CN112558531A - 一种高温燃油试验台的智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温燃油试验台的智能控制系统，包括中央控制器(1)、采集模块(2)、控制模块(3)、数据存储模块(4)、传感器(5)、多个被控制部件(6)、波形输出模块(7)、报警模块(8)和数值输入模块(9)；其中，中央控制器，分别与采集模块、控制模块、数据存储模块、波形输出模块、报警模块和数值输入模块相连接；控制模块，与被控制部件相连接；被控制部件上，安装有预设种类的传感器；传感器，与采集模块(2)相连接。本发明公开的高温燃油试验台的智能化控制系统，能够实现智能化的控制和测量，极大地提高航空燃油类试件工作态试验的便利性与可靠性，降低人工操作的强度，提高试验的可靠性与安全系数。

Description

一种高温燃油试验台的智能控制系统

技术领域

本发明涉及试验过程智能化技术领域，特别是涉及一种高温燃油试验台的智能控制系统。

背景技术

随着技术的发展，航空领域的试验需求日益增多。燃油系统是航空飞行器的重要组成部分，其性能的好坏，直接关系到整机工作的可靠性。因此，航空燃油类试件的试验台，对飞机燃油附件(例如低压补气泵、发动机控制机构等)或系统性能测试、飞机燃油附件的故障诊断和开展飞机燃油系统控制技术前沿问题的研究，有着重要的作用。

在现代航空技术飞速发展，其复杂程度越来越高的背景下，目前航空燃油类试件试验台，逐步出现了智能化程度低的局限性，在试验过程中各项参数的控制及测量还主要依靠人工完成，鉴于现有大部分工作态试验状态变化频繁，数据记录量庞大，人工操作无法保证试验过程的完整性、真实性和可靠性，且在疲劳操作过程中，极易出现误操作等安全隐患。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种高温燃油试验台的智能控制系统。

为此，本发明提供了一种高温燃油试验台的智能控制系统，其包括中央控制器、采集模块、控制模块、数据存储模块、传感器、多个被控制部件、波形输出模块、报警模块和数值输入模块；

其中，中央控制器，分别与采集模块、控制模块、数据存储模块、波形输出模块、报警模块和数值输入模块相连接；

控制模块，与被控制部件相连接；

被控制部件上，安装有预设种类的传感器；

传感器，与采集模块相连接；

其中，数值输入模块，用于让试验管理员输入包含预设试验数据的数字执行指令，然后发送给中央控制器；

中央控制器，用于接收数值输入模块发来的包含预设试验数据的数字执行指令，然后将该数字执行指令发送给控制模块；

控制模块，用于根据中央控制器发来的数字执行指令，对应控制被控制部件的工作状态；

传感器，用于实时采集被控制部件上的传感器数据信号，然后发送给采集模块；

采集模块，用于将传感器发来的传感器数据信号，然后发送给中央控制器；

中央控制器，用于接收传感器数据信号，将该传感器数据信号与通过数值输入模块输入的包含预设试验数据的数字执行指令进行比较，获取比较结果，然后根据预先存储的多个比较结果与多个输出控制指令之间的对应关系，获取对应的输出控制指令并发送给控制模块去执行；

其中，中央控制器，还用于将传感器数据信号发送给数据存储模块和波形输出模块；

数据存储模块，用于接收并存储中央控制器发来的传感器数据信号；

波形输出模块，用于接收并显示中央控制器发来的传感器数据信号。

优选地，数值输入模块，还用于输入各类传感器的预设报警数值，然后发送给中央控制器；

中央控制器，还用于在接收到传感器数据信号后，将该传感器数据信号与数值输入模块输入的各类传感器的预设报警数值进行比较，当高于数值输入模块输入的其中一类传感器的预设报警数值时，输出报警信号给报警模块，并控制所述控制模块停止工作；

报警模块，用于接收到所述中央控制器发来的报警信号后，实时发出报警。

优选地，通过数值输入模块所输入的预设试验数据，是单一数值或者组合数值。

优选地，被控制部件，为包括伺服电机、阀门和加热器在内的试验台中的控制机构。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种高温燃油试验台的智能控制系统，其是一种航空燃油类试件工作态试验台的智能化控制系统，能够实现智能化的控制和测量，极大地提高航空燃油类试件工作态试验的便利性与可靠性，降低人工操作的强度，提高试验的可靠性与安全系数，具有重大的实践意义。

