научная статья по теме МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ, ОБРАБОТКИ ПАРАМЕТРОВ И УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНЫМ СТЕНДОМ НА ПЛАТФОРМЕ COMPACTRIO Энергетика

Текст научной статьи на тему «МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ, ОБРАБОТКИ ПАРАМЕТРОВ И УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНЫМ СТЕНДОМ НА ПЛАТФОРМЕ COMPACTRIO»

УДК 53.08.629.7.018

МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ, ОБРАБОТКИ ПАРАМЕТРОВ И УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНЫМ СТЕНДОМ НА ПЛАТФОРМЕ CompactRIO

MULTICHANNEL MEASURING SYSTEM, PROCESSING OPTIONS AND CONTROL TEST STAND ON THE PLATFORM CompactRIO

Ваганов Константин Александрович

аспирант

E-mail: k.a.vaganov@mail.ru

Бульбович Роман Васильевич

д-р техн. наук, профессор E-mail: dekan_akf@pstu.ru

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь

Аннотация: Рассмотрены вопросы информативности огневых стендовых испытаний зарядов из твердого топлива, в частности, разработки и использования надежных и точных средств измерения. Дано описание этапов разработки системы измерений. Разработана удовлетворяющая всем предъявленным современным требованиям мобильная и гибкая система измерений, обеспечивающая проведение огневых стендовых испытаний зарядов твердого топлива в условиях, приближенных к реальным.

Ключевые слова: автоматизированная система измерения и управления, огневые стендовые испытания, испытания заряда твердого топлива.

Vaganov Konstantin A.

Postgraduate

E-mail: k.a.vaganov@mail.ru

Bulbovich Roman V.

D. Sc. (Tech.), Professor E-mail: dekan_akf@pstu.ru

Perm National Research Polytechnic University, Perm

Abstract: The article is devoted to informative firing bench testing charges from the solid fuel, in particular the development and use of reliable and accurate means of measurement. Consistently described the stages of development of system of measurement: comparison of the products of National Instruments Corporation from other companies; selection and justification of all components of the system; software development fire test bench. As a result of the work developed meets all presented modern requirements, mobile and flexible measurement system that provides hot bench testing charges of solid fuel in conditions close to real. Keywords: automatic test systems, bench tests of the rocket engine, testing of solid-fuel charge

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы из-за возросшей сложности измерительных задач [1] значительно повысились требования к системам измерения и управления испытаниями, соответствовать которым могут только многоканальные автоматизированные системы.

По настоящее время на предприятиях оборонно-промышленного комплекса не существует единой системы измерений, создано и эксплуатируется несколько различных автоматизированных систем [2]. Наибольшее применение получили системы двух производителей:

НПП Мера и National Instruments (далее NI).

В статье представлена система измерения и управления процессом испытания зарядов из твердого топлива, применяемых в нефтегазовой промышленности. Процесс испытания системы простой: необходимо измерить давление и температуру, образующиеся при горении порохового заряда в стволе скважины, температуру и вибрации стенок скважины, а также подтвердить образование и измерить диапазон акустических волн, возникающих при горении.

На рис. 1 показаны диаграммы р(^ и T(t), полученные при

горении в скважине порохового заряда, датчик установлен на расстоянии 25 м от заряда.

Компания National Instruments (NI) более тридцати лет сотрудничает с промышленными предприятиями и НИИ по всему миру и уже двенадцать лет работает в России. Основным направлением деятельности компании является производство и поставка модульных контрольно-измерительных систем и специализированного программного обеспечения для ВЧ-прило-жений.

В настоящее время NI успешно сотрудничает с ведущими промышленными предприятиями и НИИ России в ракетно-

575 550 525 500 475 450 425

. 400

S

£ 375

g 350

a

i 325

4 300 275 250 225 200 175 150 125

4 V

-t —л V

-р t-

f" л V

X

v

л.-

100

41:30 42:00 42:3043:00 43:3044:00 44:30 45:0045:30 46:00 46:30 47:00 47:3048:00 48:3049:0049:30

Рис. 1. Изменение давления и температуры во времени при горении заряда твердого топлива

космической отрасли, оборонно-промышленном комплексе, авиастроении, топливно-энергетическом комплексе.

Модульный принцип и открытые стандарты, лежащие в основе оборудования N1 позволяют сократить затраты и сроки на разработку систем, увеличить возможности переналадки и модификации созданных решений, упростить их обслуживание и ремонт. Компания N1 имеет широкий спектр радиоизмерительного оборудования для создания масштабируемых систем самого разного назначения.

Многоканальная система измерений, обработки параметров и управления стендом, реализованная на платформе Сот-раЛМО, обеспечивает проведение огневых стендовых испытаний зарядов из твердого топлива с фиксацией временной метки и

сбора сигналов с термопар, датчиков давления, датчиков акустических волн и датчиков вибраций.

КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Требования мобильного исполнения автоматизированной системы сбора информации обусловили вариант ее кон-

структивной реализации в виде переносного кейса.

Внешний вид системы приведен на рис. 2.

В переносном кейсе с организованной передней панелью могут быть расположены: разъемы для подключения датчиков; управляющие кнопки и индикаторы; гнездо для подключении питания 220 В; выходы интерфейсов (USB, Ethernet и других для коммуникации системы с внешними PC и Net-ресурсами).

