本发明涉及航空发动机试车领域，特别地，涉及一种航空发动机粒子分离器流量控制的试车系统及控制方法。
背景技术：
：为了防止地面上的砂石随气流被发动机吸入，损坏压气机叶片或者其他机械部分，在发动机进口前增设粒子分离器，因此，发动机试车时需要对粒子分离器的流量进行控制，以检测粒子分离器的性能。现有技术中，参照图1，在航空试车台ips(粒子分离器)流量控制中，通常采用开环控制方式，wincc上位机1’或者触摸屏为人机界面，plc控制器2’为下位机，plc控制器2’控制着测试管道上调节阀3’的开度，进而控制流道流量。plc控制器2’经软起动器4’起动风机5’，风机5’起动后保持恒定的转速，带动叶片6’抽气，流量计7’为流量传感器，数据采集系统8’对流量进行测量、处理、显示及存储。现有的数据采集系统8’一般采用vb、c++等编程语言进行数据采集，现有的plc控制器2’接收人机界面输入的指令对调节阀3’进行开环控制，其缺乏闭环控制，且风机转速、流道本身存在不确定性，使得流量的控制精度和调节速度得不到保证，时常出现流量调节不及时导致气流憋压，最终导致沙尘分离效率计算不精确、piv(粒子成像测速)测量失真、试验结果可比性差及试验件被损害风险增加等问题。技术实现要素：本发明提供了一种航空发动机粒子分离器流量控制的试车系统及控制方法，以解决现有的航空发动机试车系统中流量调节不及时、流量的控制精度和调节速度得不到保证，导致的试验结果可比性差、试验件被损害风险大的技术问题。本发明采用的技术方案如下：根据本发明的一个方面，提供一种航空发动机粒子分离器流量控制的试车系统，包括试验流道，试验流道设有用于连接待测试验件的入口、用于排出测试气流的出口及用于带动试验流道内气流运动的风机，还包括用于采集试验流道对应的工作状态的数采系统、用于控制风机工作状态的控制系统，控制系统包括连接于风机控制端的变频器及与变频器相连的可编程控制器，可编程控制器与数采系统之间经配置有labview软件的labview上位机通信连接，用于对试验流道内的流量进行闭环控制。进一步地，数采系统包括设于试验流道中的文丘里管、用于静压检测的压力扫描阀、用于大气压力检测的压力计、用于大气温度检测的温度计，压力扫描阀、压力计、温度计均经采集端口连接至数据采集处理器，数据采集处理器用于对接收的采集数据经公式换算为标态流量。进一步地，labview上位机与数据采集处理器之间经tcp/ip协议通信连接，其中，数据采集处理器作为服务器，labview上位机作为客户机。进一步地，labview上位机与可编程控制器之间应用niopcserver和datasocket技术实现二者之间的实时通讯。进一步地，可编程控制器与变频器之间经profibus-dp总线通讯连接。进一步地，可编程控制器包括：用于供电的plc电源、用于进行pid闭环控制的处理器、数字量输入输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、用于与变频器通信连接的dp通讯模块、用于labview上位机通讯连接的以太网通讯模块。进一步地，变频器根据可编程控制器的指令调节风机的转速，实现流量精确控制。根据本发明的另一方面，还提供一种航空发动机粒子分离器流量控制的试车控制方法，应用上述的航空发动机粒子分离器流量控制的试车系统进行试车控制。进一步地，本发明控制方法包括：labview上位机用于设定目标流量并将其传给可编程控制器；可编程控制器接收经labview上位机读取来自数采系统的流量反馈数据；变频器接收可编程控制器中的pid闭环控制结果；变频器控制风机使得试验流道的流量快速稳定在给定流量。本发明具有以下有益效果：本发明航空发动机粒子分离器流量控制的试车系统及控制方法，改变了传统的通过试验流道中的调节阀开度进行流量调节的思路及数采系统与控制系统彼此长期处于独立，导致数据流阻塞，无法实现闭环的缺陷，通过经变频器调节风机的转速，实现经风机对试验流道的流量调节，且变频器连接可编程控制器，可编程控制器经labview上位机连接数采系统，从而实现了经可编程控制器接收数采系统采集的流量反馈数据，进而实现闭环控制，从而保证了航空发动机试车系统的流量控制精度与调节速率，实现了稳定快速控制。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是现有的航空试车台的结构示意图；图2是本发明优选实施例航空发动机粒子分离器流量控制的试车系统的结构示意图；图3是本发明优选实施例中labview上位机与数据采集处理器之间通讯的流程示意图；图4是本发明优选实施例中闭环控制的原理示意图。附图标记说明：1、试验流道；11、入口；12、出口；2、待测试验件；3、风机；31、叶片；4、数采系统；41、文丘里管；42、压力扫描阀；43、压力计；44、温度计；5、labview上位机；6、可编程控制器；7、变频器。