АВТОМАТИЗАЦИЯ  СТЕНДОВОГО  ОБОРУДОВАНИЯ  ПО  ИСПЫТАНИЮ  И  РЕГУЛИРОВАНИЮ  ГИДРАВЛИЧЕСКИХ  ПРИВОДОВ

Попельнюк  Илья  Александрович

студент  6  курса,  факультет  инженеров  воздушного  транспорта  СГАУ,  РФ,  г.  Самара

E -mail:  osni204@yandex.ru

Злобина  Юлия  Петровна

студент  5  курса,  факультет  инженеров  воздушного  транспорта  СГАУ,  г.  Самара

E-mail: 

Гареев  Альберт  Минеасхатович

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент,  кафедра  эксплуатации  авиационной  техники  СГАУ,  РФ,  г.  Самара

В  связи  с  переходом  на  двухуровневую  систему  высшего  образования  в  учебный  процесс  внедряются  новые  методы  обучения,  подразумевающие  значительное  увеличение  доли  интерактивных  практических  занятий,  проведение  которых  требует  наличия  современного  исследовательского  и  стендового  оборудования.  При  этом  лабораторно-техническая  база  должна  охватывать  области  знаний  авиационной  и  ракетно-космической  техники:  электрифицированные  системы,  гидравлически  системы,  высотное  оборудование,  системы  кондиционирования  воздуха,  авиационные  и  ракетно-космические  двигатели  (системы,  обеспечивающие  их  работу),  элементы  конструкции  планера  и  т.  д.

Подобный  подход  к  выполнению  студентами  лабораторных  и  практических  работ  обеспечивает  высокую  эффективность  усвоения  материала  за  счёт  работы  на  реальной  технике.

Однако,  для  подготовки  высококвалифицированных  специалистов  (как  бакалавров,  так  и  магистров)  необходимо  непрерывно  поддерживать  лабораторную  базу  на  современном  техническом  уровне.  Эта  задача  может  быть  решена  за  счёт,  как  создании  новых  лабораторных  рабочих  мест,  так  и  модернизации  имеющегося  стендового  оборудования  с  применением  современных  информационных  технологий.

В  настоящей  статье  рассмотрена  методика  модернизации  лабораторно-стендового  оборудования  по  испытанию  и  регулированию  гидравлического  привода  КАУ-30Б  с  применением  программируемого  контроллера  реального  времени  “Compact  RIO”  под  управлением  “Lab  VIEW  real  time”  компании  National  Instruments.

Комбинированный  гидроусилитель  КАУ-30Б  применяется  в  системах  управления  вертолётами  и  предназначен  для  снятия  нагрузок  с  командных  рычагов  управления.  КАУ-30Б  устанавливается  в  системах  продольного,  поперечного  управления  и  управления  общим  шагом  несущего  винта.

Лабораторный  стенд  имеет  свою  гидросистему,  систему  питания  электроэнергией,  органы  управления  и  средства  измерения.  При  этом  обеспечены  следующие  виды  работ,  согласно  технологическим  картам:

1.  Проверка  разности  скоростей  движения  исполнительного  штока  при  ручном  управлении;

2.  Регулирование  исходного  положения  золотника  ручного  управления;

3.  Проверка  средней  скорости  движения  исполнительного  штока  при  ручном  управлении;

4.  Проверка  зоны  нечувствительности  агрегата  по  золотнику  ручного  и  комбинированного  управления;

5.  Проверка  хода  золотника  ручного  и  комбинированного  управления;

6.  Проверка  работы  редукционного  клапана.

Несмотря  на  техническую  сложность  и  широкий  спектр  решаемых  задач,  при  современном  уровне  развития  технологий  эффективность  применения  подобного  стенда  в  учебном  процессе  неизбежно  снижается.  Это  связано  с  отсутствием  в  работе  современных  автоматизированных  средств  сбора  и  обработки  информации;  устареванием  элементной  базы;  отсутствием  периодической  метрологической  поверки  средств  измерений;  и,  в  конце  концов,  износом  оборудования.

Вышеизложенные  аспекты  определяют  актуальность  модернизации  стендового  оборудования  путём  создания  программно-аппаратного  комплекса  управления  стендом  (КУС).  Общая  структурная  схема  КУС  представлена  на  рисунке  1.

Рисунок  1.  Структурная  схема  КУС

Программируемый  контроллер  NI  Compact  RIO  представляет  собой  многофункциональную  встраиваемую  систему  сбора  данных  и  управления,  разработанную  для  задач,  требующих  высокой  производительности  и  надёжности  измерительных  и  управляющих  систем.

