CN106908245B - 航空发动机试验器稳态测控系统及其数据共享方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空发动机试验器测控系统及其数据共享方法，该测控系统包括多个子系统，该数据共享方法包括以下步骤：在各子系统中分别配置功能子端，各功能子端点对点连接；在其中一子系统中配置数据交换端；在该数据交换端接收各功能子端的数据并整合成输入总表；根据各功能子端的需求配置包含交换数据的多个输出表，分发到各功能子端；以及在各功能子端根据接收的交换数据，完成测控工作，实现数据共享。

Description

航空发动机试验器稳态测控系统及其数据共享方法

技术领域

本发明涉及航空发动机试验器，尤其是涉及航空发动机试验器稳态测控系统的数据共享方法。

背景技术

航空发动机通过试验器来来进行试验，而试验器测控系统的性能直接影响着试验的效果。通常地，航空发动机试验器的测控系统按测控对象的不同，可分为试验参数测试和设备参数测控两部分。试验参数测试是对试验件相关参数进行测试，用于完成相关试验验证。设备参数测控是对试验器主体及其辅助设备进行测试和控制，按照试验验证要求控制试验器主体及辅助设备达到相关试验状态。

由于航空发动机各种试验器的特殊性，大型试验器的测控系统往往按功能或工作职能的不同，分为多块子系统，将各子系统分配给不同开发团队完成。这些未经整合的子系统给数据的共享、系统的升级和拓展带来不便。因此整合各系统软件、实现数据共享已成为测控系统的迫切需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种航空发动机试验器稳态测控系统及其数据共享方法，可以实现航空发动机试验器测控系统的数据共享。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种航空发动机试验器测控系统的数据共享方法，该测控系统包括多个子系统，该方法包括以下步骤：在各子系统中分别配置功能子端，各功能子端点对点连接；在其中一子系统中配置数据交换端；在该数据交换端接收各功能子端的数据并整合成输入总表；根据各功能子端的需求配置包含交换数据的多个输出表，分发到各功能子端；以及在各功能子端根据接收的交换数据，完成测控工作，实现数据共享。

在本发明的一实施例中，该多个子系统包括涡轮设备测控模块、性能采集处理模块和加温站测控模块。

在本发明的一实施例中，该涡轮设备测控模块包括冷却控制系统和主气控制系统，该冷却控制系统和主气控制系统上分别配置功能子端。

在本发明的一实施例中，选择性的运行该功能子端的一部分。

在本发明的一实施例中，各功能子端通过UDP/IP协议进行点对点连接。

在本发明的一实施例中，该交换数据的组成包括通道号、参数名称、参数代号以及量纲单位，其中该通道号代表该数据的来源和性质。

在本发明的一实施例中，该通道号为虚拟通道号。

本发明还提出一种航空发动机试验器测控系统，该测控系统包括：多个子系统；多个功能子端，分别配置在各子系统中，各功能子端点对点连接；以及

数据交换端，配置在其中一子系统中，该数据交换端用于接收各功能子端的数据并整合成输入总表，且根据各功能子端的需求配置包含交换数据的多个输出表，分发到各功能子端，且各功能子端用于根据接收的交换数据，完成测控工作，实现数据共享。

在本发明的一实施例中，该多个子系统包括涡轮设备测控模块、性能采集处理模块和加温站测控模块。

在本发明的一实施例中，该涡轮设备测控模块包括冷却控制系统和主气控制系统，该冷却控制系统和主气控制系统上分别配置功能子端。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，通过在各个模块中设置功能子端和数据交换端即可灵活实现数据共享；且在以后的技术改造发展中，新增加部分根据数据交换接口要求连接到网络中，即可实现数据共享。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出根据本发明一实施例的试验器测控系统。

