航空整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

王作天,呂思璐,田開(kāi)順

(1.中國(guó)人民解放軍 第四七二四工廠,上海 200436;2.北京航天測(cè)控技術(shù)有限公司,北京 100041)

0 引言

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、航空技術(shù)的高速發(fā)展，航空機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備之間的信號(hào)交聯(lián)關(guān)系越來(lái)越錯(cuò)綜復(fù)雜，航空機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備之間廣泛應(yīng)用著各種性能規(guī)格的電纜，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的航空電纜如同飛機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備，航空機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備之間的電源、信號(hào)、控制、通信傳輸全部是通過(guò)電纜完成的，是航空機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備之間進(jìn)行控制、信號(hào)交互和能量傳輸?shù)闹匾d體，作為系統(tǒng)交聯(lián)橋梁的航空電纜，必須保證其穩(wěn)定性和可靠性，一旦電纜出了問(wèn)題，就可能直接危及飛機(jī)的飛行安全，電纜連接的可靠性直接影響部隊(duì)飛行訓(xùn)練和作戰(zhàn)任務(wù)的完成率，因此航空電纜的檢測(cè)自然成為航空電纜維修過(guò)程中一項(xiàng)極其重要的工作。

目前國(guó)內(nèi)，多數(shù)飛機(jī)制造廠和大修廠還仍在采用原始的手工檢測(cè)方法，即運(yùn)用傳統(tǒng)的導(dǎo)通電阻檢測(cè)法，人工采用三用表、蜂鳴器等工具進(jìn)行逐點(diǎn)檢測(cè)，通過(guò)電路中的導(dǎo)通電阻或蜂鳴器的聲響來(lái)判斷導(dǎo)線是否存在斷路故障，這種方法需兩人以上配合逐點(diǎn)檢測(cè)，傳統(tǒng)檢測(cè)方法是適用于檢測(cè)電纜種類(lèi)少、電纜芯數(shù)較少的情況，如果完成大批量多種多芯電纜的檢測(cè)，此方法就暴露出檢測(cè)效率低、操作繁瑣、速度慢、工作量大、準(zhǔn)確性差、極易出現(xiàn)人為差錯(cuò)等缺點(diǎn)。

隨著自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，整機(jī)電纜自動(dòng)化檢測(cè)也越來(lái)越受到各大航空修理廠的重視，如沈飛、成飛先后采購(gòu)應(yīng)用國(guó)際上成熟的電纜檢測(cè)產(chǎn)品，完成飛機(jī)整機(jī)電纜裝配出廠的自動(dòng)檢測(cè)，減輕電纜檢測(cè)人員的工作量、提高電纜的檢測(cè)準(zhǔn)確性和檢測(cè)效率，提高了面向飛機(jī)裝備電纜的綜合維修保障能力。鑒于上述因素，結(jié)合大修廠現(xiàn)場(chǎng)及飛機(jī)實(shí)際情況，進(jìn)行整機(jī)航空電纜檢測(cè)系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)顯得勢(shì)在必行。

1 整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

飛機(jī)大修現(xiàn)場(chǎng)的整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)基于美國(guó)DIT-MCO公司的航空專(zhuān)用電纜線束測(cè)試儀Model 2650MBA，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，二次開(kāi)發(fā)而成。電纜測(cè)試儀的系統(tǒng)組成包括：測(cè)控主機(jī)、測(cè)量地址切換單元、檢測(cè)互聯(lián)總線、轉(zhuǎn)接箱、轉(zhuǎn)接電纜。

DIT-MCO電纜檢測(cè)系統(tǒng)由硬件與軟件組成。硬件包括檢測(cè)主機(jī)、筆記本電腦、打印機(jī)、分布式檢測(cè)模塊、通訊線、檢測(cè)轉(zhuǎn)接電纜等，軟件包括編程、連接、執(zhí)行軟件。DIT-MCO電纜檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 DIT-MCO電纜檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖

主控計(jì)算機(jī)：采用主流計(jì)算機(jī)控制，使用筆記本電腦進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)LAN網(wǎng)口進(jìn)行通訊。

