Автоматизированная система диагностики и испытаний оборудования вертолётов

2006 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА №108

____серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов

УДК 629.735.017

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ И ИСПЫТАНИЙ

ОБОРУДОВАНИЯ ВЕРТОЛЁТОВ

Ю.А БОРИСОВ, В.А. КОРОЛЕВ

Статья предоставлена доктором технических наук, профессором Ципенко В.Г.

Рассматриваемая модернизация стендового и контрольно-измерительного оборудования авиаремонтных заводов базируется на новых информационных технологиях. Система диагностирования и испытаний агрегатов систем вертолётов состоит из объединённых в единую сеть интерфейсных и модельных компьютеров. Каждый интерфейсный компьютер обслуживает один или несколько родственных агрегатов, учитывает специфику физических процессов, формирует и посылает тестовые сигналы и воспринимает реакцию на них. Модельный компьютер содержит модели агрегатов систем, воспринимает информацию интерфейсных компьютеров и выносит заключение об исправности агрегата. Система диагностики может быть интегрирована в единую информационную сеть предприятия.

Не секрет, что оборудование и авионика для вертолётов семейства МИ-8 разрабатывались в 60-е годы, а в последующем только частично модернизировались. Вслед за оборудованием создавались и стенды, которые потом модернизировались под новые типы оборудования.

Производители авиационного оборудования, исходя из уровня технического развития на тот момент, закладывали в технологическую документацию контрольно-измерительную аппаратуру, которая в условиях планового хозяйства и отсутствия конкуренции так и перекочевала в XXI век как обязательное оборудование для организации рабочего места. В настоящее время подобное оборудование и морально, и физически устарело и должно быть модернизировано с использованием новых информационных технологий.

Между тем не все отрасли промышленности испытывают подобные проблемы. Те отрасли, которые стояли на стыке внутренних и внешнеполитических интересов (нефтяная, газовая промышленность, энергетика) вынуждены были первыми выходить на современный уровень автоматизации промышленных процессов, чтобы обеспечить конкурентоспособность товаров и услуг на внешнем рынке. На сегодня успешно эксплуатируется компьютеризированная система мониторинга за состоянием газо- и нефтепроводов с централизованным управлением, автоматизированные рабочие места операторов газоперекачивающих и газогенераторных станций и т.п. [2], [3].

Сравнительно не так давно началась работа по модернизации стендового оборудования и в авиационной отрасли. Появился стенд обкатки главных редукторов на заводе «Красный Октябрь», появились испытательные стенды на Екатеринбургском двигательном заводе.

Принцип модернизации стендового оборудования с использованием персональных компьютеров для поставки его в Сервисные центры и пример внешнего вида модернизированного оборудования показаны на рис. 1 и 2.

Автоматизация процесса испытания, измерение и обработка параметров технологического процесса - это лишь малая часть задач, которые способен решать вычислительный комплекс на базе современной вычислительной машины.

Современная начинка персонального компьютера способна преобразовывать сигналы от любых датчиков перемещения, угловых положений, температурных датчиков, датчиков вибрации, преобразовывать сложные модулированные электрические сигналы в понятную для компьютера цифровую форму. Сам компьютер при этом имеет специальные программные средства для обработки сигналов, заменяя целую лабораторию контрольно-измерительных приборов. А после обработки данных по заранее заложенному алгоритму вычислительная машина не только отображает информацию в удобном для оператора виде, но и формирует управляющие воздействия на исполнительные механизмы (электроприводы, электромагнитные клапаны и т.д.) через специальные устройства, называемые контроллерами. А также формирует электрический сигнал сложной формы амплитудно-модулированный, частотно-модулированный, нарастающий или убывающий по определённому закону в качестве входного тестового сигнала для электронной аппаратуры.

Рис. 1. Принцип модернизации стендового оборудования

Созданная однажды опытным специалистом база данных эпюр контрольных точек исправного устройства позволяет доверить в дальнейшем контроль качества даже ученику.

Достаточно сравнить две эпюры - исправного и настраиваемого устройства и выполнить инструкцию, по приведению параметров в границы допуска, рекомендуемую программой, причем сама база данных может находиться на удаленном сервере. Обращение к ней возможно осуществить любыми средствами связи между удаленными ПК.

Это позволяет централизовать настройку и ремонт оборудования в одном месте с возможностью быстрого обновления алгоритмов ремонта и настройки у всех операторов (регулировщиков).

Для ускорения и упрощения разработки математических моделей различных сложных объектов и их программ испытаний был использован программный пакет Matlab [1]. Используя интегрированную в Matlab визуальную среду, разработкам Simulink, удалось быстро и наглядно конструировать в виде блок-схем различные управляющие системы. Библиотека Simulink имеет в своем составе сотни готовых блоков различного назначения.

Процесс программирования сводится к соединению этих блоков между собой. При отсутствии необходимого блока его можно разработать самостоятельно на одном из нескольких языков программирования.

Кроме того, можно использовать пакет Stateflow, который является приложением к пакету MATLAB. При моделировании с использованием Simulink Stateflow является интерактивным инструментом разработки в области моделирования сложных, управляемых событиями систем. Он тесно интегрирован с MATLAB и Simulink и основан на теории конечных автоматов. Stateflow предлагает элегантное решение для проектирования встроенных систем с контролирующей логикой.