图2示出本发明一实施例的试验器测控系统数据共享方法流程图。

图3示出根据本发明一实施例的高温高压涡轮试验器和工作涡轮试验器测控系统。

图4示出图3的涡轮设备测控模块的结构框图。

图5示出图3的性能采集处理模块的结构框图。

图6示出图3的加温站测控模块的结构框图。

图7示出图3所示测控系统的数据流示意图。

图8示出根据本发明另一实施例的高温高压涡轮试验器和工作涡轮试验器测控系统。

图9示出图8所示测控系统的数据流示意图。

具体实施方式

本发明的实施例描述航空发动机试验器测控系统及其数据共享方法，其设计了一个便于测控系统的各子系统进行数据共享的架构。

图1示出根据本发明一实施例的试验器测控系统。参考图1所示，本实施例的航空发动机试验器测控系统100包括多个子系统110、120和130。这些子系统通常按照功能或者工作职能被划分。各子系统110、120和130在物理上可以是集中的，也可以是分散的。这些子系统110、120和130可以通过网络设备实现连接。子系统110、120和130可以由同一个开发者开发，也可以由不同开发者开发。在后一种情况下，子系统的协同和数据共享是更大的挑战。各子系统110、120和130中可包含实现其功能所需的各种设备和程序。设备例如是传感器这样的采集设备、处理设备、控制设备和通信设备。程序例如是运行在设备中的采集程序、处理程序、控制程序和通信协议等。

测控系统100进一步包括多个功能子端112、114、122和132，分别配置在各子系统110、120和130中。每个子系统中所配置的功能子端的数量可以根据需要而定，例如是1个、2个或更多个，或者是不配置。当需要时，各功能子端112、114、112和132可以点对点连接。各功能子端112、114、122和132可实施为包含程序的模块，其程序可以被修改以方便地对应的更改功能子端。

数据交换端116，配置在其中一子系统中。在本例中被配置在子系统110中。数据交换端116用于接收各功能子端112、114、122和132的数据并整合成输入总表，且根据各功能子端的需求配置包含交换数据的多个输出表，分发到各功能子端。

相应的，各功能子端112、114、122和132用于根据接收的交换数据，完成测控工作，实现数据共享。

数据交换端116的接收表结构对应各功能子端112、114、122和132的发送表结构；数据交换端116的发送表结构对应各功能子端的接收表结构。并且，数据交换端116的收、发表结构长度是随各功能子端112、114、122和132传递需求长度变化，设计成浮动的。输入总表的结构可包含：记录个数和记录字段。记录个数是各功能子端112、114、122和132发送记录个数的总合，表的大小随记录个数浮动。

为了实现各功能子端112、114、122和132之间以及它们与数据交换端116之间的交互，建立各功能子端间数据的交换接口地址。由于航空发动机试验器测控需求的特殊性，网络数据交换协议最好采用UDP协议，实现功能子端的灵活增减。例如在其中一功能子端112运行时，不运行另一功能子端114。也就是说，各功能子端的运行与否是选择性的。

各功能子端间的交换数据命名方法可以统一定义，便于识别数据来源。例如即交互数据可由通道号、参数名称、参数代号、量纲单位统一定义。尤其是通道号的定义能区分参数的来源和性质。通道号可采用虚拟通道号，方便数据查询、使用、维护和故障排除。

考虑到交互速度，交换的数据个数按各功能子端的需求，通过数据交换端的配置可灵活选择。具体地说，可以在输入总表中挑选需要的数据，形成各功能子端需要的各输出表。各功能子端112、114、122和132按交换数据“通道号、参数名称、参数符号、量纲单位”格式发送给数据交换端116，数据交换端116以每条记录按“通道号、参数名称、参数符号、量纲单位”格式组合成一张完整的”系统数据信息输入表”完成信息收集，再根据各功能子端112、114、122和132的需求，在数据交换端从“系统数据信息输入表”中抽取每个功能子端112、114、122和132需要的记录信息，形成多个输出表；通过例如UDP/IP网络协议，点对点的将对应需求的输出表发送给各功能子端，完成数据交换与共享。

在本实施例中，各表配置后的记录号顺序、通道号、参数名称、参数代号、量纲单位可以是固定的，对应的各功能子端112、114、122和132读取更新后的配置文件，在接收和发送记录信息时，按记录号顺序，只接收或发送量纲数据信息，提高交互速度。

