飛機(jī)配電裝置電氣性能綜合測試臺的研制

方雅倫，陳 林2，羅運(yùn)虎

(1.南京航空航天大學(xué) 自動化學(xué)院，江蘇 南京 210016； 2.中國人民解放軍第5720工廠，安徽 蕪湖 241007)

飛機(jī)配電系統(tǒng)是由匯流條及控制裝置、電路保護(hù)裝置組成，其主要功能是將電源的電功率合理地分配到各級匯流條[1]。飛機(jī)電氣系統(tǒng)故障類型主要包括兩大類：一是電源系統(tǒng)過壓欠壓、過頻欠頻；二是供配電系統(tǒng)大電流器件短路和過載故障[2]。其中文獻(xiàn)[3]結(jié)合國外電氣系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，從電源系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和電氣負(fù)載3個方面闡述了民用飛機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計。文獻(xiàn)[4]探討了飛機(jī)常規(guī)配電裝置電壓降產(chǎn)生的原因及影響，并提出相應(yīng)的控制方法。文獻(xiàn)[5]與文獻(xiàn)[6]通過LabVIEW軟件平臺對飛機(jī)二次配電系統(tǒng)進(jìn)行功能測試，但并未能有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示。文獻(xiàn)[7]通過C語言編寫上位機(jī)軟件，研制飛機(jī)主配電盒邏輯線路的自動測試系統(tǒng)，但缺乏對器件的過壓過流保護(hù)功能測試。文獻(xiàn)[8]研制了基于C語言開發(fā)飛機(jī)電路板的自動測試設(shè)備。

目前，工廠對配電裝置的檢測局限于靜態(tài)導(dǎo)通性測試。為提高飛機(jī)配電裝置修理水平與測試效率、降低配電保護(hù)動作失效風(fēng)險，研制一臺飛機(jī)配電裝置電氣性能綜合測試臺顯得尤為必要。

1 測試臺架構(gòu)和功能及測試方法

1.1 測試臺的測試架構(gòu)

本測試臺的整體設(shè)計框架如圖1所示。

1.2 測試臺的測試功能

該測試臺的測試功能闡述如下：

① 可完成裝置內(nèi)部線路導(dǎo)通性測試；

② 可完成裝置內(nèi)部繼電器/交流接觸器線圈電阻、吸合/釋放電壓和觸點電阻測試；

③ 可完成裝置內(nèi)部各型交/直流自保開關(guān)的自動斷開時間檢查。

圖1 測試臺的整體設(shè)計框架

1.3 測試臺的測試方法

該測試臺的測試方法闡述如下：

① 將待測試的飛機(jī)配電裝置插座或引出線與接觸器箱前面板的測試插座通過測試電纜插頭進(jìn)行連接；

② 打開上位機(jī)軟件，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，先進(jìn)行設(shè)備內(nèi)部各板卡自檢；

③ 設(shè)備自檢完成后，進(jìn)入配電裝置識別界面，由于每套電纜內(nèi)部所接的電阻大小不同，通過檢測的阻值進(jìn)行裝置的識別；

④ 檢測到連接的配電裝置后，進(jìn)入配電裝置的檢測界面，對不同的配電裝置進(jìn)行邏輯功能與電流過載功能的測試。

⑤ 檢測完成后，可將檢測結(jié)果以Excel表格的形式保存在文件夾中。

2 測試臺的硬件選型與設(shè)計

2.1 硬件選型

本設(shè)備選擇數(shù)字萬用表型號為Keysight 34461A，程控交流電流源型號為SDJ15K(輸出電流0～100.0 A、頻率400 Hz)，程控直流電流源型號為SDZ60K(輸出電流0～200.0 A，電壓0.1～120.0 V)，程控交流電壓源型號為DDJ1200(輸出電壓0～200.0 V，電流1 A，頻率300～500 Hz)，程控直流電壓源型號為AN57400(輸出電流0～35.0 A，電壓0～50.0 V)。

2.2 硬件設(shè)計

ISA總線板卡包含CPLD，與主機(jī)ISA插槽對插的接口電路、電源濾波電路、阻容復(fù)位電路、指示燈電路、JTAG接口電路、外部時鐘電路和DB37(內(nèi)與上位機(jī)主機(jī)ISA插槽對插，外連適配器箱底板DB37)。

