Stabilization of gas temperature and rotor speed on test-bench for control and research testing of turbochargers by means of automation

Full Text

Для стенда контрольно-исследовательских испытаний систем наддува, создаваемого в НПО «Турботехника», требуются алгоритмы управления по обеспечению стабильной температуры и обеспечению постоянных оборотов ротора. Это необходимо для создания режима испытаний, при которых происходит сохранение всех измеряемых параметров для расчета КПД турбокомпрессора. Задача состоит в создании системы, способной быстро реагировать на изменения условий технологической среды во время испытаний на стенде контрольно-исследовательских испытаний. Существует несколько способов решения подобных задач, один из которых - автоматизация процесса регулирования, другой - ручное регулирование. Ручное регулирование возможно, но является крайне сложным в условиях многозадачности процесса и влияния на результат испытания «человеческого фактора», что приводит к большим погрешностям измерения параметров, поэтому был выбран способ регулирования, основанный на применении средств автоматизации. Для достижения цели необходим высокопроизводительный контроллер, способный быстро управлять процессами. Был выбран контроллер B&R 5PP520 (рисунок 1), обладающий следующими характеристиками: · цветной 15-дюймовый дисплей, 16 миллионов цветов, разрешение 1024 x 768; · аналоговый сенсорный экран; · процессор Intel® Graphics Media Accelerator 500 с частотой 1100МГц; · флеш-карта 512 Мб; · операционная система реального времени; · оперативная память 512 Мб; · плата X2X для обмена данными с цифровыми и аналоговыми устройствами. Рисунок 1. Панель-контроллер Рисунок 2. Схема стенда Панель-контроллер представляет собой программируемый логический контроллер, объединненный с сенсорной панелью. Нет необходимости передавать данные с контроллера на панель - это уже реализовано в среде разработки. Для удобства программиста визуальная часть полностью интегрирована с программной, вследствие чего упрощается процесс визуализации. Панель-контроллер связан с сервером по Ethernet, сервер обрабатывает всю полученную информацию и отправляет ее на АРМ оператора. Панель-контроллер связан с вторичными измерительными устройствами по шине X2X. К ним уже напрямую подключены первичные измерительные устройства (рисунок 2). Это позволяет обеспечить высокую скорость передачи данных, необходимую для управления процессами испытания. Оператор может следить за процессом испытания как с компьютера, так и с панели управления. Сохранять результаты испытаний возможно только на АРМе. Программного управления для решения задачи недостаточно, необходим человеко-машинный интерфейс (рисунок 3), позволяющий оператору полностью управлять процессом испытания. Возможны два способа управления ходом испытания: сенсорная панель и пульт оператора. Они управляют одними и теми же процессами. С помощью пульта оператора можно управлять восьмью клапанами, запускать или останавливать маслостанцию и испытания. С помощью сенсорной панели оператор может проводить настройку стенда, включать различные агрегаты, колибровать датчики. Рисунок 3. Экран панели На пульт управления выведены все органы управления, необходимые для проведения испытания. Оператор сенсорной панели предпочитает пульт управления, так как с помощью энкодера легче подобрать необходимое положение клапана, но и пользуется автоматизацией, позволяющей поддерживать постоянные обороты ротора и обеспечивать постоянную температуру газа турбокомпрессора. Для программирования контроллера используется среда разработки Automation studio 3.0.90, основной язык программирования - язык C. Программирование контроллера в первую очередь отличается от стандартного программирования тем, что написанный код будет выполняться в бесконечном цикле. При создании экранов использовались специализированные программы для создания схем. С помощью Automation studio картинки оцифровывались и настраивались на визуальную передачу информации. При создании кнопок с шаблона экрана вырезалась кнопка и прикреплялась к объекту button. По шине X2X дискретные и аналоговые устройства подключены к контроллеру. С их помощью осуществляется все управление техническим процессом. Сенсорная панель визуализирует текущее состояние контроллера, предоставляя управление. Компьютер по Ethernet подключен к серверу, сервер подключен к АРМу (Автоматизированное рабочее место). АРМ визуализирует процесс испытания, позволяет сохранять результаты, рисовать графики испытаний. Для поддержки постоянной температуры используется алгоритм, управляющий клапанами воздуха. В зависимости от текущей температуры шаг, с которым открывается клапан, изменяется (рисунок 4). Если разница больше 5 градусов, открывается или закрывается клапан 8, если меньше - клапан 7. Рисунок 4. Стабилизация температуры газа Создание подобного рода алгоритмов полностью исключает человеческий фактор, программа всегда правильно реагирует на то или иное изменение системы в рамках заложенного алгоритма В результате проделанной работы стенд контрольно-исследовательских испытаний турбокомпрессоров СКИИТ № 5 был запущен в эксплуатацию. Алгоритмы обеспечения постоянной температуры газа и поддержки постоянных оборотов ротора были внедрены в эксплуатацию. Теперь значительную часть задач испытания на себя берет автоматизация, упрощая таким образом работу оператора. При этом повышается и безопасность испытаний, так как во многих аспектах исключается человеческий фактор. Выводы Проделана следующая работа: · установлена и настроена среда Automation studio для работы с панелью-контроллером B&R 5PP520; · настроена конфигурация под конкретные цифровые устройства; · запрограммирована панель-контроллер B&R 5PP520, созданы все необходимые экраны; · настроен обмен данными с сервером; · запущен в эксплуатацию испытательный стенд СКИИТ №4; · реализованы алгоритмы поддержки температуры и оборотов; По результатам работы можно сделать вывод о том, что поставленные задачи выполнены.

About the authors

I. V. Kovaltsov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: design@kamturbo.ru
8 (4967) 74-49-03

R. V. Kaminskiy

JSC “NPO “Turbotehnika”; Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: design@kamturbo.ru
8 (4967) 74-49-03

V. N. Kaminskiy

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI); JSC “NPO “Turbotehnika”

Email: design@kamturbo.ru
Dr.Eng., Prof.; 8 (4967) 74-49-03

S. V. Sibiryakov

JSC “NPO “Turbotehnika”

Email: design@kamturbo.ru
8 (4967) 74-49-03

S. A. Korneev

JSC “NPO “Turbotehnika”

Email: design@kamturbo.ru
8 (4967) 74-49-03

O. G. Zaitsev

JSC “NPO “Turbotehnika”

Email: design@kamturbo.ru
8 (4967) 74-49-03

References

Supplementary files