图2示出本发明一实施例的试验器测控系统数据共享方法流程图。参考图2所示，归纳来说，本实施例的数据共享方法包括如下步骤：

在步骤201，在各子系统中分别配置功能子端，各功能子端点对点连接；

在步骤202，在其中一子系统中配置数据交换端；

在步骤203，在该数据交换端通过网络接收各功能子端的数据并整合成输入总表；

在步骤204，根据各功能子端的需求配置包含交换数据的多个输出表，分发到各功能子端；以及

在步骤205，在各功能子端根据接收的交换数据，完成测控工作，实现数据共享。

上文描述了测控系统的一般情况，下面以一个测控系统的实际例子进一步描述本发明。

图3示出根据本发明一实施例的高温高压涡轮试验器和工作涡轮试验器测控系统。参考图3所示，测控系统300可包括涡轮设备测控模块310、性能采集处理模块320和加温站测控模块330这3个示例性模块。涡轮设备测控模块310用于高温、高压涡轮试验器和工作涡轮试验器的测控，其上运行不同软件实现两个试验器的主气控制。涡轮设备测控模块310可输出主气、冷气和滑油系统的压力、温度、流量、阀门等测控信号，燃油系统的压力、温度、流量、变频泵、点火器等测控信号，以及水系统的压力、温度、流量、阀门、液位等测控信号。性能采集处理模块320能够采集数据、计算数据和设定状态数据。例如性能采集处理模块320可采集压力、来自热电偶的温度以及来自扭轴的扭矩。加温站测控模块330用于对高温、高压加温站的测控，其输入压力、温度、流量、阀位等电信号，且输出阀门控制信号、发动机控制信号以及电加温器控制信号。涡轮设备测控模块310、性能采集处理模块320和加温站测控模块330通过网络设备连接，实现网络通信。

涡轮设备测控模块310、性能采集处理模块320和加温站测控模块330可由同一开发者开发，也可分别2-3个不同的开发者开发。

涡轮设备测控模块310、性能采集处理模块320和加温站测控模块330在物理上可以是集中的或者分散的。例如涡轮设备测控模块310和性能采集处理模块320可在一个操作间内。涡轮设备测控模块310和加温站测控模块320可分设在两个试验厂房内。

图4示出图3的涡轮设备测控模块的结构框图。参考图4所示，涡轮设备测控模块310可包括冷气控制系统311、主气控制系统312、燃油及点火控制系统313、水力测功器供水及试验器冷却控制系统314、网络交换机315、数据交换端316、VXI测控系统317、NI cFP实时控制器318以及NI cFP实时控制器319。各部件连接到网络交换机315以便与其它模块通信。VXI测控系统317、NI cFP实时控制器318以及NI cFP实时控制器可分别输出主气、冷气和滑油系统的压力、温度、流量、阀门等测控信号，燃油系统的压力、温度、流量、变频泵、点火器等测控信号，以及水系统的压力、温度、流量、阀门、液位等测控信号。在此，各种控制系统中可分别配置功能子端，例如冷气控制系统311、主气控制系统312中分别配置功能子端。主气控制系统312中根据其配置，可分为高温高压涡轮试验器主气控制系统和工作涡轮试验器两种模式。

图5示出图3的性能采集处理模块的结构框图。参考图5所示，性能采集处理模块320可包括压力测量模块321、热电偶温度测量仪322、扭矩测量仪323、VXI 324、网络交换机325、试验数据管理数据库326、例如总控端、性能分析端、监视端和采集端的各种端口以及RS232接口327。各种仪器和端子连接到网络交换机325以便与其它模块通信。此外，扭矩测量仪323通过RS232接口327直接连接到其中一采集端。

图6示出图3的加温站测控模块的结构框图。参考图6所示，加温站测控模块330可包括网络交换机331、测试系统332、数据采集分析系统333、过程控制系统334、VXI 335、以及可编程控制器(PLC)336。各系统332、333和334连接到网络交换机331以便与其它模块通信。测试系统332通过VXI 335接收压力、温度、流量、阀位等电信号。过程控制系统334通过PLC 336输出阀门控制信号、发动机控制信号以及电加温器控制信号。

在工作时，涡轮设备测控模块310需要性能采集处理模块320开放网络接口，以便将外部系统数据传入性能采集处理模块320。传入的数据供计算分析、模拟显示、数据入库之用。并且，性能采集处理320内部采集数据、计算数据、设定状态数据等还可经数据交换端316传出到涡轮设备测控模块310的各系统供其使用。

虽然加温站测控模块330能够自动控制，但由于涡轮试验的复杂性，在涡轮试验时有时还是需要对加温站测控模块330的阀门开度、加温温度进行手动控制。涡轮设备测控模块310的高温高压涡轮试验器主气控制系统计算机界面设置了模拟阀门、温度控制手操器，通过数据交换端316将包含手动/自动控制状态及控制参数的控制命令发送给加温站测控模块330实现远端控制。涡轮设备测控模块310还通过数据交换端316接收加温站测控模块330采集的数据，实现数据共享。