檢測(cè)主機(jī)：電纜測(cè)試儀的核心模塊，所有的激勵(lì)由此發(fā)出，檢測(cè)主機(jī)型號(hào)為 DIT-MCO 2650型。主機(jī)提供程控可調(diào)式輸出電壓，輸出電壓滿(mǎn)足導(dǎo)通檢測(cè)電壓為 0～30 V 可編程設(shè)定，絕緣檢測(cè)電壓為50～500 V 可編程設(shè)定的要求。提供可調(diào)式輸出激勵(lì)電流，輸出激勵(lì)電流范圍5 mA～2 A可編程設(shè)定。主機(jī)具備過(guò)載保護(hù)和漏電保護(hù)功能，設(shè)置有急停按鈕。

選址器模塊：通過(guò)編程，可以快速進(jìn)行地址選擇，把編程語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為硬件可識(shí)別語(yǔ)言。

測(cè)試地址轉(zhuǎn)換控制模塊：根據(jù)硬件的語(yǔ)言對(duì)檢測(cè)卡進(jìn)行地址切換，從而形成檢測(cè)回路。

可擴(kuò)展模塊：分布式檢測(cè)模塊的數(shù)量為6個(gè)，單個(gè)檢測(cè)模塊檢測(cè)點(diǎn)數(shù)位1 000點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)總數(shù)為6 000點(diǎn)。

模塊帶有手柄，以便于搬運(yùn)、放置；每個(gè)模塊可獨(dú)立運(yùn)行、互不干擾。

主要技術(shù)指標(biāo)：

1)可配置點(diǎn)數(shù)：30 000點(diǎn)；

2)絕緣檢測(cè)：30 V～500 Vdc；

3)導(dǎo)通檢測(cè)：5 mA～2 Amp，0.225 V～29.75 Vdc；

4)耐壓檢測(cè)：250 V～500 Vdc；

5)電阻測(cè)量范圍：電阻0.01 Ω～3 GΩ；

6)激勵(lì)電壓：0.01 V～500 Vdc&1～1 000 Vac；

7)檢測(cè)速度：最快每分鐘5 000點(diǎn)；

8)可執(zhí)行兩線、四線測(cè)量；

9)可執(zhí)行導(dǎo)通檢測(cè)、絕緣檢測(cè)、AC/DC耐壓檢測(cè)。

1.2 航空整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

航空整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 航空整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)框圖

航空整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)上布局連接示意圖如圖3所示。

圖3 航空整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)上布局連接示意圖

測(cè)控主機(jī)是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的核心部分，完成檢測(cè)軟件的運(yùn)行、檢測(cè)設(shè)備的控制等功能。檢測(cè)主控模塊產(chǎn)生檢測(cè)所需的各種電壓、電流，對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，各種輸入輸出通道的切換控制。主控模塊通過(guò)網(wǎng)線與上位機(jī)電腦連接，通過(guò)串行通信總線與各切換單元連接。

測(cè)量地址切換單元是由繼電器交換板組成，其主要功能為接收測(cè)控主機(jī)的指令，根據(jù)測(cè)控主機(jī)的指令，接通相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)與系統(tǒng)中任一指定的測(cè)點(diǎn)，將電纜的兩個(gè)端點(diǎn)接入測(cè)控系統(tǒng)儀器進(jìn)行測(cè)量。每一個(gè)切換器模塊包括上至15個(gè)的切換芯板，每塊芯板有100個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，最大支持1 500個(gè)檢測(cè)點(diǎn)(通過(guò)分析該機(jī)型電纜分布情況，本切換單元每個(gè)模塊采用1 000個(gè)檢測(cè)點(diǎn))。

檢測(cè)互聯(lián)總線用于傳送控制指令、激勵(lì)信號(hào)、供電電壓信號(hào)。在測(cè)控主機(jī)和測(cè)量地址切換單元之間，以及測(cè)量地址切換單元和測(cè)量地址切換單元之間都通過(guò)一束檢測(cè)互聯(lián)總線相連。

因硬件條件有限，大修現(xiàn)場(chǎng)僅配備了6個(gè)測(cè)量地址切換單元，即6 000檢測(cè)點(diǎn)，無(wú)法滿(mǎn)足一次完成整機(jī)電纜約20 000點(diǎn)的檢測(cè)需求。同時(shí)，考慮整機(jī)檢測(cè)轉(zhuǎn)接電纜數(shù)量龐大，實(shí)現(xiàn)硬件檢測(cè)點(diǎn)資源合理擴(kuò)展、轉(zhuǎn)接纜方便操作及保存，避免切換單元Easymate插頭頻繁插拔損壞。為解決上述難題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了特制的轉(zhuǎn)接工裝及電纜轉(zhuǎn)接箱。轉(zhuǎn)接電纜用于連接機(jī)上電纜頭與檢測(cè)系統(tǒng)切換單元模塊通道，通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)渡轉(zhuǎn)接插頭座，檢測(cè)時(shí)僅需要插拔機(jī)上電纜頭即可，從而保證插拔的可靠性，避免因轉(zhuǎn)接電纜故障引入錯(cuò)誤檢測(cè)結(jié)果。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控機(jī)和測(cè)量地址切換單元

