Главная → Примеры внедрения → Автоматизация испытательного стенда для газотурбинных авиадвигателей

Автоматизация испытательного стенда для газотурбинных авиадвигателей

В рамках программы объявленного и реализуемого ОАО «ММП им. В.В. Чернышёва» широкомасштабного технического перевооружения в 2007 году на предприятии был введён в эксплуатацию новый испытательный стенд. Данное оборудование предназначено для проведения испытаний двух различных типов авиационных двигателей: РД-93 и РД-33МК (выпускается серийно для экспортных вариантов истребителей МиГ-29). Основная часть работ по проектированию и оснащению нового испытательного стенда осуществлялась ОАО «ГИПРОНИИАВИАПРОМ», с которым НПП «МЕРА» поддерживает тесные партнёрские отношения и имеет соглашение о стратегическом сотрудничестве. В состав систем стенда вошла разработанная НПП «МЕРА» автоматизированная система управления технологическим процессом испытаний двигателей (АСУТП ИС). Применение подобных систем является одним из условий для обеспечения требований нормативной документации, предъявляемых к испытательным стендам и выпускаемой предприятием продукции.

Перед московским машиностроительным предприятием стояла задача замены морально и физически устаревшего оборудования испытательного стенда. Существовавшая на момент модернизации система контроля параметров испытываемых изделий была создана несколько десятилетий назад и не соответствовала растущим требованиям к точности и достоверности измерений. Предприятие, специализирующееся на разработке, производстве и испытаниях авиационных двигателей, внедряя на своих испытательных стендах современные автоматизированные системы управления и контроля испытаний, решает задачу повышения точности и достоверности оценки параметров исследуемого объекта. Немаловажными с точки зрения целей модернизации оказываются: уменьшение времени обработки результатов испытания, сокращение трудоёмкости, экономия топлива и энергии, соответствие современным экологическим требованиям. Достижение оптимальных значений ресурсных затрат и повышение точности испытаний отражается на качестве и себестоимости выпускаемого изделия, что значительно улучшает экономические показатели предприятия.

Объект испытаний - реактивный двигатель

Таким образом, перед ММП им. Чернышёва существовала задача оснащения своего испытательного стенда новейшей комплексной системой автоматизации измерений. Создателем этого автоматизированного измерительного комплекса стало НПП «МЕРА», имеющее большой опыт построения подобных систем.

Внедрённая научно-производственным предприятием «МЕРА» на заводе им. Чернышёва АСУТП ИС отвечает всем многочисленным требованиям, предъявляемым к современному измерительному оборудованию, работающему в условиях стендовых испытаний:

• работа с широкой номенклатурой датчиков (как с современными, так и с выпускавшимися несколько десятилетий назад);
• возможность интеграции подсистем измерения статических и динамических параметров в единый комплекс;
• возможность без существенных материальных и временных затрат наращивать количество и номенклатуру измерительных каналов, а также функциональные возможности программного обеспечения;
• открытость и модульность архитектуры аппаратных и программных средств;
• стандартизация форматов обмена измерительной информацией;
• надёжность и стабильность работы, высокие показатели ремонтопригодности, что особенно значимо при испытаниях объектов авиационно-космического назначения;
• высокие метрологические характеристики;
• наглядность и оперативность получения отчётной информации по испытаниям;
• высокая рентабельность за счёт сохранения эксплуатационных свойств в течение всего срока эксплуатации;
• доступность и качество гарантийного и послегарантийного обслуживания.

Основными функциями АСУТП ИС являются:

• автоматизированная проверка готовности системы и технологических систем стенда к испытанию двигателей, контроль работоспособности систем стенда, управляющих запуском и режимами работы двигателей;
• автоматизированная подготовка и управление технологическими системами стенда:
  • топливной;
  • масляной;
  • загрузки гидронасосов;
  • загрузки генераторов;
  • кислородной;
  • отбора воздуха;
  • силоизмерительной;
  • системой перепуска воздуха и двигателем подогрева воздуха на режимах с подогревом воздуха;
• автоматизированное выполнение циклограммы испытания двигателя;
• автоматизированное измерение параметров испытываемого двигателя;
• автоматизированная обработка измеряемых параметров;
• осциллографирование параметров переменных режимов работы двигателя;
• отображение параметров испытываемого двигателя на видеомониторах;
• отображение состояния систем двигателя;
• отображение состояния технологических систем испытательного стенда;
• сигнализация предаварийных и аварийных значений параметров на видеомониторах;
• автоматизированное формирование печатного протокола испытаний в соответствии с требованиями программы испытаний.

