孫兆榮 袁少帥 楊永飛

摘 ?要： 為了滿足民航發(fā)動(dòng)機(jī)維修需求，提高維修的可靠性及效率，降低維護(hù)成本，該文設(shè)計(jì)用于民航發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件導(dǎo)通性測(cè)試的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括硬件設(shè)備及軟件控制系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括低阻測(cè)量模塊、動(dòng)態(tài)組合切換模塊、控制模塊及轉(zhuǎn)接線纜等，信號(hào)傳輸以PXI和LXI總線技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為紐帶，采用模塊化的設(shè)計(jì);軟件系統(tǒng)基于LabVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)，基于不同發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型數(shù)據(jù)庫(kù)，完成硬件模塊間的相互通信、導(dǎo)通性測(cè)量操作邏輯、導(dǎo)通性測(cè)量回路的切換、人機(jī)交互及用戶(hù)管理。該系統(tǒng)已在發(fā)動(dòng)機(jī)維修單位投入使用，良好地完成了電氣附件導(dǎo)通性測(cè)試功能，能實(shí)現(xiàn)不同發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型的測(cè)試需求，可實(shí)現(xiàn)整機(jī)的自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試精度與測(cè)試速度得到大幅提高。

關(guān)鍵詞： 航空發(fā)動(dòng)機(jī); 電氣附件; 導(dǎo)通性測(cè)試; 系統(tǒng)設(shè)計(jì); LabVIEW; 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN928?34; TP216 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2019）12?0011?05

Abstract： An automatic test system for continuity testing of electrical accessories in civil aeroengine is designed in this paper to meet the maintenance requirement of the civil aeroengine， improve the maintenance reliability and efficiency， and reduce the maintenance cost. The system consists of the hardware equipment and software control system. The hardware system includes the low?resistance measurement module， dynamic combination switching module， control module and transfer cables. Modularized design is adopted for the signal transmission which takes the PXI and LXI bus technologies and network protocol as the link. The software system is developed based on the LabVIEW platform. The mutual communications between hardware modules， operation logic and loop switch of continuity measurement， human?computer interaction and user management are completed based on the database of different engine types. The system has been put into use in engine maintenance units， which can well complete the continuity test function of electrical accessories， and realize the test requirements of different engine types and automatic test of the whole engine. The tested accuracy and speed are greatly improved.

Keywords： aeroengine; electrical accessory; continuity test; system design; LabVIEW; engine type database

0 ?引 ?言

目前民航噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)用了大量的電氣附件，主要包括供電單元，如整體驅(qū)動(dòng)的主發(fā)電機(jī)、交流永磁發(fā)電機(jī)，還包括用電設(shè)備，如點(diǎn)火激勵(lì)裝置、火警探測(cè)器、活門(mén)作動(dòng)部件、電磁閥，用于測(cè)量位移、流量、壓力、溫度、速度、油量等傳感器。普惠公司某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的電氣附件分類(lèi)如表1所示。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的電氣附件種類(lèi)繁雜，并且電氣線路的連接錯(cuò)綜復(fù)雜。電氣附件安裝的環(huán)境十分惡劣，既有高強(qiáng)度的振動(dòng)、驟變的溫度，還有燃油、滑油等的腐蝕，都可能引起電氣附件可靠性的下降。如果出現(xiàn)電氣短路、線路老化、接觸不良等故障，都會(huì)引起電氣附件導(dǎo)通性的變化[1]。機(jī)載電氣附件的性能將會(huì)影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和實(shí)時(shí)的狀態(tài)監(jiān)控，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的電源及氣源的輸送，因此，電氣附件的性能對(duì)飛機(jī)的可靠性來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。

多數(shù)民航發(fā)動(dòng)機(jī)的電氣附件數(shù)量都在百個(gè)以上，每個(gè)電氣附件的測(cè)試端不止一對(duì)，并且某些電氣附件需要通過(guò)極性互換完成導(dǎo)通測(cè)試。人工測(cè)試耗時(shí)長(zhǎng)，需要測(cè)試人員完全值守，實(shí)現(xiàn)所有測(cè)試線路進(jìn)行的100%測(cè)試[2]。如此一來(lái)，無(wú)論對(duì)于勤務(wù)要求還是電氣化日趨強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)，人工測(cè)試已經(jīng)完全不能滿足要求。因此，民航發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件導(dǎo)通測(cè)試的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的研制具有良好的市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。雖然國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多相關(guān)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，國(guó)外的產(chǎn)品成熟性能可靠，但售價(jià)很高[3?4];國(guó)內(nèi)的一些設(shè)計(jì)受架構(gòu)制約，偏向于特定任務(wù)的專(zhuān)用設(shè)備，不太適合民航多機(jī)型擴(kuò)展的要求[5?7]。本文設(shè)計(jì)一套基于目前較先進(jìn)的主流測(cè)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試設(shè)備，方便功能擴(kuò)展及后續(xù)升級(jí)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