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。本发明的优选实施例提供了一种航空发动机粒子分离器流量控制的试车系统，参照图2，本实施例试车系统包括试验流道1，试验流道1设有用于连接待测试验件2的入口11、用于排出测试气流的出口12及用于带动试验流道1内气流运动的风机3，还包括用于采集试验流道1对应的工作状态的数采系统4、用于控制风机3工作状态的控制系统，控制系统包括连接于风机3控制端的变频器7及与变频器7相连的可编程控制器6，可编程控制器6与数采系统4之间经配置有labview软件的labview上位机5通信连接，用于对试验流道1内的流量进行闭环控制。本实施例中，提供了一种基于labview与可编程控制器plc的ips流量控制系统，其改变了传统的通过试验流道中的调节阀开度进行流量调节的思路及数采系统与控制系统彼此长期处于独立，导致数据流阻塞，无法实现闭环的缺陷。通过经变频器调节风机的转速，实现经风机对试验流道的流量调节，且变频器连接可编程控制器，可编程控制器经labview上位机连接数采系统，从而实现了经可编程控制器接收数采系统采集的流量反馈数据，进而实现闭环控制，从而保证了航空发动机试车系统的流量控制精度与调节速率，实现了稳定快速控制。本实施例中，数采系统4包括设于试验流道1中的文丘里管41、用于静压检测的压力扫描阀42、用于大气压力检测的压力计43、用于大气温度检测的温度计44，压力扫描阀42、压力计43、温度计44均经采集端口连接至数据采集处理器，数据采集处理器用于对接收的采集数据经公式换算为标态流量。本实施例中，通过采用数采系统4对流量数据进行采集，避免了采集流量计电信号时，由于流量计本身易受电磁干扰，使反馈数据可能出现波动大甚至溢出，最终导致闭环控制不理想的缺陷，通过采集总温数据、总压数据、静压数据，并经公式换算，得到标态流量，使得采集的流量反馈数据可靠性高、精度高。本实施例中，labview上位机5起着获取反馈数据需进行数据传递和交换的作用，labview在数据动态交换中起着关键作用，既容易地实现了与数采系统的数据交换，又方便可靠快速的与下位机plc进行读写操作。同时labview还是一种测试、控制于一体的上位机软件(wincc只适合于监控)，使用图形化语言编写高效简洁的程序，对信号分析、数据处理和存储、数据库等都有很好的支持，尤其具有强大的通讯处理和数据处理能力。优选地，本实施例中，可编程控制器6选用西门子s7-300型plc，其采用模块化结构，具有可靠性高、抗干扰性能强、控制维护简单方便等优点。结合采labview和plc的优势，既可设计出友好的人机界面，也能发挥通讯和数据处理等优势，可实现数据稳定可靠、数据传输速度快、控制精度高、友好交互界面的自动控制系统。本实施例中，labview上位机5与数据采集处理器之间经tcp/ip协议通信连接，其中，数据采集处理器作为服务器，labview上位机5作为客户机。本实施例中，labview上位机5与可编程控制器6之间应用niopcserver和datasocket技术实现二者之间的实时通讯。可编程控制器6接收labview上位机5发送的流量反馈数据并参与pid运算，可编程控制器6与变频器7之间经profibus-dp总线通讯连接，其控制指令经profibus-dp总线技术传送给acs800变频器后自动调节风机3转速，风机3带动位于试验流道1内的叶片31转动，从而实现流量自动控制。本实施例中，可编程控制器6包括：用于供电的plc电源、用于进行pid闭环控制的处理器、数字量输入输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、用于与变频器7通信连接的dp通讯模块、用于labview上位机5通讯连接的以太网通讯模块。本实施例中，变频器7根据可编程控制器6的指令调节风机3的转速，实现流量精确控制。下面对本实施例试车系统中数采系统经labview上位机与可编程控制器(plc)6通信连接及plc经变频器进行闭环控制的具体过程进行描述：1、采集处理器与labview上位机之间的通讯采集处理器作为服务器，labview上位机为客户机，采用tcp/ip方式建立通讯连接。服务器运行后不断的侦听，当有客户机需要连接时建立连接，然后写操作；客户机运行后不断的与服务器进行试探连接，连接上服务器后进行读操作，通讯流程参照图3。优选地，二者在建立通讯时，除了指定ip地址外，还需指定通讯端口号，其范围为0～65535。客户机与服务器指定的端口号必须保持一致，才能进行有效通讯。2、labview上位机与plc之间的通讯2.1配置niopcsever首先在nationalinstruments中启动niopc服务器，选择通道channel1并配置devicedriver为siemenstcp/ipenthernet，网络适配器及writeoptimizations选择默认。