В  качестве  входной  информации  используется  информация  с  датчиков  на  стенде,  а  так  же  информация  о  состоянии  концевых  выключателей  крайних  положений  выходного  вала  КАУ-30Б.

Контроллер  Compact  RIO  взаимодействует  с  персональным  компьютером  (ПК)  под  средством  сетевого  соединения  [1].  При  этом  возможны  следующие  схемы:

1.  Compact  RIO-LAN-Wi-Fi  роутер-WAN-ПК;

2.  Compact  RIO-LAN-ПК.

Первая  схема  применяется  в  случае  удалённого  взаимного  расположения  Compact  RIO  и  ПК.  Вторая  схема  не  требует  наличия  Wi-Fi  роутера  и  имеет  более  простые  настройки.

Установка  сетевого  соединения  выполняется  средствами  операционной  системы  ПК  (Windows  XP  SP3,  Windows  Vista,  Windows  7,  Windows  8).  С  помощью  утилиты  MAX  вводятся  настройки  сетевого  подключения  для  контроллера:  имя  устройства,  IP-адрес,  DNS-сервер,  шлюз  и  другие  стандартные  настройки  (рисунок  2).

Рисунок  2.  Настройки  сетевого  подключения  NIc RIO-9025

В  качестве  модуля  ввода/вывода  информации  применён  модуль  С-серии  NI  9205,  предназначенный  для  обработки  аналоговой  информации  в  диапазоне  напряжений  10  В.

NI  9205  представляет  собой  32  канальный  (для  подключения  несимметричных  сигналов)  /  16  канальный  (для  подключения  дифференциальных  сигналов)  модуль  аналогового  ввода.  Каждый  канал  аналогового  ввода  имеет  AI  терминал,  к  которому  можно  подключить  устройство  аналогового  вывода.  NI  9205  поддерживает  составную  частоту  дискретизации  250  кГц,  а  также  имеет  возможность  синхронизации.  Каналы  NI  9205  имеют  общую  земляную  шину,  изолированную  от  других  модулей,  включенных  систему.  Все  каналы  снабжены  измерительным  усилителем  с  программируемым  усилением  и  мультиплексируются  на  вход  аналого-цифрового  преобразователя.  Каждый  канал  также  снабжен  схемой  защиты  от  перегрузок  по  напряжению  свыше  30В.

Compact  RIO  получает  информацию  о  состоянии  гидросистемы,  температурного  режима  и  скоростных  характеристиках  штока  гидроусилителя  КАУ-30Б  и  передаёт  её  под  средством  сетевого  соединения  на  персональный  компьютер.  Полученная  информация  обрабатывается  программой,  разработанной  средствами  Lab  VIEW  (Laboratory  Virtual  Instrumentation  Engineering  Workbench)  —  это  среда  разработки  и  платформа  для  выполнения  программ,  созданных  на  графическом  языке  программирования  «G»  [2].  Графический  язык  программирования  «G»  основан  на  архитектуре  потоков  данных,  где  последовательность  выполнения  операторов  определяется  не  порядком  их  следования,  а  наличием  данных  на  входах  этих  операторов.  Операторы,  не  связанные  по  данным,  выполняются  параллельно  в  произвольном  порядке.  Фрагмент  блок-диаграммы  программы  в  режиме  измерения  времени  выпуска  и  уборки  исполнительного  штока  КАУ-30Б  представлен  на  рисунке  3.

Рисунок  3.  Фрагмент  блок-диаграммы

Блок-диаграммы  разных  режимов  работы  КУС  составлены  в  соответствии  с  разработанными  алгоритмами.  Для  примера  на  рисунке  4  представлен  алгоритм  работы  блок-диаграммы  в  режиме  проверки  разности  скоростей  движения  исполнительного  штока  КАУ-30Б.

В  данном  режиме  работы  стенда  производится  проверка  скоростей  движения  выходного  исполнительного  штока  КАУ-30Б.  В  случае,  если  разность  скоростей  движения  штока  будет  больше  15  %  (от  наибольшего  значения  скорости),  то  необходимо  произвести  регулирование  исходного  положения  золотника  ручного  управления.

При  работе  стенда  в  этом  режиме  КУС  автоматизирует  процесс  сбора  и  анализа  и  индикации  информации  о  скоростях  движения  исполнительного  штока.