表1 某型民航發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)表

1 ?硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需求，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用LabVIEW、以太網(wǎng)、LXI、PXI等總線技術(shù)。通過(guò)更換測(cè)試系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的連接電纜和切換數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同機(jī)型航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件自動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)通性測(cè)試。

1.1 ?硬件的選型及連接

測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，其由工控機(jī)、數(shù)字萬(wàn)用表、矩陣開(kāi)關(guān)、打印機(jī)、電纜等組成。為了方便功能的擴(kuò)展和提高開(kāi)發(fā)效率，硬件選擇標(biāo)準(zhǔn)的PXI總線或LXI總線的測(cè)控儀器板卡[8?9]。工控機(jī)選擇NI公司的PXIe機(jī)箱和PXIe控制器;數(shù)字萬(wàn)用表選擇NI公司板卡，具有7位半的分辨率，可采用四線制或兩線制進(jìn)行導(dǎo)通電阻測(cè)量;矩陣開(kāi)關(guān)選擇Pickering公司的高電壓矩陣開(kāi)關(guān)，最多可連接300個(gè)測(cè)試點(diǎn)，通過(guò)LXI總線與工控機(jī)通信。

硬件系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)成如圖2所示，將PXI數(shù)字萬(wàn)用表卡的DMM+，DMM-，S+，S-四個(gè)測(cè)量端子分別與電壓矩陣開(kāi)關(guān)X通道的固定端子連接。矩陣開(kāi)關(guān)的其他X通道分成4組線束，分別連接在4個(gè)轉(zhuǎn)接頭上，通過(guò)轉(zhuǎn)接線纜及航空插頭連接發(fā)動(dòng)機(jī)上的被測(cè)電氣附件。每根轉(zhuǎn)接線纜在發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙及EEC位置，按發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)則將測(cè)試轉(zhuǎn)接線纜拆分成若干組，分別與發(fā)動(dòng)機(jī)的EEC插頭、吊艙的航空插頭進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)電壓矩陣開(kāi)關(guān)與被測(cè)電氣附件的連接。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

圖2 電氣導(dǎo)通性測(cè)試接線圖

1.2 ?硬件系統(tǒng)的工作原理

工控機(jī)上的測(cè)試軟件通過(guò)LXI總線技術(shù)經(jīng)路由器依次控制矩陣開(kāi)關(guān)中設(shè)定的繼電器閉合形成測(cè)量回路，并通過(guò)PXI總線控制PXI?4071數(shù)字萬(wàn)用表卡讀取導(dǎo)通電阻值返回到測(cè)試軟件中進(jìn)行故障判斷。測(cè)試軟件將測(cè)量值和故障信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)打印機(jī)打印成報(bào)表。

針對(duì)有些發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件導(dǎo)通性測(cè)試任務(wù)有對(duì)極性電容、二極管等極性元件進(jìn)行表筆正反互換的測(cè)量要求，以及對(duì)不同導(dǎo)通電阻需要使用兩線制測(cè)量或四線制測(cè)量的要求，在測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)電壓矩陣開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)了一套實(shí)現(xiàn)萬(wàn)用表紅黑表筆互換以及矩陣開(kāi)關(guān)任意相鄰縱向通道建立兩線制測(cè)量回路或四線制回路的方法，提高了測(cè)試系統(tǒng)連線的靈活性。

2 ?軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基于LabVIEW平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)電氣附件導(dǎo)通測(cè)量、故障自動(dòng)判斷、測(cè)試數(shù)據(jù)記錄、人機(jī)交互、報(bào)表及工單打印等功能。NI公司的LabVIEW軟件是一種圖形化的編程軟件，集成了各領(lǐng)域的函數(shù)庫(kù)，在系統(tǒng)測(cè)試、儀器測(cè)量等領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用。軟件系統(tǒng)主要包括主程序模塊、自檢模塊、導(dǎo)通測(cè)量模塊、用戶(hù)管理模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、報(bào)表生成模塊、工單打印模塊、萬(wàn)用表校驗(yàn)?zāi)K等。

