• Наукоград

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СТЕНДА КОНТРОЛЬНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ИСПЫТАНИЙ ТУ


Рубрика Научные исследования и технологии

УДК 658.51(043)

THE SYSTEM SOFTWARE AUTOMATED FACILITY CONTROL AND RESEARCH TESTING OF TURBOCHARGERS

И. В. Ковальцов, инженер

С. А. Корнеев, инженер АО «НПО «Турботехника»

Целью данной работы являлось создание пакета программ, позволяющего произвести автоматизированный сбор данных, характеризующих процесс работы турбокомпрессоров, необходимых для оценки их эксплуатационных характеристик.

Ключевые слова: автоматизация, стенд контрольно-исследовательских испытаний, B&R, automation studio, турбокомпрессор, Турботехника, осевые турбины, радиальные турбины, ОВЕН.

I. V. Kovaltsov, Engineer

S. A. Korneev, Engineer

JSC Scientific-Production Association «Turbotekhnika»

The aim of this work was to create a software package that allows to make the automated collection of data characterizing the process of turbocharging required to evaluate their performance. Keywords: аutomation, control stand-research trials, B & R, automation studio, turbocharger, Turbotehnika, axial turbine, radial turbine, OWEN.

АО НПО «Турботехника» занимается производством, разработкой и проектированием турбокомпрессоров. Предприятию необходимо подтверждать свою продукцию испытаниями, для этого были созданы безмоторные контрольно-исследовательские стенды. Одним из основных аспектов этой работы была разработка программы контроллера, управляющего стендом испытаний. Для решения этой задачи необходимо было создать пакет программ, позволяющий произвести автоматизированный сбор данных, характеризующих процесс работы турбокомпрессоров, необходимых для оценки их эксплуатационных характеристик. Целью всей работы было создание инструмента, способного при минимальном участии человека проводить как контрольные, так и исследовательские испытания агрегатов наддува двигателей.

Для обеспечения работы создаваемых в НПО «Турботехника» стендов контрольно-исследовательских испытаний систем наддува разработан пакета программ, позволяющий производить автоматизированный сбор данных, характеризующих процесс работы турбокомпрессоров [2]. В этот пакет входят алгоритмы работы контроллера и интерфейс сенсорной панели. Создание данного программного продукта можно условно разделить на 3 этапа.

Этап 1. Первые шаги в Automation studio Установка и настройка среды Automation studio для работы с панелью-контроллером B&R 5PP520 (рис. 1); создание тривиальных программ путем использования эмуляции контроллера, изучение основных возможностей среды разработки.

При изучении Automation studio одним из ключевых моментов являлась правильная настройка и использование ARSim, позволяющие изучить все возможности Automation studio, не имея реального оборудования. Все основные возможности прекрасно описаны в help’е на английском языке.

Этап 2. Работа с реальным оборудованием Установка соединения с контроллером, загрузка тривиальной программы, работа с внешними устройствами по шине X2X, создание упрощенного алгоритма работы стенда. Контроллер соединяется с персональным компьютером по линии Ethernet, при первом запуске проекта на флэш-память контроллера необходимо установить операционную систему реального времени Automation Runtime. Соединение с модулями цифрового и аналогового ввода-вывода происходит по шине X2X. Настройка конфигурации под конкретные цифровые устройства: для того чтобы контроллер мог получать данные от различных измерительных и управляющих приборов по сети X2X необходимо сконфигурировать все приборы в установленном порядке.

Этап 3. Доработка проекта

Доработка проекта до необходимого уровня автоматизации, организация передачи данных на сервер, оптимизация процесса, разработка документации. Выполнение всех необходимых требований автоматизации:

• принудительная остановка испытаний при выходе за пределы допустимых значений;

• цветовая индикация при выходе в допустимые пределы;

• всплывающие сообщения, сигнализирующие о пресечении установленного лимита;

• алгоритм автоматического запуска испытания;

• алгоритмы ПИД-регулирования и двухпозиционного регулирования;

• плавное автоматическое регулирование заслонок в зависимости от выбранного режима;

• лог всех информационных и аварийных сообщений;

• калибровка входящих параметров.

Программирование панели-контроллера B&R 5PP520; пишется алгоритм работы контроллера, создаются экраны панели, настраивается управление через сенсорный экран. (Кнопка включения испытаний, экран ошибок, показания датчиков, таймер испытания, калибровка датчиков и т. д.) [3]. Обмен данными с сервером. Необходимые данные отправляются по Ethernet на сервер для дальнейшего отображения на компьютере испытателя. Стенд контрольно-исследовательских испытаний турбокомпрессоров (СКИИТ) (рис. 4), предназначенный для комплексной проверки качества изготовления и сборки турбокомпрессора, состоит из следующих основных систем и агрегатов:

• камера сгорания обеспечивает образование газов необходимой температуры с целью имитации работы ТКР совместно с двигателем внутреннего сгорания, обеспечивает необходимые параметры газа на входе турбины ТКР;

• топливная система состоит из топливного бака, топливного насоса с приводом, топливных клапанов и системы топливных проводов высокого и низкого давления, рабочей форсунки, служит для подачи топлива в камеру сгорания, а также на пусковую форсунку для обеспечения запуска;

• пусковая система состоит из пусковой форсунки с управляющим клапаном и свечой зажигания, служит для обеспечения запуска камеры сгорания;

• масляная станция обеспечивает циркуляцию масла под давлением через подшипниковый узел ТКР с целью его смазки и охлаждения, состоит из масляного насоса, привода масляного насоса, системы клапанов, масляного фильтра, теплообменника, масляных магистралей;

• система фиксации обеспечивает крепление ТКР на технологическом столе на время испытания и состоит из 3 исполнительных пневмоцилиндров и механических устройств.

