飛機地面空調(diào)車多功能檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

曹智　楊旺

摘要：本文提出的多功能檢測控制系統(tǒng)是基于工控機和自動化檢測控制技術(shù)實現(xiàn)的。該系統(tǒng)可對空調(diào)車的相關(guān)工作參數(shù)進行采集、控制、存儲和分析，并對檢測的各項參數(shù)進行評估，以保證飛機在飛行保障前的可靠工作。實際使用表明該系統(tǒng)設(shè)計合理、運行穩(wěn)定可靠，大大提高了飛機地面空調(diào)車的地面保障能力。

Abstract： Multi-purpose measurement and control system proposed in this paper is designed based on industrial control computer and automatic detection and control technology. This system could be used for air-condition working parameter acquisition， control， storage and analysis， to evaluate detection of various parameters， and to ensure the reliable work of aircraft in flight before. Practical use and verification shows that the system design is reasonable， stable and reliable， has greatly improving the ground support ability of aircraft.

關(guān)鍵詞： 檢測控制系統(tǒng)；工控機；數(shù)據(jù)采集；飛機地面空調(diào)車

Key words： measurement and control system；industrial controller；data acquisition；aircraft ground air conditioning carts

中圖分類號：TP23 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）06-0208-02

0 引言

飛機地面空調(diào)車是在飛機發(fā)動機停機狀態(tài)下，在地面通電檢查和維修飛機電器電子設(shè)備時給飛機艙內(nèi)提供干燥而潔凈的給定溫度和濕度的冷風(fēng)、熱風(fēng)和通風(fēng)，用來控制飛機電器電子設(shè)備工作環(huán)境條件的設(shè)備[1]。目前，飛機地面空調(diào)車被廣泛應(yīng)用于部隊、飛機制造廠、試飛院等場所的各型飛機地面保障使用[2]，為飛機在地面進行檢查、維護和維修，保障機上電子設(shè)備可靠工作提供了有力的保障。由于以往的空調(diào)車多是采用儀表和機械控制，當(dāng)出現(xiàn)故障時除了利用經(jīng)驗判斷外，沒有快速解決故障的方法。針對上述問題，本文設(shè)計了飛機地面空調(diào)車多功能檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠使工作人員對空調(diào)車的工作參數(shù)和運行狀態(tài)進行全面掌握，輔助工作人員快速準(zhǔn)確的判斷故障原因并及時找到相應(yīng)的解決辦法。

1 方案設(shè)計

1.1 技術(shù)設(shè)計要求

①設(shè)計傳感器信號采集電路，可采集4～20mA電流信號、0～5V電壓信號，并確保信號無損耗的采集。②設(shè)計鼓風(fēng)機變頻器控制電路，保證實際所需的通風(fēng)量。③設(shè)計溫度控制電路，保證實際所需的供風(fēng)溫度。④設(shè)計風(fēng)壓控制電路，保證實際所需的供風(fēng)壓力，并在風(fēng)壓超限時自動停車。⑤設(shè)計參數(shù)實時顯示功能，使操作人員可直觀查看各項工作參數(shù)及空調(diào)車的運行狀態(tài)。⑥設(shè)計信息存儲功能，確保各項工作參數(shù)被實時記錄。

1.2 方案設(shè)計

空調(diào)車多功能檢測控制系統(tǒng)包括：工控機（采用嵌入式低功耗Intel X86 CPU，并可在多種環(huán)境中安全穩(wěn)定、高效運行的PC/104-Plus主板模塊，內(nèi)部集成了32路轉(zhuǎn)換精度為12位的A/D模塊，可有效提高參數(shù)采集的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性），液晶顯示屏，數(shù)據(jù)存儲器、控制按鈕和軟件設(shè)計。工控機通過RS485串行通訊的方式，對鼓風(fēng)機變頻器、空調(diào)電加熱器進行實時閉環(huán)回路控制，達到實際使用的需求。通過RS232串行通訊的方式，對發(fā)電機組的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。其原理框圖如圖1所示。

空調(diào)車多功能檢測控制系統(tǒng)的信號傳輸電路按照設(shè)計要求主要由溫度、壓力、流量傳感器和進出風(fēng)管路構(gòu)成，所有傳感器均按照國軍標(biāo)要求固定在進出風(fēng)管路的各個關(guān)鍵位置（如進風(fēng)口、鼓風(fēng)機出風(fēng)口、空調(diào)蒸發(fā)器出口及出風(fēng)口等處）上，將各個物理量參數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬量信號。各傳感器嚴(yán)格按照高精度、高可靠性原則進行選用，其輸出的模擬量信號均為標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號（抗干擾能力強），所有信號傳輸電路采用雙絞屏蔽線，降低外界干擾。

