基于TDM的燃油調節器試驗臺的自動測試軟件系統設計

郭 碩 杜 鑫 盛世偉 紀艷麗 武忠華 張九象

（中國航發北京航科發動機控制系統科技有限公司，北京 102200）

燃油調節器是航空發動機控制系統的核心部件，可以實現燃油的計量、燃油通斷控制和導葉位置控制[1]。它的主要功能包括保證向燃燒室輸油，調節供油量和導葉桿伸縮長度，保證發動機的穩態、過渡態控制，協調雙發轉速，進行自由渦輪超轉控制，限制燃氣溫度等[2]。它的精度、準度及響應時間直接影響發動機性能，進而影響飛機飛行的安全性和穩定性[3-5]。

2016年，中國航空發動機集團股份有限公司正式成立。依托“兩機”專項重大工程，航空發動機技術研究成為國家級重大課題。燃油調節器作為核心部件，需經過嚴格的出廠性能驗收試驗。隨著年交付量的上升，驗收試驗面臨空前的壓力。基于此，研究基于試驗數據管理系統的燃油調節器試驗臺的自動測試軟件系統（包括測控系統軟件設計、試驗數據管理系統軟件平臺搭建、數據處理策略及自動化人機交互界面設計）設計方案，可實現自動化出廠驗收試驗，為各產品的智能化性能調整試驗和出廠檢驗試驗新技術的發展提供可行的技術依據。

1 自動測試軟件系統設計

基于試驗數據管理系統的燃油調節器試驗臺的自動測試軟件系統主要包含測控系統軟件設計、試驗數據管理系統平臺搭建、數據處理策略和自動化人機交互界面設計。

1.1 測控系統軟件設計

試驗臺測控系統主控程序選用LabVIEW軟件的圖形編譯環境。LabVIEW的函數庫包括數據采集、GPIB、串口控制、數據分析、數據顯示及數據存儲，同時具備程序調試工具，集成了滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協議的硬件及數據采集卡通信的全部功能，內置了TCP/IP、ActiveX等庫函數，可以方便地建立自己的虛擬儀器。

1.2 試驗數據管理系統平臺搭建

控制終端建立在數據采集與監視控制系統平臺上。數據采集與監視控制系統平臺為BS+CS混合架構的試驗數據管理系統平臺和試驗數據采集終端。該平臺包含試驗執行環節任務下發、自動試驗程序編輯/調試/運行、數據采集、視頻監控以及報告生成等多個功能塊。

為了實現試驗臺的遠程監控功能，需從通信（通信協議、通信方式、協議格式）、工藝流程和數據存儲等方面對試驗臺的遠程操作接口進行定義，使試驗臺通過局域網接入數據庫管理系統-試驗數據管理（Database Management System-Test Data Management，DMS-TDM）系統。

1.2.1 通信協議

測控系統主控程序與控制終端遵循用于過程控制的OLE（OLE for Process Control，OPC）通信協議進行數據交互。OPC通信不適合短時間內高速、動態波形數據的傳輸，因此對于采用LabVIEW開發的試驗臺主控程序，可通過網絡共享變量實現OPC Server功能。該網絡共享變量遵循標準的OPC協議。在試驗臺主控程序中創建NetVariable.lvlib網絡共享變量庫，庫中創建網絡共享變量。

DMS-TDM和試驗臺主控程序采用OPC協議通信。傳輸控制協議/網際協議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）通信方式適用于穩態信號和動態波形數據的實時傳輸，因此通信過程中試驗臺主控程序實現TCP通信服務器的功能，DMSTDM則作為客戶端連接到試驗臺完成數據交互。

基于此，控制終端和試驗臺測控系統主控程序通過OPC協議實現數據交互。

1.2.2 試驗信息

試驗臺主控程序創建TestInfo網絡共享變量并發布至局域網。控制終端通過該變量實現試驗信息的傳輸。試驗臺主控程序實時讀取該變量值并進行解析，實現試驗信息從控制終端到測控系統主控程序的遠程傳輸。TestInfo網絡共享變量為一個字符串，每次開始試驗前先讀取該變量值。