2.1 ?測(cè)試軟件主程序設(shè)計(jì)

測(cè)試軟件主程序流程圖如圖3所示。

圖3 軟件主程序流程圖

測(cè)試軟件主程序開(kāi)始后，打開(kāi)登錄子程序進(jìn)行使用權(quán)限檢查。如果有軟件使用權(quán)限，會(huì)彈出主程序前面板，并且在數(shù)據(jù)庫(kù)中生成一個(gè)新的記錄表。該記錄表在記錄測(cè)試數(shù)據(jù)的同時(shí)，實(shí)時(shí)地將測(cè)試值返回測(cè)試界面的前面板進(jìn)行顯示。在生成報(bào)表時(shí)，報(bào)表生成模塊將測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)中的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行打印。用戶(hù)可以根據(jù)需求在主界面上選擇實(shí)現(xiàn)萬(wàn)用表卡校驗(yàn)功能、自檢功能或測(cè)試功能。如果執(zhí)行導(dǎo)通測(cè)量功能，程序執(zhí)行時(shí)自動(dòng)將測(cè)試結(jié)果插入到測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)。測(cè)量結(jié)束后，自動(dòng)彈出測(cè)試完成窗口，測(cè)試界面的控件復(fù)位。結(jié)束測(cè)試任務(wù)后，程序自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)表生成程序，讀取寫(xiě)入到測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)試數(shù)據(jù)，并生成Excel報(bào)表，同時(shí)提示是否打印，執(zhí)行完打印功能后測(cè)試功能程序關(guān)閉并退出。

2.2 ?測(cè)量程序設(shè)計(jì)

導(dǎo)通性測(cè)量程序流程圖如圖4所示。測(cè)量程序先根據(jù)機(jī)型和導(dǎo)通測(cè)量任務(wù)ID生成索引，在數(shù)據(jù)庫(kù)的硬件配置表中找到對(duì)應(yīng)的矩陣開(kāi)關(guān)和數(shù)字萬(wàn)用表的配置信息，然后依此初始化矩陣開(kāi)關(guān)和數(shù)字萬(wàn)用表。矩陣開(kāi)關(guān)按照配置信息閉合選定的繼電器以形成兩線制或者四線制測(cè)量回路，數(shù)字萬(wàn)用表按照配置信息自動(dòng)選擇測(cè)量方式和量程，然后測(cè)量導(dǎo)通電阻值并將測(cè)量結(jié)果連同任務(wù)信息一起插入數(shù)據(jù)庫(kù)的記錄表中，最后硬件和軟件復(fù)位。用戶(hù)可以在軟件前面板選擇手動(dòng)單步測(cè)試或自動(dòng)測(cè)試，選擇自動(dòng)測(cè)試時(shí)會(huì)將該型發(fā)動(dòng)機(jī)的所有導(dǎo)通測(cè)量任務(wù)遍歷一遍。

圖4 導(dǎo)通性測(cè)量程序流程圖

2.3 ?數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序完成新測(cè)試表格創(chuàng)建、測(cè)試數(shù)據(jù)插入和測(cè)試數(shù)據(jù)讀取等主要功能。數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序開(kāi)發(fā)基于LabVIEW的ADO數(shù)據(jù)庫(kù)VI控件，實(shí)時(shí)記錄導(dǎo)通測(cè)量的測(cè)試數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)讀取顯示。數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建連接后，根據(jù)機(jī)型打開(kāi)給定路徑的Access數(shù)據(jù)庫(kù)，利用SQL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，包括新表創(chuàng)建、數(shù)據(jù)插入、數(shù)據(jù)讀取等，操作完成后關(guān)閉連接。進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)讀取時(shí)，數(shù)據(jù)將從數(shù)據(jù)庫(kù)返回。數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)路徑是通過(guò)拆分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)管理程序的給定路徑獲取，利于數(shù)據(jù)庫(kù)的復(fù)制與移植。系統(tǒng)軟件控制功能、導(dǎo)通測(cè)量功能和報(bào)表生成功能通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。

2.4 ?自檢程序設(shè)計(jì)

自檢程序主要用來(lái)檢查矩陣開(kāi)關(guān)所有繼電器是否都能正常閉合，數(shù)字萬(wàn)用表是否能正常工作。設(shè)備自檢時(shí)需要在轉(zhuǎn)接頭上接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻陣列，自檢程序掃描矩陣開(kāi)關(guān)所有的繼電器并將自檢結(jié)果以Excel表格的形式輸出。

