基于CCLink技术的多机型试车台控制系统设计应用

郭洪尧

摘要：CCLink现场总线技术作为一种网络化的控制系统正越来越多的应用到各行业中，该技术具有开放式、数据容量大的特点。本论文基于CCLink在航空发动机试车台改造项目的实践应用，介绍适用于多机型发动机试车台的关键设计方法和步骤，实践证明该技术可有效扩大发动机试车台使用范围提高使用效率。

关键词：CClink 试车台 控制系统

Abstract：CCLink fieldbus technology is being applied to more and more industries as a networked control system which has the characteristics of open and large data capacity. This paper based on CCLink technology which be practiced on aero engine test bed to introduce the key design methods and steps, and the application of this technology has proved expansion and the increase of efficiency of engine test bed.

Key words：CCLink testbed control system

1 简介

航空发动机试车台是对航空发动机进行综合技术分析的重要设施，用于调整发动机性能，考验发动机可靠性和耐久性，鉴定发动机是否符合规范。一般发动机制造厂设计建造的试车台，试车台数大，试车品种单一，主要通过大量试车台份提高使用效率，但是对于研制阶段不断改进机型就存在试车台资源紧缺，需不断改造的状况。

试车台改造主要为发动机控制系统，系统涉及大量的设备互联，如负载箱、电气控制柜、加载系统等，这些设备分布在试车车台不同位置。而对于发动机试车的控制系统来说需较高控制精度和响应效率，若采用传统的控制技术，将所有输入输出回路接到一个控制柜内，势必造成电路配线分布于各个电气柜，不仅造成线材和人力资源的浪费，也给后期的使用维护带来不便。

针对这种情况，本文利用三菱PLC的CCLink现场总线双向、多节点、总线式全数字通信特点，解决传统试车台分散、封闭缺陷。通过从单一种类试车台改造为多机型功能试车台实践应用，总结采用CCLink总线控制技术，将分布在不同控制柜设备接入远程分站，用网络线与远程分站建成工业控制网络并开发友好的上位机程序，实现控制中心与各设备之间信息交换。系统具有性能卓越、使用维护简单、应用广泛、兼容性强、成本低等优点，可高效发送和接受各种响应，解决了车台现场配线复杂问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性。该技术在多个发动机试车台得到验证，取得良好效果，提高了台架应用效率。

2系统结构

试车台控制系统有四个主要组成部分：现场设备、信息传输网络、PLC系统和上位监控设备（上位机）。现场设备由主要是由PLC下层设备接继电器、接触器、智能仪表和传感器等组成，实现发动机及其控制系统、各种工艺设备的的控制，如燃油系统、空气系统、液压加载系统、抽真空系统、引气系统等；信息传输网络为双绞线和网线以及相配套的通讯接口；本例中PLC系统结构采用拓扑树型结构，以PLC主站作为控制核心，以总线网络连接各个子站，各子站模块根据不同机型发动机控制器信号输入输出来匹配其功能，实现发动机试车过程中的各种功能检查和控制；上位机系统上位机采用Socket套接字技术，实现基于TCP/IP协议的与PLC实现网络通讯，界面采用NI Measurement Studio(仪表控件)开发控制程序。

2.1 PLC系统

主站PLC是系统控制核心，负责读取本地及远程输入信号，根据上位机选择向各个执行元件输出控制命令；主站模块采用Q系列32点输入输出模块和智能模块，QJ61BT11N是CCLink网络远程分站与主站系统的接口，可扩展至64个远程I/O站。其原理结构如图1所示：

图1 PLC系统示意图

远程输出模块，用于输出开关量信号，每个子站占用1个站号。采用CCLink专用电缆连接I/O模块，智能模块等，网络线两端安装110Ω终端电阻以消除网络干扰信号。连接后所有模块均由主站PLC的CPU控制。

控制模块类型表

模块名称 模块型号 模块数量 备注

主站CPU模块 Q00J 1 三菱Q系列

主站开入模块 QX41 2 Q系列32点开关输入模块

主站开出模块 QY41 2 Q系列32点开关输出模块

主站模拟量输出模块 Q68AD 1 8点模拟量输出模块

CCLink主站模块 QJ61BT11 1 CCLink主站模块

远程站模块 AJ65SBTB1-32D 2 远程I/O32点输出模块

远程站模块 AJ65SBTB1-32T 2 远程I/O32点输入模块

2.3 CCLink总线系统设置

使用三菱公司GX DEVELOPER 软件设置PLC网络参数，并在远程模块的前操作面板设置CCLink站好及通讯波特率，如图2所示。

图2 PLC模块设置

2.4工艺系统

包括发动机供氧供氮系统、抽真空、液压加载系统、交流加载系统、直流加载系统、燃油系统、飞机抽气系统，升降平台系统的连锁、电动大门的连锁、油门杆调节系统等。其中，液压加载系统和飞机抽气系统等应用模拟量输出实现全程无极调节，同时也在控制中程序设定实现定量控制。