АСУТП ИС является гибкой системой и может адаптироваться к изменениям технологических требований. Системы сбора данных (ССД) АСУТП ИС реализованы на базе многоканальных комплексов MIC-400R, регистрирующих измерительные данные, получаемые от датчиков, расположенных на испытываемом изделии. Кабельные линии от датчиков проведены в кроссировочные шкафы, где находятся быстроразъёмные клеммные соединения и модули-нормализаторы сигналов, далее следуют унифицированные линии связи к комплексам MIC-400. Зарегистрированные и первично обработанные на ССД измерительные данные передаются по локальной сети на автоматизированную систему управления двигателем (АСУД), автоматизированную систему управления технологическими системами (АСУТ) и автоматизированную информационно-измерительную систему (АИИС). Одной из основных частей АСУТП ИС также является специализированное программное обеспечение.

Структура АСУ ТП ИС

Измерительные каналы АСУ ТП ИС

Измерительно-вычислительные комплексы MIC и набор модулей, использованные при построении АСУТП ИС, сертифицированы в РФ (Свидетельство об утверждении типа средств измерений RU.C.34.010.A №18031).

На мониторах операторской станции АСУД отображаются положения управляющих переключателей и контролируемые параметры в виде стрелочных приборов, наглядно демонстрирующих динамику изменения данных показателей. Оповещение об аварийной ситуации осуществляется звуковым сигналом и отображением на мониторе мнемосхемы с изображением аварийного параметра.

Формуляры для объектов типа РД-93

Автоматизированная система управления двигателем выполняет следующие функции:

• подача питания на систему управления двигателем;
• выбор категории испытаний (предъявительские, приёмо-сдаточные, ресурсные);
• выбор типа двигателя;
• управление коммутационной аппаратурой запуска двигателей;
• управление аппаратурой защитных систем двигателей;
• загрузка агрегатов в процессе испытания двигателей.

АСУТ обеспечивает автоматизированную подготовку и включение/выключение технологических систем стенда для проведения испытаний, автоматизированный контроль состояния технологических систем на всех этапах испытаний.

АИИС испытательного стенда предназначена для:

• измерения параметров испытываемого двигателя и технологических систем стенда;
• выполнение градуировок измерительных каналов АИИС с целью определения градуировочных коэффициентов или определения погрешности измерительного канала;
• градуировки силоизмерительной системы испытательного стенда;
• автоматизированной обработки измеряемых параметров, вычисления физических и расчётных значений параметров на различных режимах работы двигателя;
• оценки характеристик направляющих аппаратов двигателей на различных режимах работы;
• предпусковой погрупповой проверки исправности измерительных каналов;
• отображения параметров испытываемых двигателей на видеомониторе оператора АИИС в виде цифровых значений, графиков, мнемосхем и других графических элементов;
• слежения за аварийными параметрами двигателей и стенда, сигнализации о предаварийных, аварийных значениях параметров;
• записи значений основных параметров двигателей и стендовых систем, результатов измерения и обработки параметров на установившихся и переходных режимах работы двигателей, аварийных и предаварийных сообщений в базу данных испытаний;
• извлечение из базы данных испытаний значений основных параметров двигателей и стендовых систем, результатов измерения и обработки параметров на установившихся и переходных режимах работы двигателей, аварийных и предаварийных сообщений из базы данных испытаний после завершения испытаний;
• извлечение из базы данных испытаний значений любых параметров при испытаниях ряда различных двигателей и их сравнительный анализ.

Ранее использовавшееся оборудование

Новый пульт управления АСУ ТП ИС

Формуляры топливной, масло-, гидро- и пневмо- систем

Графическое отображение параметров испытываемого двигателя и стендовых систем на видеомониторах производится в течение всей работы АИИС в:

• окне основных параметров двигателя и характеристик направляющих аппаратов;
• окне измерения и обработки переходных режимов;
• окне параметров стендовых систем;
• окне отображения аварийных сообщений.

