Применение контроллера реального времени “CompactRIO” для модернизации стендового оборудования по испытанию и регулированию гидравлических приводов

Комбинированный гидроусилитель КАУ-30Б применяется в системах управления вертолётами и предназначен для снятия нагрузок с командных рычагов управления. КАУ-30Б устанавливается в системах продольного, поперечного управления и управления общим шагом несущего винта.

Лабораторный стенд имеет свою гидросистему, систему питания электроэнергией, органы управления и средства измерения. При этом обеспечены следующие виды работ, согласно технологическим картам:

• 1.    Проверка разности скоростей движения исполнительного штока при ручном управлении;

• 2.    Регулирование исходного положения золотника ручного управления;

• 3.    Проверка средней скорости движения исполнительного штока при ручном управлении;

• 4.    Проверка зоны нечувствительности агрегата по золотнику ручного и комбинированного управления;

• 5.    Проверка хода золотника ручного и комбинированного управления;

• 6.    Проверка работы редукционного клапана.

Несмотря на техническую сложность и широкий спектр решаемых задач, при современном уровне развития технологий эффективность применения подобного стенда в учебном процессе неизбежно снижается. Это связано с отсутствием в работе современных автоматизированных средств сбора и обработки информации; устареванием элементной базы; отсутствием периодической метрологической поверки средств измерений; и, в конце концов, износом оборудования.

Вышеизложенные аспекты определяют актуальность модернизации стендового оборудования путём создания программно-аппаратного комплекса управления стендом (КУС). Общая структурная схема КУС представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема КУС

Программируемый контроллер NI CompactRIO представляет собой многофункциональную встраиваемую систему сбора данных и управления, разработанную для задач, требующих высокой производительности и надёжности измерительных и управляющих систем.

В качестве входной информации используется информация с датчиков на стенде

(см. рис. 1), а так же информация о состоянии концевых выключателей крайних положений выходного вала КАУ-30Б.

Контроллер CompactRIO взаимодействует с персональным компьютером (ПК) под средством сетевого соединения. При этом возможны следующие схемы:

• 1.    CompactRIO – LAN – Wi-Fi роутер – WAN – ПК;

• 2.    CompactRIO – LAN – ПК.

Первая схема применяется в случае удалённого взаимного расположения Compact-RIO и ПК. Вторая схема не требует наличия Wi-Fi роутера и имеет более простые настройки.

Установка сетевого соединения выполняется средствами операционной системы ПК (Windows

XP SP3, Windows Vista, Windows 7, Windows 8). С помощью утилиты MAX вводятся настройки сетевого подключения для контроллера: имя устройства, IP-адрес, DNS-сервер, шлюз и другие стандартные настройки (рис. 2).

Network Adapters

^ Ethernet Adapter etho (Primary)

Adapter Mode            TCP/IP Network

MAC Address             00:80:2F: 13:20:C4

Рис. 2. Настройки сетевого подключения NI cRIO-9025

В качестве модуля ввода/вывода информации применён модуль

С-серии NI 9205, предназначенный для обработки аналоговой информации в диапазоне напряжений + 10 В.

NI 9205 представляет собой 32 канальный (для подключения несимметричных сигналов) / 16 канальный (для подключения дифференциальных сигналов) модуль аналогового ввода. Каждый канал аналогового ввода имеет AI терминал, к которому можно подключить устройство аналогового вывода. NI 9205 поддерживает составную частоту дискретизации 250 кГц, а также имеет возможность синхронизации. Каналы

NI 9205 имеют общую земляную шину, изолированную от других модулей, включенных систему. Все каналы снабжены измерительным усилителем с программируемым усилением и мультиплексируются на вход аналого-цифрового преобразователя. Каждый канал также снабжен схемой защиты от перегрузок по напряжению свыше 30В.