При  построении  алгоритма  применены  следующие  виды  переменных:

1.  S  —  Значение  секундомера  (натуральные  числа);

2.  out  (n)  —  Измеренное  значение  времени  выпуска  штока  КАУ-30Б  (массив  натуральных  чисел  из  n  элементов);

3.  in  (n)  —  Измеренное  значение  времени  уборки  штока  КАУ-30Б  (массив  натуральных  чисел  из  n  элементов);

4.  n  —  Счётчик  циклов  (целые  числа);

5.  К1  —  состояние  концевого  выключателя  убранного  положения  вала  КАУ-30Б  (логическая  переменная:  «1»  —  выключатель  нажат,  «2»  —  выключатель  отпущен);

Рисунок  4.  Алгоритм  работы  КУС

6.  К2  —  состояние  концевого  выключателя  выпущенного  положения  вала  КАУ-30Б  (логическая  переменная:  «1»  —  выключатель  нажат,  «2»  —  выключатель  отпущен);

7.  dif  —  Разница  между  временем  выпуска  и  временем  уборки  штока  КАУ-30Б  (натуральные  числа);

8.    —  Относительная  разница  между  временем  выпуска  и  временем  уборки  штока  КАУ-30Б  (натуральные  числа)  —  рассчитывается  в  отношении  к  минимальному  из  времён:  выпуска  или  уборки.

В  составе  алгоритма  заданы  следующие  условные  команды:

go  —  пуск  секундомера;

stop  —  остановка  выполнения  текущего  действия;

error  01  —  ошибка  выполнения  программы,  заключающаяся  в  неверном  исходном  положении  штока  КАУ-30Б  (в  исходном  положении  шток  должен  быть  убран).

Управление  работой  стенда  и  контроль  его  технического  состояния  осуществляется  с  помощью  лицевой  панели  (рисунок  5).  Лицевая  панель  содержит  средства  измерения,  органы  управления  и  контроля,  а  также  область  с  методическими  рекомендациями  по  выполнению  работы.

Рисунок  5.  Панель  управления

Для  аварийного  отключения  стенда  имеется  управляемый  контактор.  Управление  контактором  осуществляется  через  усилитель  (рисунок  1).

Массивы  данных  out  (n)  и  in  (n)  имеют  следующее  распределение  элементов  на  лицевой  панели  управления  (рисунок  6).

Рисунок  6.  Распределение  элементов  в  массивах  “in”  и  “out”

Под  циклом  программы  понимается  ход  штока  КАУ-30Б  на  выпуск  и  на  уборку.  По  завершению  каждого  цикла  рассчитывается  относительная  разница  между  временем  выпуска  и  временем  уборки  штока  .  В  случае,  если    больше  15  %  выдаётся  сообщение  о  необходимости  регулировки  исходного  положения  золотника  ручного  управления  КАУ-30Б.  В  этом  случае  цикл  программы  повторяется.  Если    меньше  15  %  —  регулировка  не  требуется,  работа  считается  завершённой.

Таким  образом,  разработанная  система  управления  стендом  была  успешно  реализована  и  исследована  в  лаборатории  ремонта  летательных  аппаратов  и  авиационных  двигателей  СГАУ  с  помощью  средств  современных  технологий  National  Instruments  [3].

В  результате  была  достигнута  возможность  обеспечения  автоматизированного  мониторинга  за  процессом  испытания  гидропривода  в  режиме  «реального»  времени  и  предупреждения  возникновения  его  отказа  посредством  выявления  функциональных  симптомов.

При  выполнении  подобных  лабораторных  работ  студенты  не  только  приобретают  знания  об  устройстве  и  работе  гидроусилителя  КАУ-30Б,  но  и  знакомятся  с  современными  методами  и  технологиями  сбора  и  обработки  информации.

Список  литературы:

1.Виноградова  Н.А.,  Листратов  Я.И.,  Свиридов  Е.В.  Разработка  прикладного  программного  обеспечения  в  среде  LabVIEW:  учебное  пособие.  М.:  Издательство  МЭИ,  2005.  —  50  с.

2.Евдокимов  Ю.К.,  Линдваль  В.Р.,  Щербаков  Г.И.  LabVIEW  для  радиоинженера:  от  виртуальной  модели  до  реального  прибора:  практическое  руководство  для  работы  в  программной  среде  LabVIEW.  М.:  ДМК  Пресс,  2007.  —  400  с.

3.Гареев  А.М.,  Тимеркеев  Р.Г.  Автоматизированный  измерительный  комплекс  по  контролю  чистоты  рабочей  жидкости  //  Авиационная  промышленность  М.:НИАТ  —  2009.  —  №  4.  —  С.  62—68.