浅析公司航空发动机试车台测控系统的发展

高媛媛，王超宇

（中国航发南方工业有限公司，湖南 株洲412002）

1 概述

目前公司航空发动机试车台试车台已经具备全自动实时数据采集、监控、记录、人机交互等功能，所使用的是以工控机为控制与处理核心的辅助试车系统，应用了工业控制系统的现场总线技术，确保了数据的实时精确性，提高了工作效率。

但车台的测控系统融信息管理、数据采集、监督控制等功能与一体，测控系统软硬件的复杂程度越来越高，可靠性的问题也越来越突出。车台测控系统这种过于集成的结构降低了系统整体可靠性。同时，因为结构越来越复杂，没有充分考虑模块化设计，对系统结构的改进实现难度很大，在目前的软硬件结构基础上难以实现自动化试车及试车数据共享。

本文分析了公司当前航空试车台测控系统存在的问题，并针对这些问题给出今后的航机试车台测控系统的硬件发展方向，自动化试车软件的可行的设计实施方案，以及适应信息化办公实现数据共享的数据结构，研究结果可以用于现有试车台测控系统的改进和新建试车台的测控系统的设计制造，以期提高测控系统可靠性，减少人工成本，实现多平台数据共享，提高数据利用率。

2 现状分析

当前车台测控系统硬件，使用的是基于VXI总线采集设备的结构模式。主要结构形式如图1所示。采集控制功能集中在单台VXI设备上，功能集中、风险集中且相互影响，图中PC3与VXI总线设备都是功能集中的关键设备，且PLC与工控机之间属于串联从属地位，没办法做到可靠性高的并行独立控制。功能集成导致系统兼容性差，对系统的升级维护和功能维护也很复杂，这种结构模式很难做到不断改进以适应多型号通用试车台的发展。

其次，发动机试车过程中，测控软件关于试车步骤的流程安排仍需要人工干预，操作程序复杂且容易出现人为错误。为降低工作强度、提高工作效率、改变工作模式，迫切需要对测控软件进行改造升级，实现自动化试车。如何实现自动化试车的软件设计是试车测控软件面临的主要问题。

再次，车台的测控试车软件与信息化办公系统之间不能实现车台数据的共享。随信息化技术在试车台的不断发展，网络化的工作方式对车台数据的访问需求不断增加，需要试车数据对外开放实现数据共享。测控系统数据结构如何设计，才能让试车测控软件与各种信息化办公软件各司其职，保持功能相对独立，又充分考虑到彼此之间的交集即数据共享部分如何处理，不能影响彼此的继续完善，给对方预留足够的上升空间，也要保证自身后续发展及升级维护易于实现。

3 测控系统的今后发展

3.1 硬件使用集散控制系统（DCS）结构

（Dstributed Control System，简称 DCS）又称分布式控制系统。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“危险分散”，从而使整个系统的可靠性大大提高[1]。

集散系统本质上是一种基于计算机网络的分层的计算机监控系统，它的体系结构特点是层次化，把不同层次的多种监测控制和计划管理功能有机地、层次分明地组织起来，使系统的性能大为提高[1]。

分布式的数据采集与控制输出，在现场层级继续分散风险，可明显提高测控系统的可靠性。且就数据采集而言，分布式的结构，采集卡可以尽量靠近传感器端，不受通信距离的约束，且信号转换为数字信号后，不受线路干扰；数据采集可以安排在局域网内的任何一台或几台PC上；由于采集系统导线距离短，传输距离长，信号不易受干扰，容易查找故障，便于维护。实现现场级分布式控制，硬件结构要从图1转变为图2。

图2 基于网络的分布式测控硬件系统

3.2 自动化试车软件的设计实施方案

3.2.1 完成工艺资料的标准化数字化处理

对于试车工艺资料而言，需要将慢车、额定、起飞等试车步骤数字化，转换为让计算机可以控制处理量化步骤。工艺规程中类似于“稳定三分钟”“待状态稳定后”等等描述，需要进一步细化，解释稳定状态需要量化到数据要求，这是进行自动化过程设计的基础。

3.2.2 工艺过程的结构化处理

完成工艺资料数字化处理之后，需要分解试车过程，进行模块化处理，将每一个试车步骤分解为多个无需人工干预的最小功能模块单元，试车过程的每个步骤都可以由模块化单元组合而成，进而组态整个试车实验过程。

3.2.3 电气系统程序的模块化处理

针对每个单元模块的输入输出，电气系统需要作出相应的PLC程序模块，保证进入试车步骤相关的电气设备状态受控。

3.2.4 测控系统软件的模块化处理

数据采集记录、参数的判断、公式的计算等进行模块化处理，最小步骤单元模块内部包含至少一个功能模块。

实时功能是所有试车过程的基础，包括时间功能、模拟量采集功能、模拟量输出功能、数字量采集功能、数字量输出功能、频率量采集功能、数据计算功能、数据关系运算功能（包含报警、防错处理等）、数据实时存储功能、实时显示功能等，任何试车类型和试车步骤都必须全程执行。

数据库相关操作与进入状态的时间有关，录取数据入库的操作可以划分为带有时间参数的模块单元。

与通信有关的可以按照使用的通信协议进行初步划分，再按照协议的内容（参数类别、试车指令等）详细划分；也可以按照通信设备类别进行初步划分，再按照协议内容（参数类别、试车指令等）详细划分，模块单元与按照协议划分类似。

每个试车步骤划分最小模块以不需要人工干预为最终目标，若量化后的最小模块仍然存在需要人工干预的过程，需要进一步对模块进行数字化分割操作，直到把需要人工干预的条件量化并把过程分解为多个子过程，得到每个步骤的最小模块单元。完成所有步骤的数字化模块化操作之后，需要对类似的单元模块进行合并同类项操作，最后得到每个试车过程的最小单元模块集合。

完成上述结构化处理之后，试车过程就可以将最小单元模块，类似电子元器件串并联交替组成电路的方式。

3.3 适应信息化的车台测控系统数据结构设计

试车台所使用的测控系统仅仅针对发动机试车数据进行数据采集，而完成信息化除发动机数据外还要求对生产信息、试车台及设备信息、发动机附件信息、人员信息、技术资料、质量信息、设备保障等进行数据采集，车台数据采集的概念要扩大化。车台测控系统的发动机数据采集包含稳态数据采集与动态数据采集，其他各类数据数据采集是信息化办公系统在试车台的部署。车台测控系统与信息化系统数据采集功能相对独立，前者面向试车过程进行设计，后者面向办公流程，两者协同工作的基础是彼此数据共享。

各类数据采集都是信息化系统的数据源，采集到的各类数据需要上传提交给实验数据管理系统（TDM）、现场管控办公系统等集中处理，进行数据的优化组合、共享关联、提供分析工具进行数据挖掘、提供对外数据接口等，将数据提供给各相关单位。获取数据的各相关单位可以在获取数据的基础上根据各自的需求进行数据显示。

4 结论

试车台测控系统的今后发展，稳定可高的硬件结构模式是基础，实现自动化试车、与信息化办公协同工作是基本任务。本文对试车台测控系统的今后发展进行初步分析，探索如何实现自动化、适应信息化且稳定可靠的试车台测控系统。