底板包括與8塊控制分板對插的插槽、與適配器箱后面板插座連接的外部端子、ISA信號驅(qū)動電路、適配器箱前后面板電源、電壓表顯示電路，增加74HC245同向驅(qū)動器用于提高總線的驅(qū)動能力和電平信號的緩沖能力。

圖2給出各分板(HI/LO板、接觸器控制板和繼電器控制板)的硬件框圖。各控制板上都包含F(xiàn)PGA及其配置芯片、阻容復(fù)位電路、電源供電和濾波電路、3.3V/5.5V電平轉(zhuǎn)換電路和ULN2803反向輸出驅(qū)動電路以及繼電器控制電路。

圖2 適配器箱內(nèi)部各分板硬件框圖

2.3 硬件選型與設(shè)計過程中需要注意的方面

(1) 硬件選型。

① 選擇萬用表時，需要滿足電壓/電阻測量的精度要求，實際精度要求為0.01 Ω，這里選擇6位半萬用表。

② 選擇交/直流程控電流源時，需要滿足其容量要求，即直流電流源實際最大輸出150 A，交流電流源100 A，加電線路電阻在0.5 Ω內(nèi)，因此直流電流源選擇容量為200 A/120 V，交流電壓源選擇容量為100 A/90 V(已考慮實際線路電壓擴(kuò)展閾值)。

③ 選擇交/直流程控電壓源時，需要滿足其容量要求，即直流電壓源實際最大輸出27 A，交流最大輸出150 V，直流電壓源加電線路電阻在100～600 Ω，交流電壓源加電線路電阻在5600～6000 Ω內(nèi)，因此直流電流源選擇容量為35 V/50 A，交流電壓源選擇容量為200 V/1 A(已考慮實際線路電流擴(kuò)展閾值)。

④ 由于自保開關(guān)電流安秒特性測試中的過載系數(shù)最大為3且正常斷開時間在25 s內(nèi)，所以連接器接觸件的選型按照1.5倍額定值進(jìn)行。此外，接觸器額定電流需大于等于實際測試電流。

(2) 硬件設(shè)計。

① 針對適配器箱各分板與ISA總線信號距離的不同，需要對連接到適配器箱的ISA總線信號進(jìn)行驅(qū)動；

② 在HI/LO板的設(shè)計中，考慮任何時刻HI/LO板分別只能有一路接通萬用表的HI/LO，為此需要采用譯碼電路，并增加狀態(tài)回讀功能；

③ 對于接觸器控制板的設(shè)計，需要選擇合適的驅(qū)動電路與繼電器來控制接觸器線圈的通電/斷開，并根據(jù)其自檢要求，增加自檢功能；

④ 對于適配器箱控制板的設(shè)計，所有繼電器的觸點電路需要反并續(xù)流二極管，減緩斷開瞬間產(chǎn)生的電流沖擊。

3 測試臺的軟件設(shè)計與開發(fā)

3.1 設(shè)計思路

上位機(jī)軟件具體包括如下測試界面：

① 設(shè)備自檢界面，即適配器箱各板卡與接觸器箱線路的自檢；

② 產(chǎn)品識別界面，根據(jù)電纜內(nèi)部所接的電阻大小不同進(jìn)行不同裝置的識別；

③ 34個配電裝置測試界面，即裝置內(nèi)部直通線、繼電器/接觸器吸合/釋放電壓、自保開關(guān)過載安秒特性等測試，并且測試結(jié)果進(jìn)行保存。

