TPS专用控制系统调试总结报告

哈尔滨工程大学科技园发展有限公司

引言

在喷气发动机的动力模拟风洞实验中，发动机动力模拟器是一个重要的实验设备，国外目前大多数使用涡轮动力模拟器（Turbine powered simulator简称TPS）进行飞机模型的带动力实验。进行1079A型TPS是用压缩空气驱动两级涡轮带动同轴的两极风扇，压缩空气和风扇由自由流吸进的空气分别流过TPS的内、外涵道，在由尾喷管排出。1079A型TPS全部采用防腐材料，并配有轴承热点偶和磁性速度传感器。1079A型TPS典型的工作点是外涵出口落压比为1.65，转速为70500r/min，外涵气流流量为0.92kg/s，对应的涡轮驱动空气要求是：入口压力为2.3Mpa，在60(15C)时流量为0.54kg/s。在TPS专用测控系统完成之后，进行了调试。本报告对该系统在TPS实验中的调试作具体的分析总结。

1   TPS供气系统

由于TPS的高速旋转需要以高压气体作为动力，因此在进行测控系统调试之前，有必要介绍FL-8风洞的高压供气系统。

TPS供气系统主要由以下几部分组成：

a. 压缩空气：TPS的压缩空气气源由FL-8风洞的11个气瓶提供，供气压力可以达到6.4Mpa。

  b. 稳压罐阀门和闸阀：都是管路上的截止阀，在实验时可以根据所需流量的大小对阀门作适当的开关调整。

c. 电动调压阀：可以自动调节TPS压缩空气压力的大小，使压力符合实验的要求。

d.  过滤器：TPS涡轮工作转速很高，一般可以达到40000~50000转/分，因此要求驱动气体一定要干净，限定最大颗粒尺寸，以免损坏涡轮，因此必须有专用过滤器。

e.  加热器：在TPS实验中，都采用冷的压缩空气源作为驱动压力，当高压空气在TPS涡轮处膨胀时，温度降低，可能在短舱部分和涡轮叶片处形成结冰，改变TPS构件的几何尺寸和形状，给出不正确的实验结果，也可能阻塞测压孔通路。为避免上述现象的发生，除对压缩空气的含水量进行控制外，还应对冷的压缩空气进行加热。

f.  数字调压阀：精确调节TPS进气流量，提供稳定的工作压力。

下图是TPS供气系统的流程图：（箭头所指为气体流动方向）

 

2   TPS实验时整个测控系统的组成情况

TPS实验时测控系统由三部分组成：

a.  压力控制节点；

b.  加热器温度控制节点；

c.  TPS专用控制系统（哈尔滨工程大学科技园制作）。

TPS专用测控系统在完成后可以同FL-8号风洞的压力控制、加热器控制协调一致共同完成TPS实验任务，实验时以上三个部分并行工作，相互之间可以通过网络进行通信。

下面是在做TPS实验时系统的各个组成部分及框图：

该系统以高速实时局域网作为中枢，由计算机、单片机组成分布式计算机控制系统，具有模块化、开放式的结构。从上面的系统结构图中可以了解到整个控制系统的各个组成部分。

(1)  压力控制节点：压力控制节点是TPS实验系统中比较重要的一个节点，是保证TPS正常运转的前提条件。该节点采用工控机作为主控机，通过NI公司的6024E数据采集板对温度、压力、位移等信号进行采集。该板卡同时具有数字量输入输出功能，可以控制闸阀等一些截止阀。对调压阀的控制采用的是凌华PCI-8164四轴电机驱动卡，采用位控的方式对松下伺服电机进行控制。该节点在实时调节压力的同时，将温度、压力、位移等参数通过高速局域网传送到主控机，同时接受主控机发送的命令。

(2) 加热器控制节点：采用以89C2051单片机，该单片机具有2K字节的闪存和128个字节的数据存储器，8个I/O口和一个全双工串口。对温度的采集采用ADC0832芯片，该芯片是双通道8位串行A/D,可以对加热器入口温度和出口温度进行采集并实时显示出来，采集到的温度通过串口送到主控机。加热器控制柜的控制主要是强电的控制，利用89C2051的I/O端口，采用继电器进行隔离，驱动接触器对加热器进行控制。

(3) TPS专用测控系统：TPS专用测控系统是TPS自动控制系统的中枢，在进行转速控制前向各个节点发送命令，各节点工作状态稳定后再进行转速的控制。它包括以下几部分：

a. 数字阀控制、润滑控制、外部急停、油泵：采用NI公司PCI-6503数字量I/O板进行控制。数字调压阀由12个气电式阀门组成。其中前8个气电阀各为独立的一组，9、10为一组，9、10、11、12为一组，每一个阀门对应PCI-6503的一路I/O控制。

b．温度控制和采集：TPS温度采集采用的是NI公司的PCI-4351采集板，该采集板具体指标如下：16通道差分输入，24位分辨率，15V输入范围，对热电偶温度采集精度为0.42，对热敏电阻温度采集精度是0.03。 当TPS转速较高时，需要监视两个轴承的前后温度，当温度超出设定的范围后，需要立刻停车。

c．转速控制和采集：TPS转速控制和采集采用的是NI公司的PCI-6602计数器/定时器卡，该卡具有8个32位定时器/计数器，最大计数频率为80MHz。转速控制有自动和手动加自动两种方式。TPS在其余节点状态稳定后，首先开启润滑系统、设定转速，转速的设定有两种方法：一种是自动，一种是手动加自动，设定转速后TPS开始运行，运行过程中可以实时改变需要稳定的转速。