CompactRIO получает информацию о состоянии гидросистемы, температурного режима и скоростных характеристиках штока гидроусилителя КАУ-30Б и передаёт её под средством сетевого соединения на персональный компьютер. Полученная информация обрабатывается программой, разработанной средствами LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) - это среда разработки и платформа для выполнения программ, созданных на графическом языке программирования “G”. Графический язык программирования “G” основан на архитектуре потоков данных, где последовательность выполнения операторов определяется не порядком их следования, а наличием данных на входах этих операторов. Операторы, не связанные по данным, выполняются параллельно в произвольном порядке. Фрагмент блок-диаграммы программы в режиме измерения времени выпуска и уборки исполнительного штока КАУ-30Б представлен на рис. 3.

Блок-диаграммы разных режимов работы КУС составлены в соответствии с разработанны- ми алгоритмами. Для примера на рис. 4 представлен алгоритм работы блок-диаграммы в режиме проверки разности скоростей движения исполнительного штока КАУ-30Б.

В данном режиме работы стенда производится проверка скоростей движения выходного исполнительного штока КАУ-30Б. В случае, если разность скоростей движения штока будет больше 15% (от наибольшего значения скорости), то необходимо произвести регулирование исходного положения золотника ручного управления.

При работе стенда в этом режиме КУС автоматизирует процесс сбора и анализа и индикации информации о скоростях движения исполнительного штока.

При построении алгоритма применены следующие виды переменных:

• 1.    S – Значение секундомера (натуральные числа);

• 2.    out (n) – Измеренное значение времени выпуска штока КАУ-30Б (массив натуральных чисел из n элементов);

• 3.    in (n) – Измеренное значение времени уборки штока КАУ-30Б (массив натуральных чисел из n элементов);

• 4.    n – Счётчик циклов (целые числа);

• 5.    К1 – состояние концевого выключателя убранного положения вала КАУ-30Б (логическая переменная: “1” - выключатель нажат, “2” -выключатель отпущен);

• 6.    К2 - состояние концевого выключателя выпущенного положения вала КАУ-30Б (логическая переменная: “1” - выключатель нажат, “2” -выключатель отпущен);

• 7.    dif – Разница между временем выпуска и временем уборки штока

• 8.    А - Относительная разница между временем выпуска и временем уборки штока КАУ-30Б (натуральные числа) – рассчитывается в отношении к минимальному из времён: выпуска или уборки.

КАУ-30Б (натуральные числа);

В составе алгоритма заданы следующие условные команды:

Рис. 3. Фрагмент блок-диаграммы

go – пуск секундомера;

stop – остановка выполнения текущего действия;

error 01 – ошибка выполнения программы, заключающаяся в неверном исходном положении штока КАУ-30Б (в исходном положении шток должен быть убран).

Управление работой стенда и контроль его технического состояния осуществляется с помощью лицевой панели (рис. 5). Лицевая панель

{ см пред. страницу }

Рис. 4. Алгоритм работы КУС

Рис. 5. Панель управления

содержит средства измерения, органы управления и контроля, а также область с методическими рекомендациями по выполнению работы.

Для аварийного отключения стенда имеется управляемый контактор. Управление контактором осуществляется через усилитель (рис. 1).

Массивы данных out (n) и in (n) имеют следующее распределение элементов на лицевой панели управления (рис. 6).

Под циклом программы понимается ход штока КАУ-30Б на выпуск и на уборку. По завершению каждого цикла рассчитывается относительная разница между временем выпуска и временем уборки штока A . в случае, если A больше 15%, - выдаётся сообщение о необходимости регулировки исходного положения золотника ручного управления КАУ-30Б. В этом случае цикл программы повторяется. Если A меньше 15% - регулировка не требуется, работа считается завершённой.

При выполнении подобных лабораторных работ студенты не только приобретают знания об устройстве и работе гидроусилителя КАУ-30Б, но и знакомятся с современными методами и технологиями сбора и обработки информации.

Время выпуска	Время уборки
out 1	in 1
out 2	in 2
out 3	in 3
:	:
out n	in n

Рис. 6. Распределение элементов в массивах “in” и “out”