Установка измерительная LTR в АИИС стендовых испытаний авиационных двигателей под управлением ОС QNX

Внедрение: 2018 г.

Для построения новых автоматизированных информационно-измерительных систем (АИИС) для серийных испытаний авиационных двигателей разработчиками ПАО «ОДК‑УМПО» была выбрана сертифицированная Установка измерительная LTR. В АИИС применены следующие модули LTR:

• LTR22 – для измерения сигналов вибрации;
• LTR27 – для измерения сигналов датчиков по току и напряжению;
• LTR51 – для измерения частотных сигналов;
• LTR212 – для измерения сигналов тензодатчика тягоизмерительной системы;
• LTR114 – для измерения сигналов потенциометрических датчиков.

Также были применены датчики и приборы с интерфейсами Ethernet, RS‑485, RS‑232. Датчики «МИДА‑15» по шине RS‑485 использовались для сбора данных измеренного давления по протоколу Modbus‑RTU. Использовался «кориолисовый» расходомер «MicroMotion» с цифровым выходом для измерения массового расхода топлива и весовой терминал с цифровым выходом производства «Весовой компании Тензо‑М» для канала измерения эталонного усилия тяги при «прямом нагружении».

В АИИС применялись мониторы, кабели, шкафы отечественного производства.

Отдельно стоит отметить, что в АИИС используется оборудование без средств синхронизации с аппаратным источником реального времени, что также снижает его стоимость. Взамен – используется «программное» реальное время.

В сравнении с АИИС предыдущего поколения, при примерно равном числе аналоговых и дискретных каналов стоимость комплектующих аппаратной части АИИС удалось сократить примерно в два раза в денежном выражении в сопоставимых ценах.

Использовалась защищенная операционная система КПДА «Нейтрино» (она же ОС реального времени QNX версии 6.5). Данная ОС имеет высокую скорость реакции на происходящие события (несколько микросекунд на обработку прерываний и смену контекста), поддерживает несколько ядер процессора ПК и имеет встроенную сеть, которая объединяет контроллеры АИИС в единую вычислительную систему. Применение ОС реального времени позволяет на одном ПК одновременно выполнять как задачи измерения, так и задачи представления данных испытаний оператору АИИС, непрерывную запись измерений на жесткий диск, передачу данных испытаний в АСУ верхнего уровня.

Всего в АИИС под управлением ОС КПДА работает восемь контроллеров, которым присвоены имена А1, А2…А8. Все контроллеры связаны между собой дублированной Ethernet-сетью. Контроллеры А1 и А2 размещены в шкафу измерительном вместе с крейтами LTR, источником бесперебойного питания и сетевым коммутатором, в котором настраивается несколько виртуальных сетей для повышения качества работы компьютерной сети АИИС.

Контроллеры А3…А8 исполнены на базе малогабаритных безвентиляторных промышленных компьютеров производства Axiomtech. Контроллеры А3…А8 совместно с сенсорными мониторами, клавиатурами и манипуляторами «мышь» образуют рабочие места операторов АИИС.

Обобщенная структура ПО АИИС представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Обобщенная структурная схема программного обеспечения.

ПО для поддержки крейтовой системы LTR адаптировано для ОС КПДА инженерами ООО «Л Кард» и поставляется в виде открытого кода на языке С (Примеч. от L-Card: Кроссплатформенное программное обеспечение для работы с крейтами и модулями LTR описано в документе Крейтовая сисиема LTR. Программное обеспечение для системы LTR под OC Windows, Linux, FreeBSD и QNX).

Прикладное ПО АИИС разработано силами ПАО «ОДК‑УМПО» и широко использует предоставляемые ОС КПДА механизмы обмена сообщениями между процессами. Прикладное ПО построено вокруг двух серверных программ: сервера параметров АИИС и сервера текущих измерений. Прикладные программы разработаны в виде независимо исполняемых процессов по предназначению.

На контроллере А3 запускаются программы выполнения статических и динамических измерений параметров (рисунок 2), программы обеспечения специальных испытаний и измерения температурных полей, программа непрерывной записи параметров в ходе испытаний. Программы работают в реальном времени в среде многозадачной ОС с использованием правил приоритетной диспетчеризации и не влияют одна на другую.

Рисунок 2. Программы статических и динамических измерений.

На контроллере А4 отображается панель виброизмерений (рисунок 3), которая, кроме отображения трендов вибрации, формы сигналов вибрации, виброспектров, ведет непрерывную запись формы сигналов вибрации. Измерение и запись сигналов вибрации возможны в диапазоне от 3 до 52 кГц.

Рисунок 3. Панель измерения вибрации.

Контроллер А6 используется для отображения основных параметров испытуемого изделия и панели информационных, предупредительных и аварийных сообщений.

К контроллеру А7 подключен большой видеомонитор (рисунок 4), на нем отображается интеллектуальный пульт с табло и кнопками запуска и управления двигателем.

Рисунок 4. Электронный пульт управления двигателем.

На контроллере А8 отображается необходимое число мнемосхем технологических систем испытательного стенда (рисунок 5). Каждая мнемосхема исполняется как отдельный процесс – «виртуальный программируемый контроллер».

Рисунок 5. Мнемосхемы топливной ТС и системы загрузки генераторов.

Привязка к реальному времени каждого измерения осуществлялась посредством синхроимпульсов, подаваемых на разъем синхронизации крейта LTR. Источником синхроимпульсов является встроенная в ПК плата PICO‑DA16U. Выдачей синхроимпульсов управляет прикладная программа с высоким приоритетом исполнения. Каждый результат измерения модуля LTR привязывается к реальному времени с точностью 5 мс.

Рисунок 6. Общий вид АИИС в кабине наблюдения.

Заключение.

АИИС испытательных стендов ПАО «ОДК‑УМПО» разработаны и внедрены в эксплуатацию силами инженеров одного из отделов объединения. Внедрение АИИС собственными силами ПАО позволяет обеспечивать надежное сопровождение в эксплуатации в режиме 24 x 7 x 365, дает полную открытость исходного кода прикладных программ и позволяет развивать функции АИИС на протяжении всего жизненного цикла испытательного стенда.

Данная статья создана на основе материалов, предоставленных ПАО «ОДК‑УМПО».

Разработчик: Хаит Л.Х., Хусаинов Р.М. (ПАО «ОДК‑УМПО»)