然后定义设备名称device1，新建devicemodel并选择s7-300，deviceid填写plc的ip地址，devicetiming与autodemotion选择默认，devicecommunicationparameters选择默认端口号102，s7comm.parameters中s7-300linktype选择pc，cpusetting设置rack为0，slot为2。在device1中添加与plc连接的变量并定义变量名、变量地址、数据类型、访问类型及扫描速率，最后启动quickclient查看变量属性和通讯状态。2.2datasocket数据绑定在labview前面板中组态数值控件，双击控件进入程序框图，选择控件属性中的数据绑定，选中datasocket并设置变量访问类型，在浏览中点击dstp服务器，弹出url对话框并选择本地计算机的nationalinstrument.niopcsevers，在子目录channel1下的device1中选择opcsever中所建立的变量即可。3、plc与变频器之间的通讯控制将网络适配器rpba-01安装至变频器slot1插槽。在plc硬件配置中安装abb的gsd文件，添加abbdrivesrpba-01，插入ppotype4，设置站地址、波特率、operationmode等，并通过变频器面板对通讯协议、电机参数、外部起停控制、现场总线、信号控制源及极限值等参数进行设定。3.1ppo报文与虚拟地址设plc为主站，变频器为从站，采用ppo类型4，报文格式如表1所示。ppo类型4规定发送与接受数据大小各6个字，cw表示控制字，ref表示给定值，dw表示状态字，act表示实际值，pzd表示过程数据。固定区不可更改，自由区允许用户自定义参数，如电流、转矩、温度等。表1ppo报文格式在硬件组态中组态主站地址如3，从站地址如5，波特率为1.5mbps，ppo类型为ppo4，虚拟地址如表2所示：表2虚拟地址插槽dp...订货号/标识i地址q地址16axppotype4256...267256...267由ppo类型4可知，虚拟地址pqw256、pqw258分别为变频器的控制字cw和转速给定，piw256、piw258分别为变频器的状态字dw和实际转速，自由区pzd3...pzd6依次对应虚拟地址i(q)w260...i(q)w267。3.2dp通讯在主循环ob1中调用系统功能块sfc14、sfc15，并为其指定背景数据块db1。其中sfc14、sfc15中的laddr必须采用十六进制，w#16#100表示虚拟首地址piw256和pqw256。sfc14中的record表示读取从站的数据放到dbx12.0开始的12个字节里，sfc15中的record表示写入从站的数据放到dbx0.0开始的12个字节里，byte12表示与ppo4报文长度一致。3.3变频器起停控制转速保护变频器的起动、停止及复位的控制字分别为w#16#47f、w#16#477及w#16#47f，通过move指令传送给db1.dbw0。在变频器参数里设置风机额定转速，并在plc编程转速保护程序。3.4pid指令编程在中断组织块ob35中调用fb41功能块，并将db2作为fb41的背景数据块。fb41相当于一个子程序，运用它实现pid运算。本实施例较于现有的试车系统，将流量控制的思路从控制阀门开度改为控制风机转速来控制流量，且将流量计采集改为经总温总压公式换算的标态流量，提高了数据采集抗干扰性，且通过增加labview上位机来沟通plc与数采系统，使数据流的畅通在实现上更加方便可行，性能上更加快速可靠，且无论数采系统采用何种编程语言进行控制，plc采用什么型号，均可以经labview上位机快速建立通信连接。且本实施例试车系统取得了以下有益效果：(1)控制精度高、调节速度快；(2)数据传输速率快、稳定可靠；(3)抗干扰能力强。根据本发明的另一方面，还提供一种航空发动机粒子分离器流量控制的试车控制方法，应用上述实施例的航空发动机粒子分离器流量控制的试车系统进行试车控制。本实施例控制方法包括：labview上位机5用于设定目标流量并将它传给可编程控制器6；可编程控制器6接收经labview上位机5读取来自数采系统的流量反馈数据；变频器7接收可编程控制器6中的pid闭环控制结果；变频器7控制风机3使得试验流道的流量快速稳定在给定流量。参见图4，其中，sv为给定流量，pv为流量反馈，e为偏差，通过pid控制器可以实现经变频器对风机的闭环控制，从而实现试验流道的流量稳定。通过试车试验验证，本实施例试车系统及控制方法，实现了粒子分离器试车时的流量稳定快速控制，进而解决了试车台沙尘分离效率、piv测量失真等问题，且系统在整个控制过程中均无超调情况。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12