Другие журналы
|
научное издание МГТУ им. Н.Э. БауманаНАУКА и ОБРАЗОВАНИЕИздатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211. ISSN 1994-0408
77-30569/275638 Компьютеризированный комплекс для испытаний лодочных моторов
# 12, декабрь 2011
Файл статьи:
Беляков_P.pdf
(798.07Кб)
УДК.629.526 МГТУ им. Н. Э. Баумана На экспериментальной базе ФГУП «ММПП» Салют» создан компьютеризированный комплекс для испытаний подвесных лодочных моторов мощностью до 5-и л.с. Комплекс предназначен для автоматизации приемо-сдаточных и периодических испытаний, а также для проведения в автоматизированном режиме ряда специальных испытаний лодочных моторов.
На рис. 1 представлена функциональная схема автоматизированного испытательного комплекса (АИК) модели АИК-1, который имеет два уровня: верхний уровень 1 и нижний уровень 2.
Верхний уровень 1 включает в себя автоматизированное рабочее место (АРМ) 3 оператора – испытателя верхнего уровня, программируемый логический контроллер (ПЛК) 4 и универсальную панель 5 оператора (UniOP) испытателя нижнего уровня.
В состав нижнего уровня 2 входят: гидромеханическая, информационно – измерительная и электромашинная подсистемы. Нижний уровень также включает в себя: привод 6 рукоятки газа лодочного мотора (ЛМ), устройство 7 планового и аварийного выключения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) лодочного мотора, участок 8 подготовки лодочных моторов, стапель 9 для установки моторов. Кроме того в нижний уровень входят, не показанные на рис. 1, подсистемы: электрошкаф испытательного комплекса, вытяжная вентиляция, средства пожаротушения, электро – и гидро –коммуникации.
Гидромеханическая подсистема испытательного комплекса содержит испытательную емкость (ванну) 10 и стойку 11, снабженную силоизмерительной транцевой доской (не показана), на которую устанавливается испытываемый лодочный мотор 12.
Информационно – измерительная подсистема испытательного комплекса содержит измерители 13 … 21 физических величин лодочного мотора и окружающей среды (соответствие номеров измерителей на рис. 1 измеряемым физическим величинам представлено ниже по тексту и в табл. 1), измерительный блок 22 (вторичные преобразователи и четыре табло цифровой индикации) и дополнительный топливный бак 23, предназначенный для измерения массы расходуемого топлива.
Электромашинная подсистема (её основа – скоростной следящий привод переменного тока) испытательного комплекса включает в себя: асинхронный электродвигатель 24, оснащенный датчиками угла и скорости (не показаны), усилитель 25 мощности, блок 26 балластных резисторов и пульт 27 местного управления.
Автоматизированное рабочее место (АРМ) 3 оператора – испытателя верхнего уровня выполняет следующие основные функции: § дискретное управление испытательным процессом; § мониторинг процесса испытаний; § архивация и протоколирование событий испытаний. Автоматизированное рабочее место АРМ 3 комплекса АИК-1 состоит из персонального компьютера ПК, принтера и источника ИБП бесперебойного питания. Прикладное программное обеспечение персонального компьютера ПК выполнено на основе SCADA – пакета FIX¢32 фирмы «Intellution» (США).
Рис. 1. Функциональная схема автоматизированного испытательного комплекса АИК-1
Основные функции программируемого логического контроллера (ПЛК) 4: § оперативное управление испытательным процессом; § сбор информации, поступающей от информационно – измерительной подсистемы нижнего уровня; § фильтрация, линеаризация и масштабирование входных аналоговых сигналов; § формирование управляющих воздействий, подаваемых на исполнительные органы нижнего уровня (электромашинная подсистема, привод 6 рукоятки газа, устройство 7 выключения двигателя внутреннего сгорания лодочного мотора); § обмен информацией с панелью 5 UniOP оператором – испытателем нижнего уровня. Контроллер ПЛК 4 представляет собой промышленный РС – совместимый контроллер, выполненный на базе модулей серии ЭК-2000 фирмы «ЭМИКОН» (г. Москва). Конфигурация контроллера набирается из отдельных модулей, необходимых для решения поставленной задачи. В состав контроллера ПЛК 4 входят следующие модули: § плата кроссовая CR-04; § модуль центральный CPU-03A; § преобразователь интерфейса CIM-232NI (2 шт.); § модуль ввода-вывода дискретных сигналов DIO-04A; § модуль конверторов OR-04A; § модуль конверторов IR-04A; § модуль вывода аналоговых сигналов АО-01А; § модуль ввода аналоговых сигналов AI-04A; § модуль расширения ввода аналоговых сигналов EAI-03A; § блок питания нестабилизированный SU-06; § модуль питания PU-01A. Программное обеспечение (ПО) ПЛК 4 разработано с использованием интегрированной среды разработки ПО «Win – Designer» (фирма «ЭМИКОН»). Связь контроллера с компьютером и панелью 5 оператора осуществляется по интерфейсам RS-232 с использованием протокола «Modbus».
