某型发动机燃油流量调节器试验器控制系统设计

某型发动机燃油流量调节器试验器控制系统设计

陈矗

海翔机械厂 河北邯郸 057150

摘要：对某型发动机燃油流量调节器试验台工作原理进行研究，应用西门子S7-200PLC及变频器，设计了调节器试验台的控制系统，介绍了该系统的硬件结构，说明了PLC程序及通信的设计要点。

关键字：燃油流量调节器；PLC ；变频器；USS

一、引言

燃油流量调节器是某型发动机主燃油系统中的重要部件。其主要作用是：1）油门杆位置保持不变，根据飞行状态的变化，自动调节燃油供油量，保持高压转子转速不变；2）当油门杆位置改变时，根据高压转子、高压压气机进口压力、高压压气机出口压力，按加速（或减速）供油曲线改变燃油供油量，保证发动机从一个转速状态安全迅速地加速（或减速）到与油门杆位置相对应的另一个转速；3）限制高压压气机出口压力P₃；高压压气机出口温度T₃；低压涡轮出口温度T₆不超过允许值；4）附面层控制系统工作时，自动增加供油量保持发动机转速不变。燃油流量调节器试验台是调整和测试调节器的主要设备。

二、系统总体方案设计

燃油流量调节器在试验过程中,燃油箱中的燃油通过增压泵增压，油滤过滤，经过浮子流量计，进入高压泵，进一步增压之后，进入燃油流量调节器，再经当量喷嘴回流入燃油箱。在燃油循环过程中，需不断调整高压泵及流量调节器的转速。两台交流变频电动机由各自的变频器驱动，分别通过传动装置，驱动高压泵和燃油流量调节器运转。电动机的转速可通过手动调节两个电位器来实现转速的给定和调整，称为单动模式；也可以通过手动调节另外一个电位器同时给定两台电动机的转速，并使这两

台电动机时刻保持恒定的速度比协同运转，称为联动模式。在速度调整的过程中，通过测量燃油流量以及调节器的其他各项参数，测试调节器的性能。

三、控制系统硬件设计

控制器选用西门子S7-200 CPU226模块，CPU226模块集成24点输入与16点输出，内置高速计数器，具有PID控制器的功能。有两个高速脉冲

输出端和2个RS-485通信口。运行速度快、功能强，适用于要求较高的中小型控制系统。PLC与两台变

频器通过带编程接口的连接器连接组成通讯网络，用自由通信口实现PLC与变频器之间及两台变频器之间的通讯。

电动机选用西门子1PH7主轴电机，电机结构紧凑，转动惯量小，动态响应快，超频和抗过载能力强，控制范围大，可持续提供各种额定转矩，工作转速可高达9000r/min，具有脉冲增量编码器，可将电动机的实际转速反馈给变频器，组成闭环速度控制。每个电机配备风机进行散热，设计程序联锁，风机启动后，电机才能启动。

变频器选用西门子6SE70VC系列矢量控制变频器，该变频器应用IGBT逆变器、全数字中间回路，超载能力强，工作频率高，电磁兼容性好，抗干扰能力强，带有RS-485通讯接口，可与西门子PLC自由通讯。

速度显示器，选用爱羽方3MD2系列数字显示器，该显示器采用3S-out串行传送技术，不占用通讯口，只占用PLC三个晶体管输出点，用LED数码管显示PLC的数据参数，且多台显示器可公用时钟。PLC接收变频器发送的电机速度信号，并在PLC数字显示仪上显示。其硬件接线如图3所示。

四、控制系统软件设计

4.1I/O配置

根据控制系统需实现的功能，以及各个输入输出点的要求，编制了该控制系统的I/O配置表，如表1所示。

表 1 I/O配置表

4.2程序设计

4.2.1 USS通讯协议

USS(Universal Serial Interface，即通用串行通信接口)是西门子专门为驱动装置进行参数化操作，USS提供了一种低成本、相对简单的控制方式，可用于一般水平的驱动装置控制。USS协议主要有如下几个特点：

1、支持多点通讯，物理层可使用RS485网络；

2、采用主-从站的通信方式，网络中最多可以有1个主站（Master）和31个从站（Slave）：

3、单双工通信方式，可发送接收，但不能同时进行；

4、报文简单可靠，数据长度可变。

主站与从站之间的报文传输有三种方式：周期性报文传输、非周期报文传输、广播。

在周期性报文传输过程中，主站每隔一段时间就发送报文给从站，每一个从站都可以接收到主站发送的报文；对于从站而言，当接收道德报文没有错误，并且报文中的地址是本站的地址时，从站必须应答；当主站接收到从站的应答后，便与从站建

立了逻辑上的连接；在周期性报文传输中，主站与

从站之间都会设置一个监控时间，当超时没有接收到报文时，会提示通信错误。

图
1程序流程图

一般来说，报文的传输是周期性的，但一些用于诊断和服务的报文可以非周期性的方式进行。在非周期性报文传输中，无法设置监控时间。

在广播通信中，所有的从站都能收到广播报文，并且不需要应答。

4.2.2 程序编制

编程软件选用STEP 7 Micro/WIN,PLC与变频器之间的通信通过S7-200自由通信口模式进行，使用USS-5字协议。设计周期为400ms， 占空比为0.5的矩形脉冲，两台变频器间隔200ms交替进行发送和接收，根据系统需要实现的功能，控制系统的程序主要由主程序、子程序、中断程序组成。

五、结束语

本设计充分利用了西门子PLC和变频器的优势，功能系统投运后，采用联动模式，对高压泵和主燃调的转速进行调整和监视，PLC能成功分别从两个变频器中读取、发送数据，且数据通讯正常、稳定，达到了预期的效果。

参考文献

[1]西门子公司.SIMATIC S7-200系统手册.2002

[2]吴中俊.可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2004

[3]廖常初.PLC编程及应用.北京:机械工业出版社，2002