Созданную в Simulink модель можно эксплуатировать на реальном оборудовании, используя Real Time Workshop, который преобразует ее в код на языке C для различных аппаратных платформ. В качестве такой платформы можно использовать PC-совместимый компьютер, на который устанавливается ядро реального времени xPC Target.

Ядро xPC Target позволяет загружать, исполнять модель и изменять в процессе исполнения параметры блоков из которых состоит модель.

При использовании xPC технологии аппаратная среда состоит из главного (Host) и целевого (Target) компьютеров.

В качестве главного используется любой PC на платформе Windows. В качестве целевого используется фактически любой PC с Intel 386/486/Pentium или AMD K5/K6/Athlon процессором. Компьютеры подключаются друг к другу посредством последовательных портов TCP/IP сети. На целевом компьютере устанавливаются платы ввода-вывода, связанные с соответствующим оборудованием.

В качестве примера модернизации рассмотрен один из стендов данного перечня, а именно стенд испытаний авиационных турбостартеров.

Испытательный стенд состоит из бокса и пультовой. В испытательном боксе монтируется тестируемое изделие, располагаются датчики и исполнительные механизмы.

В пультовой размещена силовая электроника, панель управления стендом и автоматизированная измерительная система.

Данная система предназначена для измерения крутящего момента силы, частоты вращения, расхода жидкостей, давления жидкостей и газа (воздуха), температуры жидкостей и газов, напряжения и силы постоянного тока, интервалов времени, для регистрации и отображения результатов измерений и расчетов, а также опроса цифровых дискретных сигналов о состоянии стенда и выдачи цифровых дискретных команд блокировки пуска и аварийного останова.

Структура испытательного стенда показана на рис. 3.

На рис. 4 показана реализованная в системе Matlab-Simulink блок-схема функционирования автоматизированного стенда проверки ремонтируемого вертолетного оборудования и аппаратуры.

Одной из центральных задач является выдача качественного тестового сигнала на проверяемое оборудование. В документах, регламентирующих проведение ремонтных работ оборудования, описаны параметры этих сигналов и в табличной форме заданы уровни сигналов для различных условий. Дискретность нормированных значений уровня сигнала не позволяет точно настраивать оборудование и определять ее амплитудно-частотные и другие характеристики. Поэтому возникает потребность интерполировать табличные значения для повышения точности контроля параметров оборудования. Для этих целей и предназначены вышеупомянутые блоки.

цря

Источник бесперебойного питания 1000 В-А

Принтер формата А3 _

S

Компьютер —&

Pentium IV, 2 ГГц

Мно го функцио нальная плата PCI-6052E

SCXI-1349

Барометр

БРС-1М-1

1 2 3 4 5 6 7 S 9 10 11 12

SCXI-100: О (N 1-IX (N 1-IX ш (N 1-IX ш (N 1-IX ш (N 1-IX (N 1-IX (N 1-IX (N Ю 1-IX \о 1-IX

и S и S и S и S и S и S и S и S и S

гттттл

53 53 53 53 53

в

н

В

н

&

н

£

о

га

F

Рис. 3. Структура аппаратной части стенда авиационных турбостартеров

Интерфейсный компьютер

к

о

о

о

При выборе метода интерполяции было учтено табличное происхождение данных, а также необходимость функционирования программно реализованных методов в режиме реального времени. Были изучены и классифицированы различные методы интерполяции. Для реализации был выбран метод интерполяционных полиномов.

Объединенные в единую сеть интерфейсные и модельные компьютеры составляют основу системы диагностики и сдаточных испытаний. Сеть может быть как локальной, так и частично интегрированной в общую информационную сеть предприятия. В последнем случае в информационную сеть предприятия в реальном масштабе времени поступает информация о динамике сдаточных испытаний.

Модельный компьютер

Рис. 4. Блок-схема функционирования автоматизированного стенда проверки оборудования и аппаратуры

ЛИТЕРАТУРА

1. Документация на систему Matlab, Mathworks, 2005г.

2. ISSN 0032-8154 Приоры и системы управления 1999 г. №3; ’’ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес” 5-6/98

3. xPC Target. Documentation. 2002 year, The MathWorks, Inc. Natick, MA, USA.

AUTOMATIZE SYSTEM DIAGNOSIS AND TRIALS EQUIPMENTS CRAFTS

Borisov Y.A., Korolev V.A.

The improved upgrade of test benches and testing equipment for aircraft repair companies has been based on the late information technologies. Diagnostics and testing system for components of helicopter systems is a net of interface and model computers. Each interface computer serves one or several related components, makes an allowance for the specific features of the physical processes, generates and sends testing signals and absorbs reaction to them. A model computer contains models of systems components, absorbs information from the interface computers and decides if a component is serviceable. Diagnostics system may be integrated into the information net of the company.

Сведения об авторах

Борисов Юрий Александрович, 1956 г.р., окончил РКИИГА (1979), заместитель директора учебного центра, автор 6 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушных судов и авиадвигателей, организация производства.

Королев Владимир Александрович, 1947 г.р., окончил (1970), доцент кафедры «Авиационная техника» СПбГУ ГА, автор 68 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта.