基于LabVIEW的飛機(jī)地面電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要： 當(dāng)?shù)孛骐娫聪蝻w機(jī)供電時(shí)，由于情況復(fù)雜及飛機(jī)的用電需求各不相同，從而對(duì)地面電源產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的儀器儀表不能監(jiān)測(cè)地面電源工作時(shí)的整個(gè)過程，為保證地面電源有較高的供電品質(zhì)和穩(wěn)定的性能，基于LabVIEW軟件設(shè)計(jì)飛機(jī)地面電源監(jiān)控系統(tǒng)。從電壓、頻率、諧波含量等多個(gè)方面對(duì)地面電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并記錄，參照一定的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地面電源的狀態(tài)進(jìn)行判斷，為維護(hù)地面電源的正常工作及保證飛機(jī)的用電安全提供了更有效的方法。

關(guān)鍵字： 地面電源； 監(jiān)控系統(tǒng)； LabVIEW； 實(shí)時(shí)監(jiān)控

中圖分類號(hào)： TN710?34； TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）09?0110?03

Abstract： Since the complex situation and different electricity demands of aircraft from ground power supply， the ground power supply system is affected. Traditional instruments couldn’t monitor the whole working process of ground power supply， to ensure high power quality and stable performance of the ground power supply， the aircraft ground power supply monitoring system based on LabVIEW software is designed. The ground power supply is monitored and recorded in real?time by the parameters of voltage， frequency， harmonic content and so on， the status of ground power supply is judged with reference standard， an effective method is provided to maintain normal operation of the ground power supply and ensure the safety electricity of the aircraft.

Keywords： ground power； monitoring system； LabVIEW； real?time monitoring

0 引 言

飛機(jī)地面電源主要用于飛機(jī)地面起動(dòng)和通電檢查等場(chǎng)合。目前，國(guó)內(nèi)飛機(jī)多采用交流主電源系統(tǒng)，需要對(duì)地面交流電源的相位、電壓、頻率、諧波含量、三相電壓不平衡度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)?shù)孛骐娫聪蝻w機(jī)供電時(shí)，飛機(jī)不同、工作狀態(tài)不同，都可能造成地面電源供電參數(shù)的瞬間變化，一旦供電指標(biāo)達(dá)不到飛機(jī)的需求，地面電源控制保護(hù)裝置會(huì)立即切斷地面電源[1]。

常規(guī)的地面電源的監(jiān)控只是根據(jù)一些國(guó)軍標(biāo)，利用儀器儀表對(duì)電壓、電流、頻率等參數(shù)進(jìn)行離線測(cè)量后分析，判斷地面電源是否出現(xiàn)故障，而且對(duì)直流和交流輸出性能只能單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試[2]。這些方法對(duì)于監(jiān)控地面電源的穩(wěn)定性等，難以達(dá)到更加精確的標(biāo)準(zhǔn)，工作量大并且不能在線實(shí)時(shí)地對(duì)地面電源供電的品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控。本文基于LabVIEW軟件設(shè)計(jì)了新的地面電源在線監(jiān)控系統(tǒng)，在監(jiān)控過程中實(shí)時(shí)記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)地面電源的狀態(tài)，判斷地面電源設(shè)備性能的好壞[3]，進(jìn)一步提高了地面電源和飛機(jī)之間的適應(yīng)性。

監(jiān)控的依據(jù)及內(nèi)容：飛機(jī)地面電源監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行依據(jù)按照GJB181A?2003飛機(jī)供電特性等國(guó)軍標(biāo)所規(guī)定的指標(biāo)對(duì)地面電源供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、記錄和分析判斷，及時(shí)處理地面電源供電系統(tǒng)出現(xiàn)的異常，確保飛機(jī)地面供電系統(tǒng)的安全，提高地面電源供電系統(tǒng)的品質(zhì)，可以及時(shí)地預(yù)防可能出現(xiàn)的故障，避免不必要的損失。因此，本文根據(jù)相關(guān)國(guó)軍標(biāo)對(duì)飛機(jī)地面電源供電系統(tǒng)以下指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[4]。

直流電源：穩(wěn)態(tài)電壓、穩(wěn)態(tài)電壓脈動(dòng)、穩(wěn)態(tài)電流等。

交流電源：瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)電壓、穩(wěn)態(tài)電流、頻率、單次/總諧波含量、相位差、三相不平衡度等。

1 硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。其系統(tǒng)的主要組成部分包括嵌入式工控機(jī)、工業(yè)觸控顯示屏、并行高速數(shù)據(jù)采集卡、交直流電壓傳感器、交直流電流傳感器、直流穩(wěn)壓電源等部分組成。

1.1 PC104系統(tǒng)

采用PC/104-Plus標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式工控計(jì)算機(jī)， 它具有體積小、重量輕、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，可較好地滿足便攜式儀器設(shè)備體積及重量需求。該嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可安裝Windows Embedded XP及多種嵌入式操作系統(tǒng)，具有良好的實(shí)時(shí)處理功能。計(jì)算機(jī)作為該儀器設(shè)備的測(cè)控核心，實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的處理、分析、計(jì)算、輸出、存儲(chǔ)等功能。

1.2 工業(yè)觸控顯示屏

采用12英寸工業(yè)級(jí)觸控彩色顯示屏，其工作溫度為-10～+50 ℃，具有環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的特點(diǎn)；其分辨率為800×600，具備較為精細(xì)的圖形數(shù)據(jù)輸出顯示能力，滿足多路波形輸出顯示需求；其觸控功能，具有簡(jiǎn)潔的人機(jī)交互模式，可避免鍵盤輸入、鼠標(biāo)操作對(duì)儀器設(shè)備可靠性的影響，較好地適應(yīng)外場(chǎng)工作環(huán)境需求。

1.3 8路并行A/D采樣卡

地面電源供電過程測(cè)試，被測(cè)參數(shù)多，采集速度高。PC104系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理功能的特點(diǎn)[5]。以中頻400 Hz交流電壓測(cè)量為例，為能夠準(zhǔn)確記錄波形的實(shí)時(shí)變化，每一個(gè)波形至少采樣128次，每秒內(nèi)采集的數(shù)據(jù)量高達(dá)51.2K；為了能夠準(zhǔn)確反映三相電壓、電流相互之間相位關(guān)系，采集卡還需具備同時(shí)采集的能力。因此，采用8路并行A/D采集卡，每路采樣能力為100 K/s。

1.4 交直流電壓傳感器

采用精密電阻分壓電路構(gòu)成的高精度交直流電壓傳感器，用于將地面電源的交、直流電壓瞬態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換為低壓電壓信號(hào)，傳感器具備高速響應(yīng)能力，響應(yīng)時(shí)間小于1 ms。

1.5 交直流鉗形電流傳感器

采用霍爾式電流傳感器，具有可開合鉗口設(shè)計(jì)，在不改變地面電源電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)將地面電源的交、直流電流瞬態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換為低壓電壓信號(hào)，傳感器具備高速響應(yīng)能力，響應(yīng)時(shí)間小于1 ms。其中，選用最大量程為3 000 A的直流電流傳感器，完成起動(dòng)過程的直流電流檢測(cè)，選用最大量程為600 A的直流電流傳感器，完成正常工作過程的直流電流檢測(cè)；選用最大量程為600 A的交流電流傳感器，完成正常工作過程的交流電流檢測(cè)。

1.6 交直流信號(hào)調(diào)理模塊

采用霍爾式電壓變送器模塊，用于將交直流電壓電流傳感器輸入的低壓信號(hào)調(diào)理成-10～+10 V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，供A/D采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。調(diào)理模塊具有電氣隔離功能，可保證儀器內(nèi)部電子測(cè)試核心器件的安全。

2 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)基于LabVIEW2010編程軟件。LabVIEW是美國(guó)國(guó)家儀器公司的虛擬儀器工程平臺(tái)，是一種圖形化編程語(yǔ)言，其性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間短、集成度高、內(nèi)置豐富的分析函數(shù)，用于數(shù)據(jù)分析和信號(hào)處理。總體軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為兩大部分。

2.1 供電過程實(shí)時(shí)監(jiān)控

系統(tǒng)經(jīng)過采集模塊對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實(shí)時(shí)地監(jiān)控地面電源的各項(xiàng)參數(shù)，包括直流穩(wěn)態(tài)電壓、直流電壓脈動(dòng)、直流穩(wěn)態(tài)電流及功率等。交流監(jiān)控項(xiàng)包括交流[A、][B、]C相穩(wěn)態(tài)電壓、頻率、波峰系數(shù)、總諧波含量、穩(wěn)態(tài)電流、功率因數(shù)、有功功率及視在功率等。

在實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)，對(duì)應(yīng)參數(shù)變化的趨勢(shì)會(huì)顯示在如圖3所示的示波器中，通過示波器可以觀察各參數(shù)的變化。同時(shí)可以點(diǎn)擊“記錄”按鈕記錄此時(shí)各參數(shù)的數(shù)據(jù)。如果在監(jiān)控過程中有參數(shù)出現(xiàn)異常，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄下出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)及參數(shù)。

2.2 波形記錄回放分析

由于在飛機(jī)地面電源供電過程中，有些故障不能復(fù)現(xiàn)。所以本文設(shè)計(jì)了記錄數(shù)據(jù)的回放功能。在波形回放分析中有數(shù)據(jù)的整體回放和每秒鐘數(shù)據(jù)的回放兩部分。數(shù)據(jù)的整體回放可以回放一個(gè)完整的記錄文件，用于觀察參數(shù)波形的整體趨勢(shì)，每秒鐘數(shù)據(jù)回放，則是把一個(gè)完整的記錄文件分割開，一秒一秒地進(jìn)行回放，這樣可以找出數(shù)據(jù)異常時(shí)刻，分析發(fā)生異常的原因，此部分應(yīng)用于事后分析。

3 監(jiān)控結(jié)果及分析

在對(duì)某地面電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)時(shí)，地面電源的交流部分提供115 V、400 Hz的交流電，直流電源為28.5 V（實(shí)驗(yàn)時(shí)未接入負(fù)載）。所得結(jié)果如圖3～圖5所示。

從以上圖形及表1監(jiān)控結(jié)果可以看出，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地面電源向飛機(jī)供電時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容詳細(xì)精確，也可以對(duì)某些不可復(fù)現(xiàn)的故障進(jìn)行事后分析，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確、便攜性好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，滿足了機(jī)務(wù)工作需要。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文主要闡述飛機(jī)地面電源供電過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控的方法。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本監(jiān)控系統(tǒng)更全面有效地對(duì)地面電源供電過程進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)地反應(yīng)出地面電源的品質(zhì)變化，有利于維護(hù)人員對(duì)地面電源的維護(hù)，提高了飛機(jī)用電的安全性。

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