Actualizar un banco de pruebas para un motor turborreactor de avión de combate con NI CompactDAQ y LabVIEW

Laurian Tiberiu MOCANU, AEROSTAR SA

"El sistema que creamos usando NI CompactDAQ y LabVIEW reduce el consumo de combustible y reduce las emisiones de CO2". – Laurian Tiberiu MOCANU y Alexandru Tristian BALMUS, Aerostar SA, Rumania"

- Laurian Tiberiu MOCANU, AEROSTAR SA

El desafío:

Extender el conjunto de parámetros monitoreados (como tasa de flujo de combustible, presiones, temperaturas, voltaje y corriente del motor de arranque/generador y estados de contactos) de un banco de pruebas existente y mantener la capacidad de realizar pruebas periódicas en motores turborreactores durante la fase de transición de un viejo sistema al nuevo.

La solución:

Utilizando el software de desarrollo de sistemas NI LabVIEW, un sistema de adquisición de datos NI CompactDAQ, un convertidor USB a RS485 y un conjunto de sensores y transductores de alta precisión, complementamos el sistema de adquisición de datos original del banco de pruebas con los parámetros deseados sin interrupción en la entrega de motores a los clientes.

Autor(es):

Laurian Tiberiu MOCANU - AEROSTAR SA
Alexandru Tristian BALMUS - AEROSTAR SA

 

Introducción

Desde 1953, Aerostar SA ha sido un importante proveedor de productos, servicios y soporte para varias fuerzas aéreas y terrestres y para el mercado de la aviación civil (industrial y de operadores) en todo el mundo. Un campo de negocio relevante es la renovación de motores turborreactores para aviones de combate, con más de 6,000 unidades reparadas.

 

Nuestro banco de pruebas original para motores turborreactores tenía 40 años, pero la construcción y el equipo pesado aún estaban en buenas condiciones. La instalación de monitoreo/registro de datos se volvió obsoleta y muchos de los parámetros se registraron manualmente. Por ejemplo, los parámetros altamente dinámicos se registraron en una película en un registrador de datos (FDR) y la medida del flujo de combustible se basó en el método gravimétrico (como medir el tiempo que el motor consume una cierta cantidad de combustible) varias veces durante la operación de un motor.

 

Hicimos un exhaustivo uso de esta compleja instalación cuando el consumo de gas no era un problema primordial. El consumo total de combustible para cada motor se cuenta en varias decenas de toneladas. Ahora, cualquier reducción porcentual en el consumo de combustible representa una reducción significativa en costos, considerando el aumento del precio del combustible. La reducción del consumo de combustible también implica una reducción de las emisiones de CO2, por lo que es beneficiosa para el país.

 

A finales de 1990, la falla y obsolescencia del grabador de películas tipo FDR nos obligó a reemplazarlo por un nuevo sistema de adquisición con las siguientes características:

  • Nuevos tipos de sensores para presión, temperatura, vibraciones, RPM y propulsión
  • Sistema comercial de adquisición de datos con ocho módulos para adquirir señales altamente dinámicas de los nuevos transductores
  • PC de control basada en PC Pentium con software de base de datos y adquisición de datos Visual Basic y una aplicación MATLAB® 4.2 para gráficas

 

En los últimos años, el mercado de la aviación enfrentó nuevos desafíos en el contexto de la economía global. Los nuevos requisitos que se deben cumplir en las pruebas de motores turborreactores incluyen un consumo total de combustible más bajo para pruebas de motor, menores emisiones de CO2, menor contaminación acústica, mayor precisión en el monitoreo del proceso, cálculo automático de parámetros de reportes, acceso remoto al proceso de pruebas y monitoreo en video del motor en todos los regímenes.

 

Debido a las instalaciones existentes y los nuevos requisitos, enfrentamos varios desafíos. Tuvimos que mantener una alta precisión con la implementación anterior, para que las nuevas instalaciones no alteraran el funcionamiento del sistema existente. También tuvimos que seguir trabajando durante la fase de transición para no interrumpir las pruebas habituales en los motores turborreactores para los actuales clientes. Finalmente, tuvimos que incorporar los datos existentes en nuevas bases de datos para aprovechar los datos existentes y la experiencia.

 

Teniendo en mente los requisitos y desafíos anteriores, desarrollamos un nuevo sistema de adquisición de datos. Añadimos los nuevos componentes a los componentes existentes para complementar las características y cumplir con nuestros requisitos.