2 電路設(shè)計

空調(diào)車多功能檢測控制系統(tǒng)分為幾個獨立的小系統(tǒng)，根據(jù)其功能、運行程序?qū)讉€獨立小系統(tǒng)串聯(lián)形成一個完整的檢測控制系統(tǒng)。因此可根據(jù)各個小系統(tǒng)的主要功能、總體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系，設(shè)計相應(yīng)的電路[3]。

2.1 傳感器信號采集電路

所有溫度、流量、壓力傳感器的輸出信號均為4～20mA，工控機通過PC104總線進行信號讀取，通過PM515信號轉(zhuǎn)換模塊將4～20mA電流信號轉(zhuǎn)換至0～5V電壓信號，提供給工控機。同時通過PM515信號轉(zhuǎn)換模塊的冷端補償參數(shù)，對電流信號進行實時補償，保證測量精度等級[4]。

2.2 變頻器、溫度控制電路和風(fēng)壓報警電路

系統(tǒng)將工控機的串行通訊口與變頻器、電加熱器、發(fā)電機組連接，通過控制程序?qū)ψ冾l器和電加熱器進行參數(shù)的寫入，保證通風(fēng)量和通風(fēng)溫度的準(zhǔn)確輸出。為使數(shù)據(jù)信號能夠完全的傳輸、降低外界干擾，系統(tǒng)采用雙絞屏蔽線進行直連的方式進行連接，可有效降低外界干擾[5]。風(fēng)壓報警電路是根據(jù)風(fēng)壓傳感器的實時參數(shù)進行工作的，當(dāng)風(fēng)壓值超限時工控機通過數(shù)字量輸出端口控制報警器，警示操作人員空調(diào)車發(fā)出的警報，并同時通過控制電路使空調(diào)車自動停車。

2.3 參數(shù)實時顯示電路

工控機有標(biāo)準(zhǔn)的VGA視頻接口，通過VGA接口與液晶顯示屏（具備寬溫范圍使用要求）連接，通過預(yù)編的控制程序?qū)⒏黜棇崟r測得的工作參數(shù)進行轉(zhuǎn)換和顯示。同時通過程序?qū)崟r的各項參數(shù)進行存儲，記錄的參數(shù)有溫度值、壓力值、流量值等并可實現(xiàn)報警信息和時間的記錄。

3 電源設(shè)計

空調(diào)車多功能檢測控制系統(tǒng)的工作電源有2種：12V直流電源和5V直流電源。在電源電路設(shè)計時采用了隔離穩(wěn)壓電源[6]，防止兩種電源地交叉產(chǎn)生的干擾；同時對電源電路增加保險絲，防止大電流振蕩導(dǎo)致系統(tǒng)失效，影響空調(diào)車不能正常工作。

4 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計是以Visual C++6.0為工具，通過C++語言進行程序的編寫，將采集信號進行線性映射計算以及參數(shù)補償，得出相關(guān)數(shù)據(jù)的真實值，最后通過MFC文件反映出系統(tǒng)各設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)。通過MODBUS協(xié)議（RS232，RS485接口），向各個設(shè)備發(fā)送讀寫命令，接收返回的MODBUS語句。把需要的數(shù)據(jù)段從MODBUS語句中提取出來，轉(zhuǎn)成需要采集的數(shù)據(jù)，同時通過發(fā)送控制指令修改參數(shù)，達到對各個設(shè)備的控制目的。

5 面板設(shè)計

為了操作和維修方便，在系統(tǒng)面板設(shè)計時將液晶顯示屏與參數(shù)設(shè)置開關(guān)設(shè)計在操作人員能直視、易于觀察的位置，以滿足人機工程的要求。電源開關(guān)、功能選擇開關(guān)、啟停開關(guān)的操作部分設(shè)計在便于操作使用的位置。系統(tǒng)的面板布局合理，方便簡單，美觀大方。

6 結(jié)論

本系統(tǒng)經(jīng)過1600多小時的場外使用驗證表明，根據(jù)參數(shù)顯示要求，參數(shù)顯示可達小數(shù)點后兩位。經(jīng)驗證，其顯示誤差為0.1%；程序運行穩(wěn)定可靠，在使用期間無程序問題導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運行；性能滿足使用需求，達到了設(shè)計要求。該系統(tǒng)可提高操作人員對空調(diào)車的維修判斷能力，將維修判斷時間縮短為10min，并提高了空調(diào)車的可靠運行和保障能力，其MTBF約為3000h，具有明顯的軍事效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn).GJB2643-96，飛機空調(diào)車航空通用規(guī)范[S].北京：國防科工委軍標(biāo)出版社，1996.

[2]宋兆華.通用型飛機地面空調(diào)車的研究與實現(xiàn)[J].沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報，2013，30（3）：20-22.

[3]張國雄.測控電路[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[4]張華，趙文柱.熱工測量儀表.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[5]張彬彬.飛機地面空調(diào)車智能溫度控制算法的應(yīng)用研究[D].沈陽航空航天大學(xué)，2013.

[6]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.