附图说明

图1本发明提供的一种高温燃油试验台的智能控制系统的整体方框图；

图2本发明提供的一种高温燃油试验台的智能控制系统中，消息队列的传递方式的示意图；

图中，1为中央控制器；2为采集模块；3为控制模块；4为数据存储模块；5为传感器；

6为被控制部件；7为波形输出模块；8为报警模块；9为数值输入模块。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段更容易理解，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定安装，也可以是可拆卸安装。

对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参见图1、图2，本发明提供了一种高温燃油试验台的智能控制系统，包括中央控制器1、采集模块2、控制模块3、数据存储模块4、传感器5、多个被控制部件6、波形输出模块7、报警模块8和数值输入模块9；

其中，中央控制器1，分别与采集模块2、控制模块3、数据存储模块、波形输出模块7、报警模块8和数值输入模块9相连接；

控制模块3，与被控制部件6相连接；

被控制部件6上，安装有预设种类的传感器5；

传感器5，与采集模块2相连接。

其中，数值输入模块9，用于让试验管理员输入预设试验数据，然后发送给中央控制器1；

中央控制器1，用于接收数值输入模块9发来的预设试验数据，然后将包含预设试验数据的数字执行指令(即工作信号)发送给控制模块3；

控制模块3，用于根据中央控制器1发来的数字执行指令，对应控制被控制部件6的工作状态；

需要说明的是，被控制部件6，包括伺服电机、阀门和加热器等试验台中的控制机构。控制模块3输出电流、电压等信号，来控制试验台中的伺服电机转速、阀门的开合程度和加热器的功率等。

传感器5(例如温度传感器、压力传感器)，安装在被控制部件6上(即各类控制机构上)，用于实时采集被控制部件6上的传感器数据信号(例如温度传感器采集的是温度信号)，然后发送给采集模块2；

采集模块2，用于将传感器5发来的传感器数据信号，然后发送给中央控制器1；

中央控制器1，用于接收传感器数据信号，将该传感器数据信号与通过数值输入模块9输入的包含预设试验数据的数字执行指令进行比较，获取比较结果(例如谁的数值更大)，然后根据预先存储的多个比较结果与多个输出控制指令之间的对应关系，获取对应的输出控制指令并发送给控制模块3去执行。

例如，作为被控制部件6的加热器所加热的加热箱上安装的温度传感器检测到的温度值，小于数值输入模块9输入的加热箱温度设定值，此时根据比较结果，对应获取用于增大加热器功率的输出控制指令，然后发送控制模块3去执行，控制模块3将控制加热器加大功率输出。

需要说明的是，对于本发明，位于各类控制机构(即被控制部件6)中的传感器将实时采集数据传输至采集模块，采集模块将各类信号传输至中央控制器，中央控制器与各输入数值进行比较，然后将调整后的控制信号发送至控制模块。对于本发明，由中央控制器、控制模块、各执行机构(即各被控制部件6)、传感器与采集模块构成试验台整体的PID控制。

其中，中央控制器1，还用于将传感器数据信号发送给数据存储模块4和波形输出模块7；

数据存储模块4，用于接收并存储中央控制器1发来的传感器数据信号；

波形输出模块7，用于接收并显示中央控制器1发来的传感器数据信号。

需要说明的是，对于本发明，在试验过程中，采集模块采集的信号通过中央控制器发送至波形输出模块7与数据存储模块4，以达到实时输出试验数据监控与实时存储试验数据的功能。

在本发明中，具体实现上，数值输入模块9，还用于输入各类传感器的预设报警数值，然后发送给中央控制器1；

中央控制器1，还用于在接收到传感器数据信号后，将该传感器数据信号与数值输入模块9输入的各类传感器的预设报警数值进行比较，当高于数值输入模块9输入的其中一类传感器的预设报警数值时，输出报警信号给报警模块8(例如声光报警器)，并控制所述控制模块3停止工作；

报警模块8，用于接收到所述中央控制器1发来的报警信号后，实时发出报警。

需要说明的是，对于本发明，管理员通过数值输入模块9，来控制报警或输入中断数值至中央控制器，中央控制器通过与采集数据比较，判定报警信息，报警信号发送至报警模块与控制模块，报警模块提示操作者状态异常，同时控制模块按序停止工作输出。