 

Implementación de hardware

En el centro del equipo recientemente agregado, se encuentra el sistema NI CompactDAQ con un chasis NI cDAQ-9172 de ocho módulos y los siguientes módulos, apropiados para adquirir señales de sensores:

  • Tres módulos de entrada analógica NI 9203 de 8 canales, ±20 mA, 16 bits
  • Un módulo de entrada analógica NI 9221 de 8 canales, 12 bits
  • Un módulo de entrada digital NI 9422 con aislamiento entre canales de 8 canales, 24 V sinking/sourcing
  • Tres módulos de repuesto

 

Un componente clave es el medidor de flujo másico Coriolis. Con este transductor de alta precisión, es posible realizar medidas instantáneas del flujo, lo que hace innecesario el altamente problemático método gravimétrico. Usando la medida permanente en línea de la tasa de combustible, ahorramos cientos de kilogramos de combustible durante cada prueba del motor. La interfaz eléctrica del medidor de flujo Coriolis es RS485 y el protocolo de comunicación es MODBUS RTU.

 


Debido a restricciones de seguridad, el personal no puede ingresar a la cámara del motor para realizar inspecciones y ajustes durante el operación del motor en los regímenes más altos. Por lo tanto, para inspeccionar visualmente varias áreas del motor en ejecución, instalamos un sistema de monitoreo de video en la cámara del motor. El sistema de monitoreo de video consta de una cámara PTZ conectada a un control remoto PTZ y una PC con una tarjeta de adquisición de video.

 

Cada actividad está controlada por una PC Pentium 4 dual-core con dos monitores LCD de pantalla ancha, un teclado, un mouse, una impresora a color, un adaptador LAN y un sintonizador de TV. El sistema adquiere datos del chasis NI CompactDAQ a través de USB. Lee la tasa del flujo másico de combustible y el consumo total de combustible desde el medidor de flujo Coriolis a través de USB a un convertidor inteligente RS485. Se conecta con el sistema de adquisición de datos existente utilizando una línea RS232 en un ingenioso arreglo CSMA/CD que imita a Ethernet en paralelo con una PC Pentium más antigua que aún funciona como respaldo. Finalmente, muestra y graba las imágenes del monitoreo en video (ver Figuras 1 y 2).

 


Implementación de software

Para crear el software, aprovechamos las capacidades nativas del procesamiento paralelo de LabVIEW y la arquitectura multinúcleo de las nuevas PCs. La aplicación realiza las siguientes tareas:

  • Adquiere datos con un controlador NI-DAQmx para el chasis NI CompactDAQ y los módulos
  • Se comunica con el antiguo sistema de adquisición de datos y el medidor de flujo Coriolis, compatible con la biblioteca NI MODBUS
  • Muestra valores en diales numéricos y virtuales de los indicadores del panel frontal y gráficas/tablas
  • Calcula automáticamente los parámetros indirectos
  • Archiva automáticamente los datos en la base de datos
  • Imprime los datos utilizando la impresora (copia impresa)
  • Facilita la operación y la vigilancia remotas usando el Servidor Web de LabVIEW

 

La figura 3 muestra el panel de control del instrumento virtual (VI) principal.

 

Durante el desarrollo del software y al integrar el hardware, el equipo de soporte de NI Rumania aportó valiosos consejos en tiempo real por teléfono y correo electrónico. Compartieron sus mejores prácticas para configurar el sistema y realizar una transmisión de datos continua desde los módulos de adquisición de datos.

 

Conclusión

Un análisis de impacto económico de las nuevas características revela varios puntos positivos en el proceso de pruebas de un motor turborreactor. Reduce la cantidad de tiempo para una medida de flujo de combustible (Coriolis en lugar de gravimétrico). También elimina la necesidad de lecturas manuales utilizando una grabación DAQ instantánea, lo que reduce el tiempo de funcionamiento del motor, soporta la resolución de problemas y los ajustes en el funcionamiento del motor utilizando gráficos en tiempo real y monitoreo/inspección en video en todos los regímenes, y reduce el tiempo de ajuste del motor. . Estos puntos positivos han llevado a un menor consumo de combustible y emisiones de CO2.

 

Información del autor:

Laurian Tiberiu MOCANU
AEROSTAR SA
Condorilor 9
BACAU 600302
Rumania
tiberiu.mocanu@aerostar.ro

Figura 1: Motor bajo prueba con el nuevo sistema de adquisición de datos basado en NI CompactDAQ
Figura 2: Panel de control del nuevo sistema de adquisición de datos basado en NI CompactDAQ
Figura 3: Panel frontal de Main LabVIEW VI