3  典型的控制方案

3.1 稳定压力的控制方案

在压力稳定节点中，由计算机、采集板、压力传感器、电机驱动卡构成了典型的闭环控制系统。在实验时首先根据高压气瓶的压力、需要稳定的压力值查表计算调压阀阀门的开度，这样一般与所需要稳定的压力误差在0.1Mpa左右，然后调压阀在这一位置上可以进行细调，直到压力满足要求。这种方法的优点是调节时间较短，精度上也能满足要求。

3.2 TPS专用测控系统中稳定转速的控制方案

稳定转速工程大学科技园采用的是典型的PID控制方案。具体控制参数由该公司通过仿真得到，在调试中进行实际的修改。

4  TPS测控系统的软件

   上面介绍了TPS测控系统中的各组成部分，软件由于各个部分都不相同，限于篇幅本报告主要介绍TPS专用测控系统的软件情况。

4.1 软件平台

TPS主控软件采用的NI公司的LABVIEW5.0编制的，因此使用该公司的软件能够与硬件做到完美结合，从兼容性来说可以做到最好。另外，LABVIEW有以下功能：

    a. VI的交互式用户接口因为与真实物理仪器面板相似，前面板可以包含旋钮、刻度盘、开关、图表和其它界面工具，允许用户通过键盘或鼠标获取数据并显示结果。

    b. VI从数据流框图接受指令。

c. VI模块化特性。G语言最佳的实现了模块化编程思想。

4.2  TPS主控软件介绍

a.  TPS具有两个速度传感器A、B，程序运行后，选择其中一个，下面的是速度设定栏，可以选择手动设定或者键盘设定。中间的大表盘显示的是反馈回来TPS转速。

 b.  当上述参数设定完成后，按下START RUN按钮，数字阀电源灯亮，TPS润滑系统开始工作，转速开始逐渐加大，直到达到设定值。

c.  温度系统在转速逐渐增大后，温度逐渐升高，但始终在温度限制范围内。

    d.  TPS运行过程中，可以选择查看速度曲线或温度曲线。界面如下：

e. 下图是TPS系统参数的设定图示：

上述的参数一般时候不需要改动。最下面的是10位数字阀的开关显示。当实验结束后，可以打印报表数据。

5  调试结论：

① 调试内容：

② 发现问题：

1）. 试车过程中发现TPS转速较低时，转速波动很大，这主要与TPS控制参数有关，通过以后的实验可以逐渐摸索出这些控制参数，从而提高转速的控制精度。

2）. 试车过程中，发现TPS速度传感器在TPS零转速时有输出，说明转速测量通道有干扰，需要采取一些抗干扰措施，比如：屏蔽技术、接地等。

3）．试车过程中，发现温度传感器有一路没有输出。通过检查发现可能是TPS内部线路断路引起。

4）. 试车过程中，发现数字调节阀工作状态不稳，原因是入口的压力不稳，导致数字调节阀状态发生跳变。数字调节阀的状态是否稳定直接影响TPS的转速。因此可以在数字阀入口处安装一个调压装置，保持入口压力的稳定。

③．结论：

该TPS测控系统在整个实验过程中安全可靠，可以满足实验要求。

 

第二篇：公司调试学习总结

学习总结

从4月28下午领取调试笔记本至今已有一月有余，在这一个多月的时间里，我主要完成了以下几个学习任务：

首先，完成了SIMOTION SCOUT、SIMATIC WinCC 、AutoCAD Electrical 2012、STEP7等PLC调试和绘图软件。这些软件的安装过程并不是一帆风顺的，第一次安装SIMOTION SCOUT出现了许多错误，软件无法正常打开。AutoCAD Electrical 2012安装完成后，软件不能激活。最终通过对计算机进行系统恢复，才顺利完成了这些软件的安装。由于这些软件安装需要的时间比较长，所以在所有软件安装完成之后，我对计算机进行了系统备份。

软件安装完成之后，通过学习李总的调试过程，我学会了在SIMOTION SCOUT中创建一个新项目，插入一个新设备（D435）并且设置网络接口，打开 NetPro 画面，在右侧的Stations中插入PG/PC并配置 PG/PC 的 IP 地址并分配通讯节点。PG/PC 与网络的连线变成黄色时为激活状态。这样就可以进行编译，连接设备进行上传组态。

在学习SIMOTION SCOUT的过程中，我发现自己的PLC基础太薄弱，于是搜集了一些S7-200的资料和编程、仿真软件。从最基本的开始学习。通过对S7-200的通讯和网络的学习，了解了MPI、Profibus、以太网、PPI和自由通讯口各自的特点。还学习了梯形图和S7-200的一些编程指令，通过在仿真软件上模拟，对这些指令有了更清晰的认识。

由于现在公司主要是用SIMOTION SCOUT进行调试，我感觉需要学习的东西非常多。首先要了解设备各部件的名称，并熟悉设备的工作过程，其次，由于SIMOTION SCOUT主要是英文版本，所以要学习专业英语，最重要的就是要学习编程语言。

希望通过学习，能够尽快跟上设备调试的节奏，为公司尽一份力。