上位機(jī)綜合軟件開發(fā)流程如圖3所示。

3.2 主要函數(shù)及功能

上位機(jī)軟件的測試界面使用的主要函數(shù)及功能如表1所示。

3.3 邏輯功能測試

邏輯功能測試具體包括：

① 接觸器/繼電器線圈電阻測試；

② 自保開關(guān)、熔斷器和直通線導(dǎo)通性測試；

③ 二極管壓降測試；

④ 接觸器/繼電器吸合/釋放電壓測試；

⑤ 接觸器/繼電器觸點電阻測試。

接觸器/繼電器吸合/釋放電壓測試流程框圖如圖4所示。

圖3 上位機(jī)綜合測試軟件流程框圖

函數(shù)功能說明void OnMainLook();查看數(shù)據(jù)void OnMainPrint();打印數(shù)據(jù)void OnMainReturn();清除檢測數(shù)據(jù)void OnMainSave();保存數(shù)據(jù)void OnMainStart();開始檢測/停止檢測void OnClickMainTree(NMHDR? pNMHDR,LRESULT? pResult);樹狀控件鼠標(biāo)點擊處理事件;void OnTimer(UINT nIDEvent);計時器void ResultShow(int nRow);將檢測結(jié)果顯示在界面表格的對應(yīng)行void SetChildCheck(HTREEITEM hTree,BOOL bCheck);父節(jié)點被選中,子節(jié)點自動被全部選中void SetParentCheck(HTREEITEM hTree,BOOL bCheck);子節(jié)點被全部選中,父節(jié)點自動被選中l(wèi)ong OnCommunication(WPARAM wparam,LPARAM lparam)處理下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送的返回命令

繼電器吸合/釋放電壓采用變步長電壓輸出進(jìn)行測試，從而提高測試效率和精度。

3.4 交/直流自保開關(guān)自動斷開時間測試

交/直流自保開關(guān)自動斷開時間測試控制電路通過設(shè)計帶觸發(fā)控制的硬件計時電路和軟件對電流輸出的計時監(jiān)視函數(shù)，確保產(chǎn)品測試安全。測試流程圖如圖5所示。

3.5 軟件設(shè)計與開發(fā)過程中需要注意的方面

① 軟件設(shè)計總體采用模塊化設(shè)計思路，即對具體項目測試采用模塊化調(diào)用原則，提高軟件執(zhí)行效率與軟件后期的維護(hù)性；

② 在使用程控萬用表進(jìn)行測量時，考慮到HI開關(guān)板/LO開關(guān)板任意時刻只能接通一路開關(guān)，為防止誤操作，在測量之前需將這兩塊開關(guān)板復(fù)位，并在測量完成后再次復(fù)位；

圖4 接觸器/繼電器吸合/釋放電壓測試流程圖

圖5 交/直流自保開關(guān)自動斷開時間測試流程圖

③ 為解決軟件內(nèi)部程序沖突問題，需根據(jù)需要在程序中使用線程，點擊開始檢測時開啟線程，點擊停止檢測時關(guān)閉線程。

④ 萬用表測電阻時，按停止檢測按鈕突然中斷線程，若此時萬用表正處于等待觸發(fā)狀態(tài)則會造成萬用表界面假死和程序終止，因此在萬用表運(yùn)行過程中需要設(shè)置萬用表測量結(jié)束標(biāo)志，在停止按鈕中查詢此標(biāo)志再進(jìn)行線程中斷命令。

4 測試驗證和結(jié)果分析

4.1 設(shè)備裝配

測試臺各部件裝配完成如圖6所示。

圖6 測試臺外觀圖

4.2 測試條件

① 打開測試臺電源總開關(guān)，指示燈處于點亮狀態(tài)；

② 啟動進(jìn)入上位機(jī)測試程序，在電源與萬用表通信前，按提示打開電源和萬用表的開關(guān)，并確認(rèn)適配器箱前面板的開關(guān)處于打開狀態(tài)；

③ 在設(shè)備內(nèi)部器件自檢完成后，將設(shè)備與產(chǎn)品用檢測電纜連接，并確保連接牢靠；

④ 在識別到對應(yīng)的配電裝置后，將待測飛機(jī)配電裝置與接觸器箱前面板進(jìn)行連接，進(jìn)行裝置的檢測。

4.3 測試結(jié)果

飛機(jī)配電裝置各項測試標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 飛機(jī)配電裝置測試臺電氣性能測試標(biāo)準(zhǔn)

從圖7、圖8中可以看出，裝置繼電器/接觸器吸合電壓在8.0～13.0 V，釋放電壓在1.0～3.0 V范圍內(nèi)，直流自保開關(guān)自動斷開時間測試在0～15 s范圍內(nèi)，符合表2測試標(biāo)準(zhǔn)。

圖7 被測配電裝置繼電器/接觸器吸合/釋放電壓測試結(jié)果

圖8 被測配電裝置直流自保開關(guān)自動斷開時間測試結(jié)果

5 結(jié)束語

為滿足飛機(jī)多種配電裝置各種電氣性能測試的需要，通過上位機(jī)軟件的開發(fā)，研制上位機(jī)軟件自動控制的綜合測試臺，并對配電裝置進(jìn)行實際測試，測試結(jié)果表明其有效性，使該系列飛機(jī)配電裝置的定期檢測工作更加便利。