Основные функции универсальной панели (UniOP) 5 оператора – испытателя нижнего уровня: § получение оператором – испытателем нижнего уровня 2 от вычислительных средств верхнего уровня 1 комплекса (от ПЛК и ПК) информации о текущем состоянии испытательного процесса, о действиях, требуемых от оператора на данном этапе испытаний, и о возникающих нештатных и аварийных ситуациях (информация поступает на жидкокристаллический дисплей и подсвечиваемые клавиши панели UniOP); § подтверждение оператором выполнения требуемых действий с помощью клавиатуры панели. Из множества различных моделей панели UniOP использована панель CP11G-04 фирмы «Sitek» S.p.A. (Италия). Программное обеспечение панели 5 оператора разработано на основе интегрированной среды разработки ПО «UniOP – Designer» (фирма «Sitek» S.p.A.).
Привод 6 рукоятки газа ЛМ предназначен для автоматического управления подачей топлива в карбюратор и, соответственно, частотой вращения коленвала двигателя внутреннего сгорания. Привод 6 включает в себя блок управления БУ12-8-1-01, шаговый электродвигатель ДШ65-006-3 (ЗАО «Машиноаппарат», г. Москва) и специальный редуктор. Электродвигатель и редуктор установлены на румпеле лодочного мотора.
На участок 8 подготовки ЛМ поступают моторы, прошедшие предварительную регулировку и обкатку. Перед испытаниями моторы оснащаются дополнительными узлами и устройствами в соответствии с технологией автоматизированных испытаний. После испытаний моторы приводятся к штатной комплектации. Стойка 11 гидромеханической подсистемы нижнего уровня 2 имеет силоизмерительную транцевую доску (на рис. 1 не показана), на которую устанавливается испытываемый лодочный мотор 12. Узел силоизмерительной транцевой доски включает в себя динамометрические устройства 14 и 15, обеспечивающие измерение крутящего момента MКВ на коленчатом вале ДВС и тягового усилия Rгребного винта лодочного мотора.
Информационно – измерительная подсистема испытательного комплекса АИК-1 обеспечивает получение информации о физических величинах лодочного мотора и окружающей среды, перечень которых представлен в табл. 1. Таблица 1 Перечень измеряемых физических величин лодочного мотора и окружающей среды
*) – основная приведенная погрешность первичных преобразователей.
В состав информационно – измерительной подсистемы входят две группы измерителей физических величин.
К первой группе измерителей относятся: § тахогенератор 13 модели ТГП-3 (ОАО «Московский завод электромеханизмов»), измеряющий частоту nКВвращения коленчатого вала ДВС ЛМ; § динамометры 14 и 15, обеспечивающие измерение крутящего момента MКВ на коленчатом вале и тягового усилия Rгребного винта (первичные преобразователи динамометров это тензопреобразователи модели С05); § измеритель массы mТ расходуемого топлива, основными компонентами которого являются динамометрические весы 16 с первичным тензопреобразователем С05 и дополнительный топливный бак 23.
Выходные сигналы измерителей первой группы поступают в измерительный блок 22, в состав которого входят вторичные преобразователи и четыре табло цифровой индикации текущих значений частоты nКВвращения коленвала, крутящего момента MКВ на коленвале, тягового усилия Rгребного винта и массы mТ топлива в баке 23. Измерительный блок 22 масштабирует входные аналоговые сигналы и подает их в контроллер ПЛК 4.
Ко второй группе измерителей относятся только первичные преобразователи, выходные сигналы которых поступают непосредственно в контроллер ПЛК 4: § термопреобразователь 17 (модель ТСП 012.02 с защитной гильзой, СКБ «Термоприбор», г. Москва) для измерения температуры tСЛводы на сливе системы охлаждения ДВС ЛМ 12; § термопреобразователь 18 (модель ТСП 012-03.02, без защитной гильзы) для измерения температуры tАТМ атмосферного воздуха в испытательном помещении 2; § термопреобразователь 19 (модель ТСП-012.02-03.02 с защитной гильзой) для измерения температуры tВОД воды в испытательной емкости 10; § первичный преобразователь 20 (модель 24PCCFA, фирма «Honeywell» Inc.) для измерения давления pАТМ атмосферного воздуха в испытательном помещении 2; § первичный преобразователь 21 (модель HIH-3602-L, фирма «Honeywell» Inc.) для измерения относительной влажности RH атмосферного воздуха в испытательном помещении 2.