在本发明中，具体实现上，通过数值输入模块9所输入的预设试验数据，可以是单一数值，如固定的时间、产品转速、产品出入口压力、温度等；也可以输入组合数值，如耐久载荷谱、循环数值等，免除重复输入的工作。

需要说明的是，本发明的智能化系统与硬件实体分离，通过数据线通信，避免系统元件长期处于试验台中而受到试验环境影响。

在本发明中，具体实现上，数值输入模块9，例如可以为触摸显示屏，或者工业计算机等能够输入数值和指令的装置。

基于以上技术方案可知，需要说明的是，本发明是一种航空燃油类试件工作态试验台的智能化控制系统。本发明包括控制驱动转速、增压泵、阀门动作等输出信号的控制模块，和测量温度、流量、压力等输入信号的测量模块(即采集模块)；记录当前数据并生成波形图的数据存储模块与数据输出模块(即波形输出模块)，以及按照当前检测数据监控的报警模块。该系统能够实现远程智能化控制测量，极大提高航空燃油类试件工作态试验的便利性与可靠性。

需要说明的是，对于本发明，采集模块2、控制模块3、波形输出模块7，为现有的模块，均可采用美国国家仪器公司(NI公司)生产的数据采集卡完成，由数据采集卡采集电压或电流信号(采集模块)，通过上位机使用labview程序进行编辑处理分析(即作为波形输出模块)，再传递至下位机数据采集卡输出电压或电流信号控制(即作为控制模块)。

为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面说明本发明的整体工作方式。

首先，通过数值输入模块9输入单一期望数值或数值组合至中央控制器1，中央控制器1输出数字执行指令至控制模块3，控制模块3由运动控制卡、PLC及电磁阀构成。其中运动控制卡与PLC输出控制信号，电磁阀控制线路通断。控制模块3控制伺服电机、阀门、加热器等被控制部件6工作，其中控制模块3的输出指令包括：控制增压泵类、加热器启动工作前置电磁阀的开关量；控制阀门开度、伺服的电机转速的模拟量(电压信号)。

位于各控制器(即被控制部件6)中的传感器5采集信号，将各类电流、电压及脉冲信号通过前置放大器传输给采集模块2，采集模块2由采集卡和电容构成。各模拟信号由采集模块前置的电容滤波，通过A/D(模数转换器)转换电路将各模拟量转换为数字信号并传输至中央控制器，由中央控制器1对采集信号进行滤波，主要有算数平均滤波与一阶低通滤波两种方式选择。对于一种状态下长时间连续平稳运行的技术条件，使用算数平均滤波方法，而对于变化频率高、稳态时间短的技术条件，可选择一阶低通滤波方式。两种滤波方式均由中央控制器内程序运行。

中央控制器1将接收到的采集信号与数值输入模块9的输入数值进行比较，然后将调整后的输出信号至控制模块。以此对试验台各部件形成数值输入-控制-采集-调整-控制的闭环控制。

其中，数字信号自采集模块2传输至中央控制器1后，所有数字信号数据实时输出至数据存储模块4与波形输出模块7，可通过波形输出模块7实时观测曲线或波形等数据，或由数据存储模块4观察历史的数据。

其中，通过数值输入模块9输入试验过程中的各类报警数值，在试验过程中，采集模块2将过程数据传输至中央控制器1后，与输入的报警数值实时比较，如果高于报警数值，输出报警信号至报警模块8和控制模块3，由报警模块8发出警报信号，同时触发控制模块按序停止工作。

为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面说明本发明的消息队列传递方式。

消息队列包括顶层消息队列中央控制器和底层消息队列控制队列、程序运行队列、信号采集队列、报警队列、存储队列及波形输出队列。中央控制器与底层消息队列间进行指令下达与数据反馈交交互，以完成整体的闭环控制。

其中，每一底层消息队列包含不同的事件序列，不同消息队列不直接相互调用，接收中央控制器下达指令后，不同消息队列与不同事件按序列传递，并放弃执行当前事件。

控制队列新消息传递流程为初始化控制模块与信息；向上层(中央控制器)调用控制参数；向下级事件传递控制参数数据；向上层调用报警参数，判定是否处于或存在报警信息，若存在报警信息则任务结束，若无报警信息则进行控制输出；判定当前任务是否结束，若软任务结束则结束消息队列，若未结束则返回调用新的当前控制参数继续事件。消息队列循环进行，每次调用时，中央控制器依据信号采集队列反馈信息更新或修正控制输出参数，当控制队列进行参数调用时，调用参数为修正后的参数，以此完成整体的闭环控制。

