基于LabWindows/CVI的便攜式電源控制器測試系統(tǒng)設計

馬 強，王博陽

（1.海軍航空工程學院 山東 煙臺 264001；2.海軍裝備研究院 北京 100161）

隨著航空技術的迅速發(fā)展，現(xiàn)代飛機的性能得到了很大地提高，先進的用電設備得到廣泛的應用，因此，對電源的要求也越來越高。電源控制器能夠在飛機電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況時自動的切除故障單元，防止故障的擴大和故障傳播，保證重要的機載設備的用電需求，并將相關信息傳送給非航空電子監(jiān)控處理機。因此，電源控制器具有直流電源系統(tǒng)的控制保護功能、直流地面電源監(jiān)控器的功能、蓄電池監(jiān)測功能和自檢測（BIT）、故障診斷和隔離功能。直流電源系統(tǒng)的控制保護功能是指通過對整流器的主接觸器、匯流條連接接觸器以及直流二次電源系統(tǒng)的控制與保護功能；直流地面電源監(jiān)控器的功能是指通過對直流地面電源接觸器的控制實現(xiàn)對直流地面電源的控制與保護功能；蓄電池監(jiān)測功能是指蓄電池出現(xiàn)過溫時發(fā)出蓄電池過溫故障信號，在兩臺變壓整流器同時失效時無條件接通蓄電池；自檢測、故障診斷和隔離功能是指在飛機電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況時自動診斷故障，切除故障單元，實現(xiàn)故障隔離和定位，并將供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息和PCU本身的工作狀態(tài)信息傳送給非航空電子監(jiān)控處理機[1-2]。

可見，對電源控制保護器的準確測試變得非常重要。為了實現(xiàn)對電源控制器的準確檢測，在做了需求分析的基礎上，提出并設計了一種基于LabWindows/CVI的便攜式電源控制器測試系統(tǒng)（以下簡稱“測試系統(tǒng)”）設計方案。該系統(tǒng)能夠完成對其準確測試。

為滿足某型飛機的電源控制保護器進行測試的需求，結合PCU與飛機電氣系統(tǒng)的連接關系，經(jīng)過分析得到PCU的輸入信號共分為以下3部分：11路來自飛機供電系統(tǒng)的模擬信號，其中包含7路直流電壓信號（0～50 V）和4路直流電流信號；19路來自飛機供電系統(tǒng)開關量信號；以及來自非航空電子監(jiān)控處理機的自檢請求信號和飛機電氣參數(shù)等信號。

要想完成對以上信號的測試，需要做好以下幾個方面。首先該測試系統(tǒng)應能模擬PCU工作時飛機電源系統(tǒng)的各種狀況，模擬PCU的各種輸入信號，并檢測PCU的輸出信號，判斷出PCU在各種狀態(tài)下是否按要求工作；其次，應能檢測PCU的輸出控制信號是否滿足其保護控制邏輯及時序的要求，并能夠實時監(jiān)視PCU的輸出信號是否正常；再次，還應具有模擬非航空電子監(jiān)控處理機與PCU之間的通信；最后系統(tǒng)要能夠進行自檢[3]。

1 總體設計

該測試系統(tǒng)結構圖如圖1所示，在對電源控制器（PCU）的測試過程中，通過測試計算機產(chǎn)生電壓信號送到模擬信號產(chǎn)生電路，用來模擬來自飛機供電系統(tǒng)的模擬信號；PCU產(chǎn)生的輸出控制信號經(jīng)過輸出信號檢測電路后送到測試計算機；測試計算機與PCU之間的相互通信，通過PCU通信信號檢測電路進行轉換，最后測試結果由測試計算機進行顯示，并完成測試結果的打印。

圖1 系統(tǒng)總體結構圖Fig.1 Structure diagram of the Power Control Unit test system

2 系統(tǒng)硬件設計[3]

測試系統(tǒng)硬件主要由變壓整流電路、功放電路、脈動電路、繼電器電路、開關電源、測試計算機（工控機）和打印機等組成，系統(tǒng)硬件結構圖如圖2所示。變壓器整流電路主要用來輸出交流22 V和交流115 V，以及用來輸出+5 V和+28 V直流電壓，分別為繼電器供電和模擬開關信號；功放電路主要由電源電路和功放部分組成，繼電器電路主要用來實現(xiàn)相應電路的連接；工控機的I/O板卡中的輸出信號與繼電器電路相連，分別作為繼電器的驅動信號和用于測量繼電器狀態(tài)。工控機是測試系統(tǒng)的核心，用實現(xiàn)測試中指令的發(fā)送、數(shù)據(jù)的采集與處理和測試結果的顯示等。

圖2 系統(tǒng)硬件結構圖Fig.2 Structure diagram of the hardware system

模擬信號檢測電路主要是為PCU提供輸入信號，直流電壓電流的模擬信號由測試計算機控制D/A板卡輸出兩路電流信號和兩路電壓信號，兩路電流信號分別模擬左TRU和右TRU電流控制信號。在PCU測試系統(tǒng)中，模擬直流電流信號利用精密電阻轉變?yōu)殡妷盒盘?，然后與兩路電壓信號一起分別經(jīng)過各自的調理電路后變?yōu)樾枰碾妷耗M信號。電源控制器需要檢測的各種故障開關量信號采用+28.5 V的電壓信號進行模擬。

PCU輸出控制信號檢測電路主要是用來實現(xiàn)對輸出控制信號的準確檢測。電源控制器輸出控制信號主要完成對各接觸器或繼電器和各告警指示燈的控制與驅動，輸出驅動信號電壓為28.5 V。根據(jù)PCU控制電路輸出信號的不同，可以將輸出的控制驅動信號進行分類檢測，用繼電器或接觸器模擬飛機上各接觸器、繼電器，電源控制器輸出控制驅動信號接繼電器控制端，小繼電器觸點接被控信號；然后根據(jù)繼電器通、斷狀態(tài)，實現(xiàn)對輸出控制信號的準確檢測。

PCU測試系統(tǒng)通信信號檢測電路是用來模擬非航空電子監(jiān)控處理機與電源控制器通信功能。在進行測試時，測試計算機模擬非航空電子監(jiān)控處理機發(fā)出維護自檢測信號，并由電源控制器進行維護自檢測；電源控制器將左右TRU的工作狀態(tài)、匯流條的連接狀態(tài)等信息送給非航空電子監(jiān)控處理機，以便于其將供電系統(tǒng)的情況及時向飛行員提供告警信號等。非航空電子監(jiān)控處理機與電源控制器通信采用RS-485總線形式，具有傳輸距離遠、抗共模干擾能力強、速度快、易于安裝和擴充等優(yōu)點，非常適用飛機上惡劣環(huán)境下的通信。

3 測試系統(tǒng)軟件設計

該測試系統(tǒng)的軟件采用LabWindows/CVI[4]編程，Lab-Windows/CVI是NI公司推出的面向計算機測控領域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺。該平臺不僅提供了對虛擬儀器的支持，還具有各種測試、通信、控制和數(shù)值分析的能力，具有控制功能強大、庫函數(shù)豐富、實時性強、編程容易等優(yōu)點。為了日后的更新、維護與拓展，在設計過程中采用模塊化的思想，整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊[5]、檢測信號產(chǎn)生模塊、PCU輸出控制信號檢測模塊、通信模塊和系統(tǒng)幫助模塊等組成。系統(tǒng)軟件設計的結構圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件設計結構圖Fig.3 Schematic diagram of the software test system

在軟件設計中，數(shù)據(jù)采集模塊主要用來實現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的采集；檢測信號產(chǎn)生模塊主要用來實現(xiàn)對控制測試系統(tǒng)中模擬量信號和開關量信號的產(chǎn)生，通過該模塊可以實現(xiàn)模擬量信號幅值的設置和開關量信號的設置；PCU輸出控制信號檢測模塊主要用來實現(xiàn)對PCU輸出控制信號的檢測，并能夠通過調用理論值與測試結果進行比較；通信模塊主要用來實現(xiàn)測控計算機與PCU之間的通信功能，可以通過測試計算機向PCU發(fā)送完控制命令字后延時一段時間，等待接收電源控制器傳送的數(shù)據(jù)，可以根據(jù)是否收到PCU傳送的數(shù)據(jù)判斷其故障狀態(tài)。系統(tǒng)幫助模塊主要是用來對測試中的常見疑難問題和注意事項進行解答。軟件設計的流程圖如圖4所示。測試過程中，在完成數(shù)據(jù)采集和檢測后，顯示測試結果，并完成報表[6]打印。

4 實驗應用

圖4 軟件設計的流程圖Fig.4 Flow chart the software design

該測試系統(tǒng)用于某型飛機的電源控制器測試。在進行測試時，首先運行該測試應用軟件，初始化相關板卡后，通過完成測試設置和通信配置等相關設置后，然后通過點擊主程序界面的相應模塊測試按鈕進行相應的測試，其中通信模塊需要向PCU發(fā)送控制命令字，然后接收PCU發(fā)回的數(shù)據(jù)進行單獨測試；在主界面中通過點擊“檢測信號產(chǎn)生模塊”按鈕，可以實現(xiàn)對模擬信號是否已經(jīng)輸入進行檢測，若沒有信號輸入需重新檢測，否則點擊 “PCU輸出控制信號檢測模塊”按鈕，運行輸出控制信號檢測程序，將得到的結果與理論值進行比較，并將結果進行顯示，程序面板的部分界面如圖5所示。如果比較結果不正確，需要檢查修改電路后重新進行檢測。通過實際應用發(fā)現(xiàn)，該測試系統(tǒng)測試結果準確、穩(wěn)定可靠。

圖5 測試界面圖Fig.5 Interface chart of the test system

5 結 論

該測試系統(tǒng)采用具有高速數(shù)據(jù)采集卡的便攜式測試計算機為硬件平臺，軟件設計采用模塊化設計思想，提高了系統(tǒng)的可靠性和維護性。該測試系統(tǒng)已用于某型飛機的電源控制器進行測試，實際應用表明該測試系統(tǒng)具有測試準確、穩(wěn)定可靠、人機界面友好等特點，達到了設計要求。

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