На рис. 3 изображена структурная схема предлагаемой системы.

К стенкам испытательной камеры прикреплены термопары с диапазоном измеряемых температур от —30 до +200 °С (ТН1, ТН2). Для измерения температуры среды в камере служат термопары в молибденовом чехле с диапазоном измеряемых температур от 0 до +2300 °С (ТВ1 и ТВ2). Все термопары подключаются к 8-ми канальному модулю NI 9211.

В камере также установлены пьезоэлектрические датчики давления с принудительным (водяным) охлаждением ДД1 и ДД2 с диапазоном измерения пульсаций давления от 0,05 до 5 МПа (от 0,5 до 50 атм.) и статических давлений от 3 до

ПК

ноутбук

RI0-9075 NI 9474

/1_N -

. ь

Ш !м»

J

Клапан Burket 2400

Баллон с регулятором давления

Рис. 3. Структурная схема системы сбора информации

60 МПа (от 30 до 600 атм.). Сигнал с датчиков регистрируется модулем N1 9232, который представляет собой трехканальный модуль сбора данных с пьезо-датчиков стандарта 1ЕРЕ.

Датчик ДВ служит для измерения вибраций стенок камеры, а измерительные микрофоны ИМ1 и ИМ2 для регистрации сигнала акустических волн. Эти сигналы подаются на модуль сбора динамических данных N1 9234.

Газ подается в камеру из баллона через регулятор давления. Подача газа управляется электромагнитным пневмо-клапаном, управляемым с помощью модуля цифрового вывода N1 9474.

Обработка, сохранение и отображение полученных данных осуществляется на хост-системе, в качестве которой может быть использован как персональный компьютер, так и ноутбук. Возможна организация генерации отчетов и выдачи их на печать, либо сохранение в базу данных или на внешний носитель.

Система автоматизированного управления работой строится на базе программируемой платформы NI CompactRIO (Compact Reconfigurable Input Output), представляющей собой многофункциональную встраиваемую платформу для сбора данных и управления, разработанную для задач, требующих высокой производитель-

ности и надежности измерительных систем.

NI CompactRIO — встраиваемая контрольно-измерительная система, основой которой является технология реконфигури-руемого ввода/вывода NI RIO. Она состоит из шасси с встроенной ПЛИС, контроллером реального времени и модулей ввода/вывода.

Особенности платформы:

— надежность: работа от —40 до +70 °C;

— возможность выдерживать удары до 50g;

— малое энергопотребление: от 11 до 30 В DC, 17 Вт максимум;

— высокая производительность благодаря наличию ПЛИС;

Наименование оборудования

Технические характеристики

N1 9075 — реконфигурируемое шасси на базе ПЛИС со встроенным контроллером реального времени и возможностью установки 8 модулей ввода/вывода сигналов

' 8 слотов для установки модулей высотой 1U ■ ПЛИС Spartan-6 LX25 ' количество логических ячеек — 17280 > Embedded Block RAM — 936 кбит ' опорный генератор тактовой частоты — 40...200 МГц ' поддержка режима обмена данными по каналам DMA ' рабочая температура от —40 до +70 °С ' допустимые вибрации — до 5 g

' допустимые удары — до 30 g полусинус 11 мс, до 50 g полусинус 3 мс ' совместимость с программным драйвером NI-RIO

NI-9474 — модуль дискретного вывода

' число выходных каналов — 8 ' диапазон выходных напряжений от 5 до 30 В ' выходной ток до 1 А на канал ' рабочая температура от —40 до +70 °С поддержка горячей замены

NI-9232 — модуль сбора данных с пьезоэлектрических датчиков (IEPE)

число выходных каналов — 3 ' вертикальное разрешение 24 бит ' динамический диапазон 99 дБ ' частота дискретизации 102,4 квыб/с

антиаллиасинговые фильтры ' программно-управляемый тип предобработки входных сигналов

NI 9234 — модуль подключения микрофонов/акселерометров

число выходных каналов — 4 ' вертикальное разрешение 24 бит ' динамический диапазон 102 дБ ' частота дискретизации 51,2 квыб/с на канал

антиаллиасинговые фильтры ' поддержка стандарта 1ЕРЕ (ССЬБ) программно-управляемый тип предобработки входных сигналов

NI-9211 — модуль для подключения термопар

' вертикальное разрешение 24 бит ' диапазон входных напряжений (термоЭДС) ±80 мВ ' частота измерений — 14 изм/с компенсация холодного спая тип входов — дифференциальный ' рабочая температура от —40 до +70 °С

' допустимые удары — до 30 g полусинус 11 мс, до 50 g полусинус 3 мс

Наименование оборудования Технические характеристики

NI PS-15 — блок питания малой мощности • вход — 1 фаза, 100—120/200—240 В переменного тока • выход — 24 В постоянного тока, 5 А, 120 Вт • включает в состав набор для монтажа на ВГЫ-рейку

Датчик пульсаций давления пьезоэлектрический ЛХ-608 % • диапазон измерений пульсаций давления 0,05...5,0 МПа • диапазон воздействия статических давлений 3,0...60 МПа • частотный диапазон 10...10000 Гц • коэффициент преобразования (40 ± 25) -10 мВ/Па • погрешность ±10 % • температура изм

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком