某型發動機葉片內腔流量檢測裝置的設計

袁紅會，姜 雷，姚曉穎

（中航工業沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司，沈陽 110043）

0 引言

發動機葉片的性能是航空發動機質量要素之一。為了適應發動機高溫、高壓、高轉速的工作環境，大部分發動機葉片采用空心結構設計?？招慕Y構設計的葉片需對內腔進行流量檢測，通過檢測來確定葉片是否符合設計要求。發動機葉片水流量試驗器是為某型號航空發動機葉片檢測而設計開發的裝置，通過測量單位時間通過葉片內腔水流流量的大小而實現對發動機葉片內腔的檢測。

為了滿足現場需求，系統采用儀表和觸摸屏分別對檢測數據進行顯示，采用可編程序控制器PLC進行控制，并通過PLC與AD數據采集模塊配合使用，保證了檢測數據精確性，以及儀表和觸摸屏數據顯示的一致性。在編制PLC程序時，特別注意了AD采集模塊中模擬信號參數標定公式，對采集的流量信號進行精確計算整定，并在觸摸屏中顯示檢測數據。本文將著重論述該型號葉片流量檢測裝置的工藝要求、系統結構、信號采集、程序設計等。

1 設備工藝要求

水流量試驗器主要基于液壓控制技術，檢測范圍0.21m3/h～5.60m3/h。相關工作人員可以根據測量結果直接進行發動機裝配的串臺與配臺。該檢測裝置的設計成功縮短了生產現場的生產周期，節省了人力，減輕了工人的勞動強度，提高了勞動生產率，是一種可以使用戶獲得良好經濟效益的產品。該裝置可以測量某型機高低導及高渦等三種類型的葉片。

水流量試驗器總體技術參數的確定需要滿足某型發動機葉片的工藝要求，如表1所示。

表1 參數表

表格1內的參數是工藝人員經過反復試驗確定的，某型發動機葉片必須滿足表內參數要求才能夠達到葉片的額定使用壽命，該參數作為重要的試驗數據是檢驗葉片是否合格的關鍵標準。

2 控制系統結構

根據所檢測葉片的工藝要求及性能參數等指標，該流量試驗器控制系統是以PLC為核心控制器，以觸摸屏為操作單元的電氣控制系統，其控制系統組成如圖1所示。

圖1 控制系統示意圖

PLC：PLC型號為三菱公司的FX2n-16MR，控制器輸出類型為繼電器型輸出，該控制器為8點開關量輸入、8點開關量輸出控制器。

AD模塊：型號為FX2nc-4AD，是四路模擬量信號采集卡，可采集不同類型的電壓、電流信號。流量信號由現場一次傳感器采集并轉換為4mA～20mA標準信號發送給PLC模擬量采集卡FX2cn-4AD，由采集卡進行AD轉換，通過信號修正和處理，最后在觸摸屏上進行流量顯示。其電流輸入范圍DC4mA～20mA（輸入電阻250Ω），分辨率20μ A。

觸摸屏：觸摸屏作為顯示單元，可直觀顯示葉片測試過程中的瞬時流量和累計流量。觸摸屏型號為A950GOT，其為6英寸人機界面，標配豐富接口、以太網、RS-422/485和RS-232一應俱全。

電磁流量測量系統：該葉片水流量測量選用E+H公司生產的Promag53型電磁流量測量裝置，該裝置具有信號采集后就地儀表顯示及遠程傳輸等功能?？稍O置遠程輸出標準信號的類型及量程，輸出4mA～20mA標準信號。在romag53快速設置菜單下，可對流量計輸出信號量程、顯示單位等參數進行設置。在設置4mA～20mA標準信號量程時，根據水流量試驗器管路設計參數等情況，4mA對應流量值0，20mA對應流量值3750，流量單位為升/秒。

3 流量信號采集

FX2nc-4AD模擬量采集模塊為四路模擬量信號采集卡，可采集不同類型的電壓、電流信號，在程序中需對四路采集通道依據采集的信號類型進行定義，通道的定義依據如圖2所示。

圖2 FX2nc-4AD模擬量通道定義

在控制系統程序設計過程中，仍需對對應通道進行相關設置，否則數據將無法被正確采集。該本控制系統中，流量信號由CH1通道輸入，為4mA～20mA標準信號電流，根據模塊功能，其接線如圖3所示，其程序通道定義為H3331。

圖3 CH1通道流量信號接線圖

4 系統程序設計

PLC的程序是基于三菱公司提供的GX-Developer設計工具而完成的，該程序為梯形圖結構語句。本試驗器控制系統程序由模擬量采集處理及操作單元順序控制兩部分程序構成，其中的核心為模擬量信號處理程序，其中包括模擬量信號增溢設置、模擬量信號偏移設置、信號計算參數設置等幾部分。

負責就地儀表顯示數據的電磁流量計輸出的是4mA～20mA電流信號，其對應量程設定為0～3750mL/s。本系統PLC程序中模擬量增溢的設置為：4mA對應數值0，20mA對應數值為1000。電磁流量計輸出電流值a（單位mA）在設置模擬量增溢后的對應數值x應為式(1)：

就地儀表顯示的檢測數據與設置模擬量增溢后的顯示值的比例為公式(2)：

而觸摸屏顯示的檢測數據應與電磁流量計就地儀表顯示的數據一致。因此，當電磁流量計遠程輸出電流a，設置模擬量增溢后的對應數值為x時，觸摸屏顯示的檢測數據y應在程序中計算公式(3)：

即當電磁流量計遠程輸出a為20mA時，代入公式(1)，得到設置模擬量增溢后的數值x為1000，繼而將x代入公式(3)，得到觸摸屏中顯示的檢測數據y的值為3750。

本系統PLC程序中模擬量信號偏移設置為250，導致0mA對應數值0，16mA對應數值為1000。即當電磁流量計輸出電流為4mA時，設置模擬量偏移后產生的模擬量信號偏移為250，而不再是數值0。此時觸摸屏顯示的數據y應在程序中計算公式(4)：

在本系統的PLC程序設計中，模擬量計算處理的程序如圖4所示。

圖4 PLC梯形圖

觸摸屏作為顯示單元，可直觀顯示葉片測試過程中的瞬時流量和累計流量。觸摸屏型號為A950GOT，采用24V直流供電，為6英寸人機界面，通過RS-232接口與PLC之間進行數據通訊。觸摸屏程序采用GXDeveloper設計工具進行開發，根據葉片內腔流量檢測的工藝設計操作軟件界面如圖5所示。左側畫面為高低導內腔流量檢測界面，右側為高渦內腔流量檢測界面。界面能夠顯示瞬時流量及1分鐘累計流量，具備數值顯示與柱狀圖兩種顯示功能，同時能夠顯示當前計量時間。根據工藝要求計量時間通常設計為1分鐘。此外，觸摸屏界面中還能夠顯示測試系統所處當前狀態，具有直觀、可操作性強等特點。觸摸屏中的流量顯示與就地變送器顯示的數值完全一致，設備能夠正常使用。

圖5 觸摸屏軟件界面

5 結論

本文詳細論述了某型發動機葉片內腔流量檢測裝置的設計過程，包括控制系統結構和程序設計等，最后經現場驗正，葉片內腔流量檢測數據能夠在觸摸屏和電磁流量計就地顯示儀表中同步顯示，能夠達到生產現場的工藝要求，并且測試結果準確，能夠檢驗出葉片是否符合設計要求，適用于批量檢測，同時也指導了工人高效地進行發動機裝配的串臺與配臺。

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