2.5发动机系统模块

不同型号航空发动机控制逻辑相差甚远，主要由发动机控制器和燃油调节泵联合实现具体控制，发动机试车台通过上位机给PLC不同控制信号，由PLC模块输出继电器开关信号作为发动机控制器输入信号或由PLC智能模块控制试车台工艺系统以保证发动机的正常运转和功能检查。对不同发动机，本系统使用不同远程模块输入控制器并来自控制器的开关信号以在上位机显示。

3 程序设计

3.1 PLC逻辑设计

PLC程序保证各系统输入输出指令的正确响应。上位机通过TCP网络协议访问PLC内辅助储存器，为加快访问速度，将一次扫描所有机型的输入信号灯和输出控制点而不分块控制，显示在上位机控制屏幕上。PLC程序采用梯形图方式进行逻辑编程，以简短的指令实现逻辑功能，节省执行时间，提高对输入的响应；采用结构化程序块编程，每一个子系统采用单独的程序块，并对每一程序块实现的主体功能进行描述，在必要的程序块内的程序段落描述该段落程序实现的功能在划分内部控制点时，则需统一组合规划各个系统的区域。本系统中，0~149为输出信号（0~49为工艺系统控制输出信号，50~99为对A型发动机的输出信号，100~149为对B型发动机的输出信号，150~199为对C型发动机的输出信号,以此类推；从400开始为信号灯，400~449为工艺系统控制输出信号灯，450~499为A型发动机的输出信号灯，500~549为B型发动机的输出信号灯，550~599为C型发动机的输出信号灯，以此类推。

3.2上位机监控系统

在软件设计中，兼顾操作方便性的同时考虑防错措施。屏幕主画面包含工艺系统电机及电磁阀控制，发动机控制器电源控制、输入信号控制及发动机信号反馈，发动机电加载系统的控制、发动机液压加载的无极调节控制等，以悬浮屏形式实现发动机地面监控信号以及各个系统的通讯显示，故障显示等功能。

上位机试车控制软件主要功能为电气操作和信号显示，包括带灯开关、信号灯、三位转换开关、无极转换开关和琴键开关等实现美观的显示和便捷的操作。主界面采用分页面显示，即当发动机处于不同状态或需切换操作时，可手动切换显示页面。报警页面正常情况下隐藏，当有报警信号时自动弹出。

如图3所示，主选择界面一是开车前检查屏幕，二是地面起动准备屏，三是慢车状态屏，四为中间状态屏，五为加力状态屏。屏幕间的转换是根据油门杆位置和发动机转速进行自动转换，也可进行手动控制转换。每个屏幕根据试车实际要求在屏幕显示当下需要的操作开关和工作的信号器信号，当做特殊试验时具备可选择加减相应操作开关和信号器信号的功能。电机和油泵的加载控制为悬浮屏幕，在停车，慢车和最大屏幕中出现，需要检查和加载时点击选择，出现相应的操作开关信号。所有的报警信号为隐藏屏幕，当有信号触发时，触发的报警信号才以红色信号在相应区域中显示出来。接通信号器信号为绿色，未接通信号为灰色，如图3所示。

为提高操作效率，与电子控制器通讯的信号未设置屏幕显示，通过协议解读到告警信号时，以红色报警信号出现在控制屏幕相应的区域中。重点信号如燃油控制故障，喷口控制故障，涡轮后温度限制程序工作，高压转子限制程序等信号则通过浮屏监控。

图3上位机控制界面

4 结语

1）本文介绍应用CCLink技术设计多种发动机机型的试车台控制系统设计方法，在车台功能实现上实现灵活配置，可节省电缆敷设和施工费用，并在试车台上得到验证，控制稳定，可靠。

2）该技术可根据试车台需要不断扩展新发动机机型，添加新工艺系统控制功能。在改造过程种节约改造时间，加快科研进度。

参考文献：

[1]阮友德.电气控制与 PLC 实训教程[M].人民邮电出版社， 2012,8

[2]郭新兰 ；胡凯；邱毅；夏李强 基于 PLC 的罐装贴标控制系统设计与开发

价值工程 1006-4311（2018）28-0180-02

[3] 杨秀文 自动化生产线中 CCLINK 总线技术及工业机器人通讯 《自动化技术与应用》 1003-7241(2015)07-0083-03

[4] 三菱公司 ．FX2N-16CCL-M 和 FX2N-32CCL CCLink主站模块和接口模块用户手册[Z]．菱电自动化有限公司， 2010．