主控機(jī)和測(cè)量地址切換單元為DIT-MCO線束檢測(cè)儀自帶硬件資源，國(guó)內(nèi)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)二次開(kāi)發(fā)時(shí)不作硬件資源更改。

主控機(jī)核心部件為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量單元(SMU)，SMU提供寬范圍的激勵(lì)與測(cè)量，可以生成檢測(cè)激勵(lì)并測(cè)量電壓、電流和電阻，同時(shí)將這些測(cè)量值與編程設(shè)定的條件進(jìn)行比較。測(cè)量地址切換單元核心部件為繼電器矩陣，控制不同的測(cè)量地址切換單元?jiǎng)幼?，?shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量多根線的功能。

2.2 轉(zhuǎn)接箱

本系統(tǒng)特制的轉(zhuǎn)接箱的功能為實(shí)現(xiàn)檢測(cè)點(diǎn)硬件資源擴(kuò)展；實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接電纜的方便收放保存；增加過(guò)渡轉(zhuǎn)接插頭座，實(shí)現(xiàn)測(cè)量地址切換單元到過(guò)渡轉(zhuǎn)接插頭座連接以及過(guò)渡轉(zhuǎn)接插頭座到轉(zhuǎn)接電纜的連接，避免Easymate插頭頻繁插拔。

為實(shí)現(xiàn)原硬件資源的6 000檢測(cè)點(diǎn)擴(kuò)展為18 000檢測(cè)點(diǎn)，首先我們想到的是使用航空常用的導(dǎo)線接線排，每個(gè)接線排有4個(gè)接線柱，一個(gè)接線柱與測(cè)量地址切換單元的一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)連接，另外3個(gè)接線柱再分別與第一個(gè)接線柱連接，就可實(shí)現(xiàn)由一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)同時(shí)并聯(lián)成3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的功能。但是當(dāng)我們計(jì)算完接線排尺寸和轉(zhuǎn)接機(jī)柜尺寸后，發(fā)現(xiàn)這個(gè)方案無(wú)法實(shí)施，因?yàn)? 000個(gè)檢測(cè)點(diǎn)需要6 000個(gè)接線排，根本無(wú)法在有限的接線箱空間內(nèi)排布，原電纜轉(zhuǎn)接箱擴(kuò)展方案需要改進(jìn)完善。經(jīng)過(guò)調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)汽車(chē)行業(yè)有一種常用的一轉(zhuǎn)三接插件，一點(diǎn)輸入，三點(diǎn)輸出，符合我們的擴(kuò)展設(shè)計(jì)初衷，該接插件尺寸相當(dāng)小，原來(lái)排布一個(gè)接線排的空間，可以分布大約十幾個(gè)這個(gè)接插件，解決了接線箱空間有限的問(wèn)題。在轉(zhuǎn)接箱制作過(guò)程中，將檢測(cè)模塊的6 000點(diǎn)先與該接插件輸入孔連接，然后由該接插件輸出并聯(lián)的三路，接向轉(zhuǎn)接插頭座，實(shí)現(xiàn)了6 000檢測(cè)點(diǎn)擴(kuò)展為18 000檢測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，大修飛機(jī)的檢測(cè)程序是按專(zhuān)業(yè)編制，通過(guò)合理安排檢測(cè)地址，將3個(gè)并聯(lián)的地址，賦予不同的專(zhuān)業(yè)，同一次檢測(cè)中不重復(fù)使用并聯(lián)的地址，這樣就避免了地址復(fù)用的情況，也就實(shí)現(xiàn)了同地址完成不同電纜的檢測(cè)。檢測(cè)點(diǎn)擴(kuò)展用接插件實(shí)物圖和檢測(cè)點(diǎn)擴(kuò)展原理圖如圖4所示。