涡轮设备测控模块310、性能采集处理模块320和加温站测控模块330之间的数据流可参考图7所示。

考虑到性能采集处理模块320中软件的时效性，当采集系统更新时(例如：产品升级后，软件动态程序库发生变化，软件不再支持)，可重新开发采集系统，通过数据交换端将不支持的系统接入，延长软件的生存周期。

数据交换端316的接收表结构对应各功能子端的发送表结构(如后文的表1、表2)；数据交换端316的发送表结构对应各功能子端的接收表结构(如后文的表4、表5)。并且，数据交换端316的收、发表结构长度是随各功能子端传递需求长度变化，设计成浮动的。输入总表的结构可包含：记录个数和记录字段。记录个数是各功能子端发送记录个数的总合，表的大小随记录个数浮动。

在本实施例中，建立各功能子端间数据的交换接口地址，以进行数据共享的架构。由于航空发动机试验器测控需求的特殊性，网络数据交换协议可采用UDP协议，这可实现功能子端的灵活增减。例如在图3的实例中，在工作涡轮试验器试验时，运行工作涡轮试验器主气控制系统，而不运行第二方设备控制部分，在高温高压涡轮试验器试验时，可运行高温高压涡轮试验器主气控制系统，不运行燃油及点火控制系统313。

交换数据的命名方法最好统一定义，便于识别数据来源。具体来说，交换数据由通道号、参数名称、参数代号、量纲单位统一定义。数据来源复杂，尤其是“通道号”的定义应能区分参数来源、参数性质，如：定义通道号规则“System_IPn_type_ch”，通道号为“EX1048_095_K_001”表示采集参数来至EX1048热电偶温度测量仪、仪表网络IP末尾号95、K型热电偶、占用仪表通道号1。由于IP地址的唯一性，既表征了该通道采集数据来至哪一台热电偶采集系统，说明了该通道热电偶类型，指定了采集系统的哪个通道。

另外，考虑交互速度，交换的数据个数按各功能子端需求，通过数据交换端的配置在输入总表中挑选需要的数据，形成各功能子端需要的各输出表可灵活选择。即，各功能子端按交换数据“通道号、参数名称、参数符号、量纲单位”格式发送给数据交换端，数据交换端以每条记录按“通道号、参数名称、参数符号、量纲单位”的格式组合成一张完整的“系统数据信息输入表”完成信息收集；再根据各功能子端需求，在数据交换端从完整的“系统数据信息输入表”中抽取每个功能子端需求的记录信息，形成多个发送表。通过UDP/IP网络协议，点对点的将对应需求的“发送表”发送给各“功能子端”，完成数据交换与共享。

并且，各表配置后的记录号顺序、通道号、参数名称、参数代号、量纲单位是固定的，对应的各功能子端读取更新后的配置文件，在接收和发送记录信息时，按记录号顺序，只接收或发送量纲数据信息，提高交互速度。例如，接收如下表1的性能试验采集处理模块输入信息、如下表2所示的WXI测控系统端输入信息；整合成如下表3所示的全部输入端信息大表；再按控制系统软件1和控制系统软件2需求，配置发送表4和表5。

表1 性能试验采集处理模块输入信息

表2 WXI测控系统输入信息

表3 全部输入端信息表

表4 选择全部输入端信息表的记录1、3、m+1发送到“控制系统软件1”的功能子端的输出表

表5 选择全部输入端信息表的记录2、4、m+4发送到控制系统软件2的功能子端的输出表

图8示出根据本发明另一实施例的高温高压涡轮试验器和工作涡轮试验器测控系统。如图8所示，测控系统800可包括涡轮设备测控模块810、性能采集处理模块820、加温站测控模块830和电加温器模块840这4个示例性模块。涡轮设备测控模块810用于高温、高压涡轮试验器和工作涡轮试验器的测控，其上运行不同软件实现两个试验器的主气控制。涡轮设备测控模块810可输出主气、冷气和滑油系统的压力、温度、流量、阀门等测控信号，燃油系统的压力、温度、流量、变频泵、点火器等测控信号，以及水系统的压力、温度、流量、阀门、液位等测控信号。性能采集处理模块820能够采集数据、计算数据和设定状态数据。例如性能采集处理模块820可采集压力、来自热电偶的温度以及来自扭轴的扭矩。加温站测控模块830用于对高温、高压加温站的测控，其输入压力、温度、流量、阀位等电信号，且输出阀门控制信号、发动机控制信号以及电加温器控制信号。