程序运行队列完成由输入端输入的试验程序，包括不限于不同压力、转速、温度等的多步骤顺序运行方式或循环试验。程序运行队列完成初始化后，调用中央处理器程序指令运行，并将运行状态的参数反馈至中央控制器，中央控制器下达指令信号至控制队列。消息队列传递至结束时间前，判定是否结束，若事件未完成则由计数器记录1次，并返回调用数据继续消息队列，若完成则停止。

信号采集队列完成初始化后，调用信号采集后进行数据处理，完成数字信号转换，消息队列传递至结束时间前，判定是否结束，若事件未完成，则返回信号调用继续消息队列，若完成则停止。

报警队列完成初始化后调用处理完成的采集信号，与输入信号进行对比，判定是否发出报警信号，消息队列传递至结束事件前，判定是否结束，若事件未完成，则返回信号调用继续消息队列，若完成则停止。

存储队列与波形输出队列消息流程相同。完成初始化后，调用处理完成的采集信号，来生成存储数据或者输出为波形数据，消息队列传递至结束事件前，判定是否结束，若事件未完成，则返回信号调用继续消息队列，若完成则停止。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种高温燃油试验台的智能控制系统，其是一种航空燃油类试件工作态试验台的智能化控制系统，能够实现智能化的控制和测量，极大地提高航空燃油类试件工作态试验的便利性与可靠性，降低人工操作的强度，提高试验的可靠性与安全系数，具有重大的实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高温燃油试验台的智能控制系统，其特征在于，包括中央控制器(1)、采集模块(2)、控制模块(3)、数据存储模块(4)、传感器(5)、多个被控制部件(6)、波形输出模块(7)、报警模块(8)和数值输入模块(9)；

其中，中央控制器(1)，分别与采集模块(2)、控制模块(3)、数据存储模块、波形输出模块(7)、报警模块(8)和数值输入模块(9)相连接；

控制模块(3)，与被控制部件(6)相连接；

被控制部件(6)上，安装有预设种类的传感器(5)；

传感器(5)，与采集模块(2)相连接；

其中，数值输入模块(9)，用于让试验管理员输入包含预设试验数据的数字执行指令，然后发送给中央控制器(1)；

中央控制器(1)，用于接收数值输入模块(9)发来的包含预设试验数据的数字执行指令，然后将该数字执行指令发送给控制模块(3)；

控制模块(3)，用于根据中央控制器(1)发来的数字执行指令，对应控制被控制部件(6)的工作状态；

传感器(5)，用于实时采集被控制部件(6)上的传感器数据信号，然后发送给采集模块(2)；

采集模块(2)，用于将传感器(5)发来的传感器数据信号，然后发送给中央控制器(1)；

中央控制器(1)，用于接收传感器数据信号，将该传感器数据信号与通过数值输入模块(9)输入的包含预设试验数据的数字执行指令进行比较，获取比较结果，然后根据预先存储的多个比较结果与多个输出控制指令之间的对应关系，获取对应的输出控制指令并发送给控制模块(3)去执行；

其中，中央控制器(1)，还用于将传感器数据信号发送给数据存储模块(4)和波形输出模块(7)；

数据存储模块(4)，用于接收并存储中央控制器(1)发来的传感器数据信号；

波形输出模块(7)，用于接收并显示中央控制器(1)发来的传感器数据信号。

2.如权利要求1所述的高温燃油试验台的智能控制系统，其特征在于，数值输入模块(9)，还用于输入各类传感器的预设报警数值，然后发送给中央控制器(1)；

中央控制器(1)，还用于在接收到传感器数据信号后，将该传感器数据信号与数值输入模块(9)输入的各类传感器的预设报警数值进行比较，当高于数值输入模块(9)输入的其中一类传感器的预设报警数值时，输出报警信号给报警模块(8)，并控制所述控制模块(3)停止工作；

报警模块(8)，用于接收到所述中央控制器(1)发来的报警信号后，实时发出报警。

3.如权利要求1所述的高温燃油试验台的智能控制系统，其特征在于，通过数值输入模块(9)所输入的预设试验数据，是单一数值或者组合数值。

4.如权利要求1至3中任一项所述的高温燃油试验台的智能控制系统，其特征在于，被控制部件(6)，为包括伺服电机、阀门和加热器在内的试验台中的控制机构。

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