型号独立，后期改造方便，不易出错且不影响其它型号试车；
e） 转换机种试车前，电气准备时间短，日常使用及维护方便；
f） 做新型号改台时停台时间短，不影响现有试验进度。
4.台架工艺设备电气控制系统
工艺设备电气控制系统主要完成各工艺设备系统的状态控制与调节。各PLC子站放置在设备附近，减少接线数量。电气间放置PLC主站控制液压加载、燃油加载、燃油供给、液压操纵系统、抽真空、氮氧气等；管道间子站控制空气起动系统；试车间子站控制交直流电加载系统。
4.1 交直流加载控制系统
发动机电加载试验是用模拟负载电阻代替飞机上的各种用电设备。通过发电机在各种负荷条件下（轻载、满载、过载），来考核发动机功率分出状态下，对发动机性能的影响。主要考核参数为系统电压和电流。电机加载控制系统根据试车大纲的要求对加载电流进行精确调节，同时实现调节的自动化。通过标准电压下电流的变化从而改变发动机分出功率大小。 以往的试车台电机加载系统采用继电器式控制方式，投入固定的电阻以调节电流值，调节过程完全靠手动实现，因试验中要同步计算电流大小，所以误操作的风险很大，同时加载时间控制不精确，并且监测参数通过模拟仪表显示，不能进入试车台数据记录系统，不具备回放查询功能。针对以上问题，设计开发了基于PLC及上位机技术的航空发动机电机加载试验监控系统，满足30KW～180KW自由调整加载。
系统硬件部分主要包括：PLC系统、航空接触器、电流电压采集模块、负载电阻箱、电机调节器、冷却系统、上位机等。取消传统模拟仪表，选择符合特种电流电压测量模块，冷却系统管路上各个温度、压力、流量采用传感器测量，输出4～20mA进入PLC采集。接触器和电机调节器接收到上位机发出的控制信号，执行相应的发电、停电、接触器吸合等指令。
4.2 液压加载系统
飞机附件液压泵加载系统主要考核参数为流量和压力。液压系统是以液压油为工作介质，由液压能源装置把驱动机构的机械能变换为液压动力，并通过油液和液压管路把液压动力输送到执行作动装置，再把液压动力变换为机械能，以达到作动负载的目的。液压泵加载控制系统主要通过调节流量大小变化从而调整发动机分出功率大小。液压加载控制系统可以实现按照试车大纲要求对液压泵流量进行精准调节，同时实现调节的自动化。
系统所用到的采集设备主要有压力、温度变送器、流量计、液位计等。执行机构主要包括管路上的电磁阀、比例阀等。执行机构接PLC发出的控制信号，使阀门按照发出指令的开度大小进行调整，并完成按照图谱自动加载。
4.3 升降平台、插拔销控制系统
升降平台用一台液压站，插拔销和推力校准用一台液压站，采用一套独立工作的S-200PLC控制两套液压站。在试车间固定平台安装操纵台，并具有电气间、是车间、操纵间三地控制功能。S-200PLC采用PROFIBUS-DP通讯方式与试车台PLC主站连接，利用数据交互技术，实现在操纵间计算机操纵屏上操纵平台设备。
4.5 空气起动系统
控制柜就近放置在起动调节阀附近，控制气动调节阀1个、转换电磁阀2个，蝶阀1个。与发动机气动状态构成连锁，空气压力随设定的气动参数自动PID调节，同时转换电磁阀与发动机空气起动机风门电磁阀连锁控制，自动控制起动时序的同时防止人为操纵失误。
4.6 测试地线的安装施工
测试专用地线室外接地点接地电阻小于1Ω。地线铺设均采用40×5紫铜条来执行，外表涂绝缘漆，并绝缘包装后安装。其室外接地点为唯一接地点。地线安装过程中每隔一米焊接线螺钉（M8），并在螺钉间隔用明显的字体喷涂“仪表接地”字样。
5.结论
该电气控制系统系统已经在多座发动机整机试车台中投入运行，大大提高了工作效率，节省了试车成本，降低了试车人员工作强度，提高了试验安全性。同时该系统为国内整机试车台首次引入工艺设备自动控制，并将试验数据融入试车台数据库管理。该系统的硬件构架，软件编程方法完全满足试验要求，在航空试车台及其他工业领域具有广泛的应用价值。
参考文献
[1] 陈矛. 某型发动机试车台的设计与研究[J]. 科学技术与工程. 2007（10）
[2] 吴炯. 某航空发动机试车台PLC起动控制设计与实现[J]. 工业控制计算机. 2012（25）
作者简介
李铁，1980.4，男，辽宁沈阳人，汉族，工程师，主要从事航空发动机试车台测控系统设计工作