涡轮设备测控模块810、性能采集处理模块820、加温站测控模块830的结构与图3所示实施例相同，在此不再展开。

电加温器模块840对冷气加温，其包括电加温器控制系统842和可编程控制器(PLC)844。电加温器模块840从涡轮设备测控模块810的VXI测控系统获得输入，并输出电加温器控制信号。涡轮设备测控模块810、性能采集处理模块820和加温站测控模块830通过网络设备连接，实现网络通信。

由于航空发动机试验器测控需求的特殊性，网络数据交换协议可采用UDP协议，这可实现功能子端的灵活增减。例如在图8的实例中，在工作涡轮试验器试验时，运行工作涡轮试验器主气控制系统，而不运行设备控制部分和电加温器模块，在高温高压涡轮试验器试验时，可运行高温高压涡轮试验器主气控制系统，不运行燃油及点火控制系统。

图9示出图8所示测控系统的数据流示意图。图9中涡轮设备测控模块810、性能采集处理模块820和加温站测控模块830之间的数据流与图7相同。另外，电加温器模块840不提供网络通信，解决办法是由涡轮设备测控模块810的冷气控制系统控制VXI测控系统发出设定温度对应的模拟信号，由电加温器模块840的PLC采集该设定信号，自动控制到该温度值。

本发明上述实施例相比已有方案具有如下有益效果：

1、通过在各个模块中设置功能子端和数据交换端即可灵活实现数据共享，在以后的技术改造发展中，新增加部分根据数据交换接口要求连接到网络中，即可实现数据共享。

2、控制软件模块化设计，针对不同试验器及其辅助控制系统，控制系统主体架构不变，仅需增删子系统(即运行不同软件)即可。

3、提高系统适应性。如测试通道数增多，仅需更换测试设备，保证连接端口一致性即可完成系统改造；如测试软件系统更新/换代，仅需保证连接端口一致性即可完成系统升级。

4、搭建灵活。可适应第三方软件的数据共享，远端测控系统的数据共享，实现远端控制能力，还可发挥不同学科、专业的优势开发功能子端软件，达到总体软件的先进性。

5、采用虚拟“通道号”命名方法，方便数据查询、使用、维护、故障排除。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种航空发动机试验器测控系统的数据共享方法，该测控系统包括多个子系统，该方法包括以下步骤：

在各子系统中分别配置功能子端，各功能子端通过UDP/IP协议进行点对点连接，选择性的运行该功能子端的一部分；

在其中一子系统中配置数据交换端；

在该数据交换端接收各功能子端的数据并整合成输入总表；

在该数据交换端根据各功能子端的需求配置包含交换数据的多个输出表，分发到各功能子端，该交换数据的组成包括通道号、参数名称、参数代号以及量纲单位，该通道号代表该数据的来源和性质；以及

在各功能子端根据接收的交换数据，完成测控工作，实现数据共享。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该多个子系统包括涡轮设备测控模块、性能采集处理模块和加温站测控模块。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该涡轮设备测控模块包括冷却控制系统和主气控制系统，该冷却控制系统和主气控制系统上分别配置功能子端。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该数据交换端的接收表结构对应各功能子端的发送表结构，且各数据交换端的发送表结构对应各功能子端的接收表结构。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该数据交换端的收、发表结构长度随各功能子端传递需求长度变化。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该通道号为虚拟通道号。

7.一种航空发动机试验器测控系统，该测控系统包括：

多个子系统；

多个功能子端，分别配置在各子系统中，各功能子端通过UDP/IP协议进行点对点连接，该测控系统选择性的运行该功能子端的一部分；

数据交换端，配置在其中一子系统中，该数据交换端用于接收各功能子端的数据并整合成输入总表，且根据各功能子端的需求配置包含交换数据的多个输出表，分发到各功能子端，且各功能子端用于根据接收的交换数据，完成测控工作，实现数据共享；

其中，该交换数据的组成包括通道号、参数名称、参数代号以及量纲单位，该通道号代表该数据的来源和性质。

8.如权利要求7所述的测控系统，其特征在于，该多个子系统包括涡轮设备测控模块、性能采集处理模块和加温站测控模块。

9.如权利要求8所述的测控系统，其特征在于，该涡轮设备测控模块包括冷却控制系统和主气控制系统，该冷却控制系统和主气控制系统上分别配置功能子端。

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