針對航空發動機刷式密封試驗器，基于西門子“PLC-WinCC”軟硬件平臺，設計了一套自動控制系統。該系統能夠實現試驗器空氣系統、液壓加載系統、滑油系統的手動和自動控制，自動控制方式能夠實現基于載荷譜的試驗流程自動化運行。另外，具有試驗參數超限報警、硬件故障報警、報警報表、試驗計時等功能。配合LabVIEW平臺的測試系統軟件，能夠實現試驗器的控制、測試數據記錄以及顯示等功能。目前，該試驗器已投入使用，運行穩定可靠。

　　關鍵詞：刷式密封試驗器;PLC;WinCC;自動控制

　　航空發動機刷式密封的耐久性試驗耗時長，且不需頻繁操作，常規的試驗器手動控制模式精度低，且很容易造成試驗人員過度疲勞，對試驗精確性和安全性造成影響。因此需要一種試驗器的自動控制系統，提高控制精度，減輕試驗人員的操作負擔。本文采用西門子“PLC-WinCC”軟硬件平臺，搭建了一套用于刷式密封試驗器的自動控制系統。主要包括PLC控制系統、WinCC人機交互系統二部分。

　　1PLC控制系統

　　PLC控制系統硬件采用S7-300PLC作為控制核心，軟件采用了結構化編程方法，設計了如表1所示的若干程序塊。表1中：“OB塊”為系統組織塊，“OB1主程序”負責調用各個功能塊實現相應的控制功能，“OB35PID模塊讀寫”負責與FM355閉環控制模塊進行信息交互，“OB32計時”負責系統所有的計時功能[1]。“FC功能塊”為PLC控制系統具備的各項功能。“FC標準功能模塊”是針對一些常用的功能，基于通用化思想設計的標準模塊，塊內所有變量都是局部變量，在使用時由調用它的功能塊通過變量接口為局部變量賦值[2]。“DB數據塊”存儲自動試驗載荷譜、各功能塊的背景數據、通過通訊得到的測試系統采集參數、PLC模擬量的參數限值等。“OB35PID模塊讀寫”通過FM355模塊，能夠實現試驗進氣壓力、試驗進氣溫度、前卸荷腔氣體壓力的閉環控制。“FC5自動試驗”為控制系統的核心功能，能夠實現基于載荷譜的自動試驗控制。“DB1自動試驗載荷譜”數塊能夠存儲10步載荷譜，循環次數不限。利用指針，將變量“當前步數”轉換為對應步載荷譜的地址偏移量，讀取變量并賦值給“當前主電機轉速”等變量，最后將“當前”變量賦值輸出給對應控制信號，完成自動控制。

　　2WinCC人機交互系統

　　基于WinCC平臺設計了刷式密封試驗器自動控制系統的人機交互系統，主要包括“試驗設置”、“自動試驗”、“空氣系統”、“液壓&滑油”、“報警顯示”、“報警報表”幾個部分。“試驗設置”頁面能夠將載荷譜存入PLC，設置載荷譜步數與循環次數等數據，與測試系統進行數據傳輸。“空氣系統”和“液壓&滑油”界面能夠圖形化顯示試驗器的結構、全部傳感器及其數據，實現試驗器的手動控制。“報警顯示”界面以指示燈的形式顯示系統所有的報警信號，“報警報表”界面以報表的形式記錄報警信號產生與消失的時間，并能夠將報表另存為報表文件。“自動試驗”界面如圖1所示。該界面內上方為自動試驗的各個操作按鈕。開始試驗前，確定載荷譜無誤后，點擊“初始化”按鈕對PLC進行初始化設置。然后點擊“試驗開始”按鈕開始自動試驗，此時“試驗運行”指示燈點亮為綠色，測試系統開始記錄試驗數據。載荷譜第一步設置為試驗器狀態的目標值，并顯示在“設定值”一欄中，“當前值”一欄則顯示試驗器當前各項參數值。試驗人員觀察對比“設定值”和“當前值”，當試驗器狀態達到載荷譜要求時，點擊“單步計時開始”按鈕，該按鈕點亮，同時激活當前步的計時。單步計時達到載荷譜當前步規定時間后，“單步計時開始”按鈕熄滅，該步試驗完成，下一步載荷譜自動設定為目標值，試驗器參數進入過渡態。如此循環重復，直至自動試驗載荷譜要求的試驗步數和循環次數全部完成。試驗過程中可點擊“試驗停車”按鈕停止自動試驗進程，此時測試系統數據記錄暫停，試驗器狀態仍然為載荷譜給定狀態，點擊“試驗開始”按鈕可以繼續。當載荷譜兩步之間過渡時間過長時，試驗人員可以切換為遠程手動操作模式加快試驗器的狀態過渡。首先根據需求進入“空氣系統”或“液壓&滑油”界面，點擊“試驗模式”中的“手動”按鈕，切換為手動模式，開始對試驗器的參數進行調整，同時測試系統的數據記錄暫停。調整完畢后，點擊“試驗模式”中的“自動”按鈕并返回“自動試驗”界面，試驗器將繼續按照載荷譜進行試驗，同時測試系統數據記錄繼續。當載荷譜運行完成后，“試驗運行”指示燈熄滅，“試驗完成”指示燈點亮為綠色，測試系統數據記錄停止，試驗器仍維持在最后一步的設定值。此時切換為手動模式，根據需求對試驗器進行停轉、停氣或降溫等操作，點擊“初始化”按鈕將PLC內自動試驗各相關量進行初始化操作。此時，自動試驗全部完成。

　　3結論

　　本文針對刷式密封試驗器，設計了一套自動控制系統，能夠實現試驗器的手動控制和基于載荷譜的自動試驗控制。該系統工作穩定，自動化程度高，易于維護和后期功能擴展。對類似試驗器控制系統的設計工作有一定參考和借鑒價值。

　　參考文獻：

　　[1]廖常初.S7-300/400PLC應用技術[M].機械工業出版社，2005.

　　[2]張春.西門子STEP7編程語言與使用技巧[M].機械工業出版社，2009.

　　[3]鞏文東.一類新型配料機電氣自動控制系統設計[J].內燃機與配件，2019(20)：208-209.

　　作者：王鐵軍 周易 高楊 單位：中國航發沈陽發動機研究所