CN106525441A

CN106525441A - 一种火箭发动机试验用高精度高可靠性的地面增压系统

Info

Publication number: CN106525441A
Application number: CN201610959359.0A
Authority: CN
Inventors: 赵洪波; 王海峰; 陈春富; 刘瑞敏; 崔海; 郭素芳; 曲胜; 杨思锋; 王森
Original assignee: Beijing Institute of Aerospace Testing Technology
Current assignee: Beijing Institute of Aerospace Testing Technology
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2017-03-22

Abstract

本发明公开了一种火箭发动机试验用高精度高可靠性的地面增压系统，属于航天领域。主要由PLC、继电器矩阵、DC电源、增压电磁阀、隔离阀、贮箱、薄膜调节阀、压力变速器、电气转换器、安全栅、双回路调节器、上位机组成。所述系统以薄膜调节阀的连续增压为主，以孔板+电磁阀增压模式为辅的智能增压系统的物理框架模式，进行了自动增压控制系统的设计。所述系统以西门子S7‑300可编程控制器作为集中控制设备。所述系统釆用双回路控制器作为现场控制设备。所述系统通过PROFIBUS总线实现数据共享和分布式控制功能。实现了高精度射前增压，增压流量精度控制在5‰以。

Description

一种火箭发动机试验用高精度高可靠性的地面增压系统

技术领域

本发明涉及一种增压系统，用于火箭发动机试验或动力试验使用，属于运载火箭地面工程应用领域。

背景技术

氢氧发动机试验台低温贮箱压力直接决定了发动机燃料或氧化剂泵前压力是否满足高转速低温泵的工作要求。自动增压系统的设计既要满足较高的控制精度，又要保箱压在短时间内达到稳定。氢氧发动机试验按照发动机工作流程分为程序预冷段、起动段、主级工作段。程序预冷段一般流量较小，需要根据系统温度下降的情况人工判断所需要的箱压力；起动段由于发动机的推进剂流量快速爬升，要求储箱压力具备快速响应能力；主级工作段推进剂伴随发动机工况调节流量发生小幅度的多周期变化，要求泵前压力保持稳定，因此贮箱压力必须具备自动闭环控制能力。

现有试验台介质贮箱增压模式主要有以下几种：

(1)人工手动增压方式，无远程控制；

(2)减压器增压方式，单元远程控制；

(3)PID薄膜调节阀增压方式，PID程序控制；

(4)电磁阀增压方式，远程比较方式开关控制。

从增压方式上，人工手动增压优点是易实现箱压的大范围调节，比较适应于短程变工况试验，缺点是动态特性差，增压精度差。对于减压器增压方式，优点是易实现长时间平稳增压，较适用于发动机长程试验，缺点是启动特性差，箱压随机误差散布大，调节性能差。对于PID薄膜调节阀增压方式，优点是易实现大流量长时间稳定增压，比较适宜于大推力发动机长程试验，缺点是动态特性差，不能适应发动机变工况试验；电磁阀系统成本低，响应快，但可控性较差，易超调。

从控制方式上，PID控制和比较方式开关控制虽然广泛采用，其中PID控制配合薄膜调节阀控制精度高，但动态响应速度慢，适合用于压力不高，恒定流量、试验时间充裕的系统上，电磁阀比较开关控制虽然动态响应快，但容易超调，适合用于对压力控制精度要求不高的试验系统。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的缺陷，根据大推力氢氧发动机试验台自动增压系统的需求，研制了一种高精度高可靠性的地面增压系统。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种高精度高可靠性的地面增压系统，包括：PLC(西门子S7-300)、继电器矩阵、DC电源、增压电磁阀、隔离阀、贮箱、薄膜调节阀、压力变速器、电气转换器、安全栅、双回路调节器、上位机。自动增压控制系统工作流程如下：(1)发动机程序预冷段通过传感器监测贮箱气枕压力，并传送给双回路控制器，由双回路控制器完成对压力值判读，PLC通过PROFIBUS控制双回路控制器，共享数据，实现孔板增压系统的控制；(2)发动机起动段启动段前期，通过传感器监测贮箱气枕压力，并传送给双回路控制器，由双回路控制器完成对压力值判读，PLC通过PROFIBUS控制双回路控制器，共享数据，实现孔板增压系统的控制。启动段后期，当箱压达到一定数值后，启动薄膜调节阀控制增压；(3)主级工作段通过传感器监测忙箱气枕压力，并传送给双回路控制器，由双回路控制器完成对压力值判读，并优先使用薄膜调节阀增压。同时，PLC通过PROFIBUS控制双回路控制器，共享数据，孔板增压系统实时冗余备份。