Электромашинная подсистема испытательного комплекса АИК-1 предназначена для вращения коленчатого вала ДВС ЛМ при решении следующих задач: § автоматический запуск ДВС и определение скорости (частоты вращения) запуска – т. е. минимальной частоты вращения коленвала, необходимой для запуска ДВС; § автоматическое определение внешней скоростной характеристики ДВС. Электромашинная подсистема выполнена в виде скоростного следящего привода (ССП) переменного тока, который включает в себя следующие компоненты: § 3-х фазный асинхронный электродвигатель (АД) 24 модели 4АМ52П132 М4П5УХЛ4 (мощность 11 кВт, максимальная частота вращения 4000 об/мин), дополнительно оснащенный датчиками угла и скорости; АД установлен на стойке 11, вал АД ориентирован вертикально;§ механическая передача (редуктор, маховик, кардан), с помощью которой вал АД соединяют с коленвалом испытываемого ЛМ 12; § усилитель 25 мощности, состоящий из преобразователя частоты модели Р-15 (НПО «Сапфир» г. Москва) и блока управления, специально разработанного ЦНИИАГ для задач, решаемых ССП в составе АИК-1; § блок 26 балластных резисторов, предназначенный для утилизации в теплоту электроэнергии, генерируемой ССП при уменьшении им крутящего момента нагрузки на коленвале ДВС ЛМ в процессе определения внешней скоростной характеристики ДВС (предусмотрена также возможность рекуперации генерируемой электроэнергии в сеть, однако имеется опасение внесения помех недопустимого уровня, если электросеть имеет очень низкое качество); § пульт 27 местного управления, используемый при настройке некоторых характеристик ССП для различных моделей и модификаций лодочных моторов.
Блок-схема автоматизированного испытательного комплекса АИК-1 представлена на рис. 2, на котором сохранена нумерация позиций рис. 1. Схема раскрывает основные взаимосвязи отдельных модулей контроллера ПЛК 4 между собой и с другими компонентами испытательного комплекса.
На участке 8 лодочный мотор ЛМ 12 проходит предиспытательную подготовку – оснащается дополнительными узлами и устройствами в соответствии с технологией автоматизированных испытаний (мотор оснащается топливной арматурой для присоединения дополнительного топливного бака 23, на румпель ЛМ устанавливаются шаговый электродвигатель и редуктор привода 6 рукоятки газа и т. д.). Затем ЛМ устанавливается на транцевую доску гидромеханической подсистемы испытательного комплекса и к нему присоединяются элементы, необходимые для проведения данной категории испытаний (к коленвалу ДВС присоединяется кардан привода ССП, подсоединяется топливный бак 23 и т. д.). После включения подачи топлива все испытания выполняются в автоматизированном режиме (с участием оператора – испытателя нижнего уровня).
В ТУ на лодочные моторы предписано выполнение приемо-сдаточных и периодических испытаний.
Приемо-сдаточным испытаниям подвергается каждый выпускаемый лодочный мотор после технологического прогона и регулировки. При приемо-сдаточных испытаниях контролируются и протоколируются следующие параметры лодочного мотора: § наименьшая устойчивая частота nКВ.НУ вращения коленвала ДВС; § максимальная частота nКВ.МАХ вращения коленвала ДВС; § зависимость tСЛ = f(nКВ) температуры воды на сливе системы охлаждения ДВС от частоты вращения коленвала. Также измеряются и протоколируются следующие параметры окружающей среды: § температура tВОД воды в испытательной емкости; § температура tАТМ атмосферного воздуха в испытательном помещении; § давление pАТМатмосферного воздуха в испытательном помещении; § относительная влажность RH атмосферного воздуха в испытательном помещении.