1.2.3 采集數據

試驗臺主控程序將控制終端要采集的數據發布到網絡中。開始試驗后，試驗臺主控程序按每秒10次的速率發布數據。發布的數據格式為Double類型的一維數組。

1.2.4 控制指令

TCP/IP通信模式下，控制終端對試驗臺采用請求反饋式訪問方式。控制終端發送指令為一個Double類型的一維數組。

1.2.5 網絡配置

為實現網絡中的OPC Client能夠訪問試驗臺上的OPC Server，試驗前需對試驗臺上的上位機和網絡中的其他計算機進行地址配置。

1.3 數據處理策略

1.3.1 結果判斷及報警

結果判斷用于產品試驗時，是對產品某項性能是否合格進行判斷。當采集結果不在穩定條件公差范圍內時，自動化工藝彈出報警提示。

1.3.2 自動調節

控制參數不能滿足產品需求時，需在公差范圍內使用中值法自動調節控制參數。

1.3.3 運算邏輯

對于產品試驗項中部分需要運算后生成報告的數據，需在自動化工藝中將所需數據進行數據標記，之后按自動化工藝中的數據標記，先在采集模板中進行運算，將運算結果賦予新的變量，之后在報告模板中將運算后的變量進行關聯，從而形成報告數據。

1.3.4 過程數據和結果數據

自動化工藝運行過程中，數據采集與監視控制系統平臺以1 p·ch-1·S-1的速率將所有試驗數據按過程數據的形式存儲于本地硬盤的指定文件夾，將標記的數據以結果數據的形式與該試驗項過程數據存儲在同一數據庫文件中，同時試驗報告根據結果數據將試驗參數填寫于電子報告。

1.3.5 故障分析

當試驗數據不滿足驗收要求出現故障數據時，先調取數據源資料分析過程參數，判斷故障來自輸入參數還是其他方面，從而為進一步排除故障提供數據依據。

1.4 自動化人機交互界面設計

人機界面包含程序編輯功能界面、自動試驗功能界面、報告模板編輯界面及采集模板編輯界面等，如圖1所示。人機界面連接到監控計算機，是操作員的圖形用戶界面，它主要用于收集來自外部設備的所有數據，包括創建報告、執行報警以及發送通知等。“歷史記錄”是人機接口（Human Machine Interface，HMI）中的一項軟件服務，在數據庫中存儲帶時間戳的數據、事件和報警，可以查詢或用于填充HMI中的圖形趨勢。

圖1 人機互交界面功能模塊

1.4.1 程序編輯

控制終端數據采集與監視控制系統平臺實現了試驗工藝的電子化處理，程序編輯界面面向工藝編輯人員，如圖2所示。工藝編輯人員可根據試驗工藝編寫自動工藝控制程序，同時可增加各參數的判讀、報警等功能，以保證試驗的可靠、安全運行。

1.4.2 自動試驗界面

自動試驗界面用于試驗人員開啟自動試驗，如圖3所示。工藝人員將編寫完成的自動工藝發布、激活后，由計調員將試驗任務下發至試驗員。試驗員登錄賬號后，可開啟相關型號的自動試驗。

圖2 電子化工藝模塊

圖3 自動試驗及試驗程序自檢

1.4.3 報告模板編輯界面

報告模板編輯界面用于試驗報告的編輯，結合自動控制工藝程序將試驗數據自動填寫至報告模板，并生成電子報告。

1.4.4 采集模板編輯界面

采集模板可將自動工藝試驗的數據進行運算處理，然后將處理后的數據寫入報告模板，同時可將試驗無法采集的數據（漏油量、外觀檢查等）通過手動方式進行記錄。

2 實施效果

基于上述軟件系統設計，可實現如下效果。

（1）試驗數據統一、集中。對試驗數據進行統一、集中管理，可以形成試驗數據的有效積累，提高數據利用率和試驗效益。

（2）試驗臺自動控制。開發處理試驗工藝編輯平臺，能夠實現試驗臺的自動控制、自動試驗工藝編輯、試驗數據的自動和實時采集，從而提高工作效率。

（3）試驗報告智能生成。試驗完成后，系統自動生成試驗報告，通過自動采集保證報告中數據的準確性。

3 結語

基于試驗數據管理系統的燃油調節器試驗臺的自動測試軟件系統開展設計研究，包括測控系統軟件設計、試驗數據管理系統軟件平臺搭建、數據處理策略和自動化人機交互界面設計。通過對某型號產品進行測試，結果表明，系統對壓力、流量、計量活門位置及導葉作動筒位置等主要參數均有準確的控制及反饋，且軟件中增加了數據標記、循環嵌套、中值算法，實現了試驗報告的智能生成，且報告表格符合驗收要求，達到了理想的試驗效果。該技術通過軟件設計可實現燃油器產品的自動化驗收試驗，改變了傳統產品驗收模式，解決了燃油調節器驗收效率較低、結果誤差較大以及耗時較為嚴重等問題，可為燃油調節器的自動化驗收試驗和自動化性能調整試驗新技術的發展提供參考。