Для управления процессом испытания используется панель-контроллер B&R 5PP520 (рис. 1). Она обладает следующими характеристиками:

• Цветной 15 дюймовый дисплей, 16 миллионов цветов, разрешение 1024 на 768; • Аналоговый сенсорный экран; • Процессор Intel® Graphics Media Accelerator 500 с частотой 1100МГц; • Разъем для флеш-карты; • Операционная система реального времени; • Оперативная память 512 Мб; • Плата X2X для обмена данными с цифровыми и аналоговыми устройствами.

Рис. 1. Панель-контроллер

Панель-контроллер представляет собой программируемый логический контроллер, объединенный с сенсорной панелью. Нет необходимости передавать данные с контроллера на панель: это уже реализовано в среде разработки. Для удобства программиста визуальная часть полностью интегрирована с программной, вследствие чего упрощается процесс визуализации.

Панель-контроллер связана с сервером по Ethernet, сервер обрабатывает всю полученную информацию и отправляет ее на АРМ оператора. Панель-контроллер связана с вторичными измерительными устройствами по шине X2X. К ним уже напрямую подключены первичные измерительные устройства (рис. 2). Оператор может следить за процессом испытания как с компьютера, так и с панели управления. Сохранять результаты испытаний возможно только на АРМе.

Рис. 2. Панель-контроллер

Возможны два способа управления ходом испытания: сенсорная панель (рис. 3) и пульт оператора (рис. 4). Они управляют одними и теми же процессами. С помощью пульта оператора можно управлять восемью клапанами, запускать или останавливать маслостанцию и испытания. С помощью сенсорной панели оператор может проводить настройку стенда, включать различные агрегаты, калибровать датчики.

Рис. 3. Экран панели

На пульт управления выведены все органы управления, необходимые для проведения испытания. Оператор сенсорной панели предпочитает пульт управления, так как с помощью энкодера легче подобрать необходимое положение клапана. В мире управление подобными испытаниями осуществляется только с помощью сенсорных панелей, к чему в дальнейших работах будем стремиться и мы.

Рис. 4. Стенд испытаний СКИИТ № 5

Для программирования контроллера используется среда разработки Automation studio 3.0.90, основной язык программирования - язык C. Программирование контроллера, в первую очередь, отличается от стандартного программирования тем,что написанный код будет выполняться в бесконечном цикле.

При создании экранов использовались специализированные программы для создания схем. С помощью Automation studio картинки оцифровывались и настраивались на визуальную передачу информации. При создании кнопок с шаблона экрана вырезалась кнопка и прикреплялась к объекту button. По шине X2X дискретные и аналоговые устройства подключены к контроллеру. С помощью них осуществляется все управление техническим процессом. Сенсорная панель визуализирует текущее состояние контроллера, предоставляя управление. Компьютер по Ethernet подключен к серверу,сервер подключен к АРМу (Автоматизированное рабочее место). АРМ визуализирует процесс испытания, позволяет сохранять результаты, рисовать графики испытаний.

На стенде возможно испытание как осевых, так и радиальных турбин [1]. Это достигается за счет конструкции примыкающих узлов и адаптеров, их размеров. Согласование входов-выходов турбокомпрессора с частями стенда происходит с помощью специальных адаптеров со сменой положения в пространстве подающих и отводящих трубопроводов. В результате проделанной работы стенд контрольно-исследовательских испытаний турбокомпрессоров СКИИТ № 5 был запущен в эксплуатацию.

Литература

1. Каминский В. Н., Каминский Р. В., Сибиряков С. В., Лазарев А. В. и др. Использование информационных технологий при контрольно-исследовательских испытаниях турбокомпрессора на безмоторном стенде // Сборник трудов VI международной науч-но-практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве». Протвино, 2012. С. 467.

2. Каминский В. Н., Каминский Р. В. и др. Разработка программного комплекса для решения технологических задач АО «НПО «Турботехника» // Сборник трудов VI Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве». Протвино, 2012.С. 467.

3. Каминский В. Н., Каминский Р. В., Корнеев С. А., Ковальцов И. В. Решение задач управления процессом формирования потока горячего газа на стенде испытаний турбокомпрессоров средствами автоматизации // VII международная научно-практическая конференция «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве» (24–28 июня 2013 г.).

4. Каминский В. Н., Каминский Р. В., Ковальцов И. В., Корнеев С. А., Сергеев А. С. Программное обеспечение системы автоматизированного контроля параметров турбокомпрессоров для дизельных двигателей мощностью до 300 л. с. // VII международная научно-практическая конференция «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве» (24–28 июня 2013 г.).

#автоматизация #стендконтрольноисследовательскихиспытаний #BR #AutomationStudio #турбокомпрессор #Турботехника #осевыетурбины #радиальныетурбины #ОВЕН #СКИИТ

© 2015-2019  Научно-публицистический журнал. ISSN 2313-7533

Использование материалов, опубликованных в журнале «Наукоград Наука Производство Общество», допускается только с письменного разрешения редакции.