所述系统以薄膜调节阀的连续增压为主，以孔板+电磁阀增压模式为辅的智能增压系统的物理框架模式，进行了自动增压控制系统的设计。

所述系统以西门子S7-300可编程控制器作为集中控制设备。

所述系统采用双回路控制器作为现场控制设备。

所述系统通过PROFIBUS总线实现数据共享和分布式控制功能。

所述系统以继电器矩阵板、直流电源、电磁阀、智能电气阀门定位器、传感器和控制电缆等构成中间转换和执行部件。

有益效果

附图说明

图1为自动增压系统原理图。其中，1－PLC(西门子S7-300)、2－继电器矩阵、3－DC电源、4－增压电磁阀、5－隔离阀、6－贮箱、7－薄膜调节阀、8－压力变速器、9－电气转换器、10－安全栅、11－双回路调节器、12－上位机。

具体实施方式

下面结合附图1和典型实施例对本发明进一步描述。

如附图1所示，本发明提供了一种高精度高可靠性的地面增压系统。该系统包括PLC(西门子S7-300)1、继电器矩阵2、DC电源3、增压电磁阀4、隔离阀5、贮箱6、薄膜调节阀7、压力变速器8、电气转换器9、安全栅10、双回路调节器11、上位机12。

整体安装关系：

上位机12通过PROFIBUS总线与PLC(西门子S7-300)1相连；贮箱6压力由压力变送器8测得，通过安全栅10向双回路调节器11；由双回路控制器11完成对压力值判读，PLC1通过PROFIBUS控制双回路控制器11，共享数据；一方面，PLC1通过继电器矩阵2对增压电磁阀4进行控制；继电器矩阵2需有DC电源3供电；另一方面，PLC1通过PROFIBUS总线，经由双回路控制器11、安全栅10、电气转换器9对薄膜调节阀7进行控制；增压气分成两路，一路通过增压电磁阀4进入贮箱，另一路通过隔离阀5、薄膜调节阀7进入贮箱。

工作原理：(1)发动机程序预冷段通过压力变送器8监测贮箱6气枕压力，并传送给双回路控制器11，由双回路控制器11完成对压力值判读，PLC1通过PROFIBUS控制双回路控制器11，共享数据，实现电磁阀(孔板增压系统)的控制；(2)发动机起动段启动段前期，通过压力变送器8监测贮箱6气枕压力，并传送给双回路控制器11，由双回路控制器11完成对压力值判读，PLC1通过PROFIBUS控制双回路控制器11，共享数据，实现电磁阀(孔板增压系统)的控制。启动段后期，当箱压达到一定数值后，启动薄膜调节阀7控制增压；(3)主级工作段通过压力变送器8监测忙箱6气枕压力，并传送给双回路控制器11，由双回路控制器11完成对压力值判读，并优先使用薄膜调节阀7增压。同时，PLC通过PROFIBUS控制双回路控制器，共享数据，电磁阀(孔板增压系统)实时冗余备份。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种火箭发动机试验用高精度高可靠性的地面增压系统，包括：PLC(西门子S7-300)(1)、继电器矩阵(2)、DC电源(3)、增压电磁阀(4)、隔离阀(5)、贮箱(6)、薄膜调节阀(7)、压力变速器(8)、电气转换器(9)、安全栅(10)、双回路调节器(11)、上位机(12)，其特征在于：采用以薄膜调节阀的连续增压为主，以孔板+电磁阀增压模式为辅的多功能增压方式。

2.如权利要求1所述的一种高精度高可靠性的地面增压系统，其特征在于：以西门子S7-300可编程控制器作为集中控制设备。

3.如权利要求1所述的一种高精度高可靠性的地面增压系统，其特征在于：釆用双回路控制器作为现场控制设备。

4.如权利要求1所述的一种高精度高可靠性的地面增压系统，其特征在于：通过PROFIBUS总线实现数据共享和分布式控制功能。