Для проведения периодических испытаний отбираются моторы из числа прошедших приемо-сдаточные испытания. Периодичность и объем испытаний установлены в ТУ. При периодических испытаниях контролируются (измеряются и, при необходимости, рассчитываются) и протоколируются следующие параметры лодочного мотора: § внешняя скоростная характеристика ДВС лодочного мотора, которая в соответствии с ГОСТ 14846-81 включает в себя функциональные зависимости от частоты вращения коленвала следующих величин: MКВ = f(nКВ) – крутящего момента нагрузки на коленвале ДВС, N= f(nКВ) – мощности ДВС, GТ = f(nКВ) – массового часового расхода топлива, g = f(nКВ) – удельного расхода топлива; § температура tСЛ воды на сливе системы охлаждения ДВС на некоторых стадиях испытаний; § параметры окружающей среды (аналогично приемо-сдаточным испытаниям); § максимальные значения MКВ.МАХ,NМАХ, RМАХ крутящего момента, мощности и тягового усилия; § эффективные значения частоты вращения коленвала ДВС (значения частоты вращения при максимальной мощности и максимальном тяговом усилии); § массовый часовой расход GТ топлива при максимальной мощности ДВС.
Помимо приемо-сдаточных и периодических испытаний автоматизированный комплекс АИК-1 позволяет выполнять различные специальные испытания. Для этого необходимо иметь (или дополнительно разработать) соответствующее прикладное программное обеспечение верхнего уровня испытательного комплекса.
Рис. 2. Блок-схема автоматизированного испытательного комплекса АИК-1
К специальным испытаниям относятся, в частности, следующие: § аттестация нестандартных средств, каналов и систем измерения, используемых в испытательном комплексе; § обучение операторов – испытателей верхнего и нижнего уровней испытательных комплексов с имитацией различных, в том числе нештатных и аварийных, испытательных ситуаций; § исследовательские испытания, например, сравнительные испытания различных моделей и модификаций лодочных моторов, сравнительные испытания различных типов гребных винтов и т. д.; § демонстрационные (рекламные) испытания.
Представленный автоматизированный испытательный комплекс АИК-1 является основой для создания иных моделей и модификаций комплексов стендовых испытаний с высоким уровнем автоматизации. В перспективе мы видим возможность создания следующих моделей испытательных комплексов.
1. Автоматизированный испытательный комплекс, нижний уровень которого имеет несколько (4 … 6) испытательных емкостей. Процессы управления испытаниями на каждой емкости независимы друг от друга. Такой испытательный комплекс, в настоящее время, обеспечит потребности испытательного участка цеха, производящего лодочные моторы. Комплекс будет иметь следующие особенности по отношению к комплексу АИК-1: § гидромеханическая и электромашинная подсистемы, привод рукоятки газа ЛМ, измерители параметров лодочного мотора, панель UniOP оператора-испытателя нижнего уровня имеются у каждой испытательной емкости; § участок подготовки ЛМ, измерители параметров окружающей среды – общие для всего нижнего уровня испытательного комплекса; § состав верхнего уровня испытательного комплекса сохраняется (ПЛК и АРМ); § конфигурация контроллера иная (требуются дополнительные модули); § новое программное обеспечение верхнего уровня испытательного комплекса.
2. Автоматизированные комплексы для испытаний лодочных моторов мощностью более 5-и л. с. Такие комплексы отличаются от рассмотренных выше только мощностью электромашинной подсистемы, некоторыми конструктивными особенностями элементов нижнего уровня и программным обеспечением верхнего уровня испытательного комплекса.
Достоинства автоматизированных испытательных комплексов (по сравнению с неавтоматизированными) очевидны: § соответствие современному уровню автоматизации технологических процессов; § высокая точность и объективность результатов испытаний; § минимизация времени и сокращение стоимости проведения испытаний; § возможность проведения комплексных испытаний (одновременно по многим контролируемым параметрам) в течение малого периода времени; § высокая гибкость и переналаживаемость автоматизированного комплекса при изменении видов и объектов испытаний.
ЛИТЕРАТУРА 1. Универсальные программируемые промышленные контроллеры серии "ЭК-2000": Инструкция по эксплуатации. – М. Эмикон, 1994. – 30 с. 2. Интегрированная система разработки прикладного программного обеспечения CONT – Designer: Руководство пользователя / Сост. А. В. Алексеев. – М.: Эмикон, 1990. – 109 с. 3. Интегрированная система разработки прикладного программного обеспечения CONT – DesignerforWindows: Руководство программиста / Сост. А. В. Алексеев. – М.: Эмикон, 2006. – 70 c. Публикации с ключевыми словами: испытания, лодочные моторы, компьютеризированный комплекс Публикации со словами: испытания, лодочные моторы, компьютеризированный комплекс Смотри также: Тематические рубрики: Поделиться:
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|