2.5 ?測(cè)試報(bào)表生成程序

測(cè)試報(bào)表生成及工單打印功能是將測(cè)量結(jié)果輸出為Excel表格，并以設(shè)計(jì)模板打印工單。程序運(yùn)行時(shí)，首先創(chuàng)建新的Excel空白表格，按照測(cè)試功能+測(cè)試方式+測(cè)試時(shí)間自動(dòng)命名。選擇測(cè)試機(jī)型、測(cè)試人員及自動(dòng)讀取測(cè)試時(shí)間等內(nèi)容，相應(yīng)的測(cè)試信息將從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取并插入到新建Excel表中。打印機(jī)屬性中設(shè)置頁(yè)面自動(dòng)縮小，打印方向?yàn)闄M向。按下打印按鈕時(shí)將彈出是否打印的詢(xún)問(wèn)窗口。如果選擇打印，測(cè)試表格將被打印，然后自動(dòng)關(guān)閉程序;如果選擇否，程序?qū)⒅苯雨P(guān)閉并退出。

3 ?實(shí) ?驗(yàn)

在民航發(fā)動(dòng)機(jī)維修車(chē)間對(duì)某型民航發(fā)動(dòng)機(jī)的傳感器、作動(dòng)器等電氣附件進(jìn)行測(cè)試，如圖5所示，并對(duì)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行精度實(shí)驗(yàn)和自動(dòng)測(cè)試的速度實(shí)驗(yàn)。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件導(dǎo)通測(cè)試中，同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的134項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行順序測(cè)試。根據(jù)布線及矩陣開(kāi)關(guān)插針?lè)植寂渲脭?shù)據(jù)庫(kù)中的矩陣開(kāi)關(guān)與萬(wàn)用表卡的配置信息，通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)軟件遍歷測(cè)試所有部件，對(duì)比配置數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)期數(shù)值與測(cè)試報(bào)告中的測(cè)量值，部分測(cè)試數(shù)據(jù)如圖6所示。測(cè)試結(jié)果均在測(cè)試要求范圍內(nèi)，證明配置信息無(wú)誤，測(cè)試設(shè)備正常，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件無(wú)異常。

在精度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，采用標(biāo)稱(chēng)阻值分別為1 Ω，2.2 Ω，3.3 Ω的電阻各3個(gè)，180 Ω，360 Ω，1 kΩ的電阻各2個(gè)。標(biāo)稱(chēng)電阻1 Ω的電阻標(biāo)稱(chēng)相對(duì)誤差為1%，其余電阻的標(biāo)稱(chēng)相對(duì)誤差為5%。為了保證測(cè)試條件的一致性，采用四線制測(cè)量法，手動(dòng)單步測(cè)量所有的標(biāo)稱(chēng)電阻，其測(cè)試結(jié)果如表2所示。根據(jù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算出測(cè)試系統(tǒng)的相對(duì)誤差為0.64%，相對(duì)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差為0.27%，滿足民航發(fā)動(dòng)機(jī)手冊(cè)中對(duì)電氣附件導(dǎo)通測(cè)試的精度要求。

圖6 某型發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件導(dǎo)通性測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 導(dǎo)通測(cè)試系統(tǒng)的精度測(cè)試結(jié)果

4 ?結(jié) ?論

自動(dòng)測(cè)試的速度實(shí)驗(yàn)中，使用上述測(cè)試設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試功能對(duì)某型民航發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行電氣附件導(dǎo)通測(cè)試，能在20 min內(nèi)完成134項(xiàng)導(dǎo)通性測(cè)量任務(wù)，測(cè)試結(jié)束后能自動(dòng)生成并打印測(cè)試報(bào)告，大大提高了測(cè)試效率。該設(shè)備可用7位半的分辨率，在10 mΩ～2 MΩ的范圍內(nèi)對(duì)導(dǎo)通電阻進(jìn)行高精度測(cè)量?？梢酝ㄟ^(guò)在數(shù)據(jù)庫(kù)中添加新機(jī)型的測(cè)試設(shè)置表和更換適配電纜來(lái)擴(kuò)展可測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)。LabVIEW虛擬儀器技術(shù)能方便地支持新的硬件模塊，以擴(kuò)展新的功能，體現(xiàn)了測(cè)試時(shí)間短，測(cè)量精度高，擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

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