圖4 檢測(cè)點(diǎn)擴(kuò)展用接插件圖和檢測(cè)點(diǎn)擴(kuò)展原理圖

2.3 轉(zhuǎn)接電纜

轉(zhuǎn)接電纜的一端連接在電纜測(cè)試儀的檢測(cè)模塊上，另一端和被測(cè)產(chǎn)品連接，用于檢測(cè)系統(tǒng)和被測(cè)產(chǎn)品的連接。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)接電纜時(shí)，采用EasyMate連接器連接轉(zhuǎn)接電纜和檢測(cè)設(shè)備。EasyMate連接器根據(jù)被試產(chǎn)品的不同，可以采用10針為單位進(jìn)行組合，組成不同的連接器，可以組合成10～130針不同的針數(shù)的插頭，避免了電纜的分叉，節(jié)省了檢測(cè)點(diǎn)。原則上每個(gè)產(chǎn)品制作一根轉(zhuǎn)接電纜，所有插頭座均放滿(mǎn)針、放滿(mǎn)線，以便轉(zhuǎn)接電纜可以重復(fù)使用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件概述

完成航空整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行需要3個(gè)軟件，分別是DIT-MCO檢測(cè)儀自帶TestLink軟件，TestExecutive軟件和自行設(shè)計(jì)編制的修理記錄填寫(xiě)軟件。

3.2 TestLink軟件和TestExecutive軟件

TestLink軟件和TestExecutive軟件為電纜測(cè)試儀系統(tǒng)自帶測(cè)試軟件，在檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中無(wú)法對(duì)其進(jìn)行修改，只是運(yùn)用。使用中，先將整機(jī)連接器接觸偶在EXCEL軟件中分別列出，并與測(cè)量地址切換單元的0～49、100～149……等地址號(hào)一一對(duì)應(yīng)，注意一一對(duì)應(yīng)過(guò)程中，在地址中間應(yīng)間斷空出約5個(gè)地址，避免轉(zhuǎn)接電纜根部粗大，EasyMate連接器相互干涉，無(wú)法連接；然后將該EXCEL文件導(dǎo)入DIT-MCO檢測(cè)儀自帶TestLink軟件，利用TestEdit功能建立測(cè)點(diǎn)位址與線束連接器接觸點(diǎn)位址對(duì)應(yīng)表，生成ACT命令所需的.ut地址文件。DIT-MCO測(cè)試系統(tǒng)軟件框圖如圖5所示。

圖5 DIT-MCO測(cè)試系統(tǒng)軟件框圖

3.3 系統(tǒng)工作流程

首先打開(kāi)DIT-MCO檢測(cè)儀自帶DIT-MCOTestLink軟件，利用ComponentLibraryManager功能建立待測(cè)飛機(jī)整機(jī)連接器數(shù)據(jù)庫(kù)，利用TestEdit功能生成ACT命令所需的.ut地址文件；利用TestEdit功能生成執(zhí)行軟件所需.ro執(zhí)行文件。整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行流程框圖如圖6所示。

接著打開(kāi)DIT-MCO檢測(cè)儀自帶TestExecutive軟件，執(zhí)行相應(yīng)的.ro文件后，先輸入檢測(cè)人員的信息后，自動(dòng)執(zhí)行事先編寫(xiě)正確的導(dǎo)通(絕緣)程序，由主控機(jī)將.ro文件中相關(guān)命令輸送至相應(yīng)的測(cè)量地址切換單元、測(cè)量?jī)x表、信號(hào)源，相應(yīng)的繼電器吸合，源導(dǎo)線和目標(biāo)導(dǎo)線導(dǎo)通，儀表開(kāi)始測(cè)量，并將測(cè)得值返回主控機(jī)，主控機(jī)在軟件的測(cè)量窗口實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。軟件將返回值和檢測(cè)文件事先規(guī)定的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，如果在允許的誤差范圍內(nèi)，則認(rèn)為此線路正常，用PASS顯示，記錄測(cè)量值，后進(jìn)行下一條線路的檢測(cè)，否則，判斷此線路的故障，并用HIGH顯示，給出故障詳細(xì)信息。直至完成.ro文件中全部電纜檢測(cè)。最后生成檢測(cè)結(jié)果，保存在.txt文件中，以備后期自動(dòng)填寫(xiě)修理記錄使用。