Управление запуском процесса регистрации данных

Оператор АИИС имеет возможность переключать окна отображения параметров, запускать расчёты контрольных точек, измерение и обработку переходных режимов, вывод измеренных и обработанных параметров в печатный протокол испытаний. По указанию оператора АИИС основные измеренные параметры двигателя записываются в долговременную базу данных хранения параметров испытаний.

В качестве системного программного обеспечения (ПО) на всех аппаратных средствах измерительного комплекса устанавливается операционная система Windowsтм. Программой управления измерительно-вычислительными комплексами MIC-400 является разработанное НПП «МЕРА» ПО Recorder. Характерной особенностью АСУТП ИС является его многоуровневое ПО. Для обеспечения функционирования каждой из автоматизированных систем (АСУТ, АСУД, АИИС) используется специализированное ПО (ПО АСУТ, ПО АСУД, ПО АИИС) собственной разработки НПП «МЕРА». Работа всего комплекса ПО АСУТП ИС синхронизирована системой единого времени. Между отдельными подсистемами ПО выполняется информационный обмен посредством общих файлов, информационной сети Ethernet, специальных функций операционной системы и посредством стандартного протокола OPC. Протокол OPC позволяет в качестве программного обеспечения использовать любую SCADA-систему, поддерживающую OPC, в том числе и LabVIEW^тм.

В соответствии с требованиями технического задания доступ к программному обеспечению контролируется для защиты от несанкционированного вмешательства или случайного повреждения. Все действия оператора автоматически заносятся в журнал в процессе испытаний.

Оценка результатов эксплуатации модернизированного стенда отражена в заключении, сделанном генеральным директором ОАО «ММП им. В.В. Чернышёва». В направленном им генеральному директору НПП «МЕРА» благодарственном письме говорится о высокой надёжности, функциональности и удобстве в эксплуатации, разработанной НПП «МЕРА» АСУТП ИС, выражается благодарность коллективу предприятия и надежда на дальнейшее сотрудничество.

Начальник участка КИП цеха испытаний ОАО «ММП им. В. В. Чернышёва» в справке о работе информационно-измерительной системы подчеркнул следующие достоинства модернизированного при участии НПП «МЕРА» испытательного стенда:

1. Современная многоуровневая автоматизированная система управления испытанием;
2. Наличие АвтоРУДа, исключающего тросовое управление режимами работы двигателя;
3. Обработка измеряемых параметров в соответствии с ГОСТ 8.207 (измерения при многократных наблюдениях);
4. Отсутствие ручных механических переключателей (тумблеров, кнопок, выключателей);
5. Гибкость настройки ПО, позволяющая добавлять или корректировать формулы расчётов;
6. Высокая частота опроса параметров с автоматической записью значений всех параметров;
7. Использование компьютерных систем записи параметров позволяет отказаться от применения устаревших приборов и оборудования (шлейфовых осциллографов, частотомеров и т.п.);
8. Более 50 алгоритмов обработки сигналов;
9. Возможность построения взаимозависимостей параметров;
10. Применение быстроразъёмных клеммных соединений;
11. Высокая культура производства при проведении испытаний двгателя;
12. Универсальность — возможность проведения испытаний двух различных типов двигателей (РД-93 и РД-33МК);
13. Использование современных первичных преобразователей, расположенных в непосредственной близости от объекта испытаний, обеспечивающих минимальную погрешность;
14. Управление подогревом воздуха на входе в изделие с помощью цифровых автоматизированных устройств управления.

Особо было отмечено, что все перечисленные выше преимущества обновлённого стенда обеспечены, в основном, за счёт применения АСУТП ИС, созданной НПП «МЕРА».

Все системы стенда и программное обеспечение прошли аттестацию, подтверждённую соответствующими документами. На ПО АСУТП испытаний двигателей РД-33МК и РД-93 32-ым Государственным научно-исследовательским испытательным институтом МО РФ выдано свидетельство о метрологической аттестации № 12/7.

За работу над проектом автоматизации стенда испытаний газотурбинных авиационных двигателей ОАО «ММП им. В.В. Чернышёва» коллектив НПП «МЕРА» был награждён медалью и премией имени Н. Д. Кузнецова, учреждённой Ассоциацией «Союз авиационного двигателестроения».