圖6 整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行流程框圖

基于整機(jī)電纜導(dǎo)通表，在EXCEL軟件中先編寫(xiě)不同專(zhuān)業(yè)的導(dǎo)通(絕緣)程序語(yǔ)句，然后導(dǎo)入DIT-MCO檢測(cè)儀自帶TestLink軟件，利用TestEdit功能，生成TestExecutive軟件所需的.ro檢測(cè)文件。運(yùn)行TestExecutive軟件結(jié)束自動(dòng)生成一份txt文件格式的檢測(cè)報(bào)告，txt格式報(bào)告文件截圖見(jiàn)圖7所示。

圖7 檢測(cè)報(bào)告txt文件截圖

3.4 修理記錄自動(dòng)填寫(xiě)軟件

除了使用DIT-MCO測(cè)試儀自帶軟件編寫(xiě)檢測(cè)程序外，航空整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)還有一個(gè)任務(wù)就是檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理。一架飛機(jī)的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)約20 000點(diǎn)，按兩線制檢測(cè)，就是約10 000根線，檢測(cè)系統(tǒng)就會(huì)生成一萬(wàn)條檢測(cè)結(jié)果，測(cè)量阻值需要人工逐一填入修理記錄中，填寫(xiě)量可想而知。為了解決該難題，我們基于VisualStudio開(kāi)發(fā)環(huán)境，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了記錄自動(dòng)填寫(xiě)軟件，界面如圖8所示。

圖8 記錄自動(dòng)填寫(xiě)軟件界面圖

運(yùn)行軟件，需要設(shè)計(jì)編制一份修理記錄模板，我們?cè)谀０逯性O(shè)置了“檢測(cè)阻值”和“檢測(cè)結(jié)果”兩列，用于寫(xiě)入txt檢測(cè)報(bào)告中的數(shù)據(jù)。然后利用VisualStudio開(kāi)發(fā)環(huán)境下的相關(guān)函數(shù)和EXCEL軟件內(nèi)嵌函數(shù)完成模板讀取、txt檢測(cè)報(bào)告中的文本讀取、模板表格定位以及檢測(cè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入。軟件運(yùn)行結(jié)束后，即可自動(dòng)生成如圖9的修理記錄，圖中檢測(cè)阻值和檢測(cè)結(jié)果為軟件自動(dòng)填寫(xiě)內(nèi)容，其余為模板，大大節(jié)省了人工填寫(xiě)記錄的工作量。

圖9 記錄自動(dòng)填寫(xiě)軟件生成的修理記錄

4 效果驗(yàn)證

在飛機(jī)大修廠，完成一架飛機(jī)整機(jī)電纜人工導(dǎo)通和絕緣檢測(cè)大約需要3～4天，按投入10人計(jì)算，約需30～40人天；使用本系統(tǒng)后，完成一架飛機(jī)整機(jī)電纜人工導(dǎo)通和絕緣檢測(cè)(含轉(zhuǎn)接電纜拆裝)大約需要1.5天，同樣按投入10人計(jì)算，約需15人天，節(jié)約工時(shí)達(dá)50%～60%，工效顯著。經(jīng)過(guò)對(duì)接測(cè)試試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)于飛機(jī)上的電纜插頭的檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到100%，檢測(cè)效率提高50%～60%。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，航空維修檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)手段正在逐步升級(jí)換代快速發(fā)展，航空電纜的檢測(cè)技術(shù)的數(shù)字化、自動(dòng)化將是大勢(shì)所趨。工廠基于美國(guó)DIT-MCO線束測(cè)試儀進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)、集成設(shè)計(jì)的航空整機(jī)電纜檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了整機(jī)電纜的自動(dòng)導(dǎo)通、絕緣自動(dòng)檢測(cè)以及修理記錄的自動(dòng)填寫(xiě)功能，本系統(tǒng)的成功應(yīng)用，將大修廠電纜檢測(cè)水平由原來(lái)的人工檢測(cè)1.0時(shí)代邁升到了自動(dòng)檢測(cè)的2.0時(shí)代，為航空修理廠整機(jī)航空電纜的自動(dòng)化檢測(cè)工作提供借鑒參考。

航空整機(jī)電纜測(cè)試系統(tǒng)完成飛機(jī)整機(jī)電纜維修裝配出廠的自動(dòng)檢測(cè)，減輕電纜檢測(cè)人員的工作量、提高航空電纜的檢測(cè)準(zhǔn)確率和檢測(cè)效率，提高了面向飛機(jī)裝備電纜的綜合維修保障能力。