LXI總線在航空試車臺(tái)中的應(yīng)用

杜小紅 鄭明月 楊智 郭魯奇 高云

摘? 要：為實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性及硬件結(jié)構(gòu)的簡單性，應(yīng)用LXI總線測(cè)試技術(shù)和通用化儀器，構(gòu)建了一套性能先進(jìn)、結(jié)構(gòu)靈活、抗電磁干擾強(qiáng)的分布式數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)。經(jīng)某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)測(cè)試應(yīng)用，表明該系統(tǒng)不僅可滿足試車工藝要求，而且具有工作穩(wěn)定可靠、采集速率快、抗干擾強(qiáng)、硬件結(jié)構(gòu)簡單及維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。不僅可滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)靈活多變的測(cè)試需要，而且提升了試車臺(tái)設(shè)備保障的技術(shù)水平和層次。

關(guān)鍵詞：LXI總線;分布式;抗電磁干擾;航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP274+.2? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）04-0058-05

Application of LXI Bus in Aircraft Engine Test Bed

DU Xiaohong， ZHENG Mingyue， YANG Zhi， GUO Luqi， GAO Yun

（AECC South Industry Co.， Ltd.， Zhuzhou? 412002， China）

Abstract： In order to realize the accuracy， real-time， stability of the multichannel data acquisition system for an aircraft engine test bed and the simplicity of the hardware structure， a distributed data test system with advanced performance， flexible structure and strong anti electromagnetic interference based on LXI bus test technology and general instruments is constructed. The test application of an aircraft engine test bed shows that the system can not only meet the test process requirements， but also has the advantages of stable and reliable operation， fast acquisition rate， strong anti-interference， simple hardware structure and low maintenance cost. It can not only meet the flexible testing needs of aircraft engine test bed， but also improve the technical level and level of equipment support of.

Keywords： LXI bus; distributed; anti electromagnetic interference; aircraft engine test bed

0? 引? 言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是具有復(fù)雜的氣動(dòng)力、熱力結(jié)構(gòu)的動(dòng)力裝置。近年來，隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，其測(cè)試技術(shù)要求也不斷提高。航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)成為測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)及批量發(fā)動(dòng)機(jī)出廠時(shí)校驗(yàn)其合格性的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)其數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集速率的要求在逐步地提高[1，2]。自20世紀(jì)70年代通用儀器總線（General Purpose Interface Bus， GPIB）出現(xiàn)以來，測(cè)試儀器的發(fā)展經(jīng)歷了GPIB總線、VXI總線和PXI總線等多種形式[3]。采用這些總線技術(shù)組建的測(cè)試系統(tǒng)被廣泛使用。但隨著硬件設(shè)備的不斷升級(jí)改造、數(shù)據(jù)通信速度不斷加快、抗干擾要求越來越高，VXI/PXI總線技術(shù)越來越不能滿足數(shù)據(jù)采集要求。此時(shí)出現(xiàn)了LXI總線，LXI總線是一種功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)傳輸速率快、抗干擾強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集總線[4-7]。

LXI總線是一種新型儀器接口規(guī)范，是以太網(wǎng)技術(shù)在測(cè)試自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用的拓展，其總線規(guī)范融合了儀器的高性能、插卡式儀器的緊湊靈活和以太網(wǎng)的高速吞吐率，且性能比以往測(cè)試系統(tǒng)的解決方案更緊湊、更快速、更廉價(jià)、更持久[8]。因此，LXI技術(shù)在設(shè)計(jì)大型測(cè)試系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)明顯，尤其非常適合設(shè)計(jì)基于高速網(wǎng)絡(luò)的分布式測(cè)試系統(tǒng)，這也是在航空試車臺(tái)中引進(jìn)LXI總線的關(guān)鍵所在[9，10]。

1? 測(cè)試系統(tǒng)簡介

隨著國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的逐步發(fā)展，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的建設(shè)提出了更高的要求。從之前測(cè)試幾十個(gè)通道發(fā)展到如今測(cè)試上百、上千個(gè)通道，為保障采集速率的同步性、傳輸速率的高速性、采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性，之前采用的PXI/VXI系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)的限制，數(shù)據(jù)吞吐率比較低、線路易帶來電磁干擾等缺點(diǎn)已無法滿足要求。因此，建立一套基于LXI總線的大型測(cè)試系統(tǒng)就顯得尤為必要。航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)采用PXI/VXI系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

目前幾種測(cè)試總線規(guī)范比較如表1所示[11]。

1.1? 測(cè)試系統(tǒng)總體方案

設(shè)計(jì)的某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)，測(cè)試的數(shù)據(jù)采集通道達(dá)到了二百多個(gè)，要求整個(gè)采集系統(tǒng)各信號(hào)無電磁干擾現(xiàn)象。因此采用LXI設(shè)備作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。LXI采集模塊通過配置不同的模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)及車臺(tái)配套重要參數(shù)的監(jiān)測(cè)。整個(gè)車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體框圖如圖2所示。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了兩臺(tái)工控機(jī)，各工控機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能：1號(hào)工控機(jī)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警顯示等功能;2號(hào)工控機(jī)主要實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)報(bào)表打印等功能。結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。7BA18188-201C-4446-BD92-DA9804E78D94

1.2? 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集要求，某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過LXI板卡采集發(fā)動(dòng)機(jī)及附屬設(shè)備的電量、頻率量及開關(guān)量參數(shù);通過網(wǎng)絡(luò)或串口采集水力測(cè)功器、電子控制器、西門子PLC控制模塊及西門子質(zhì)量流量計(jì)等參數(shù)。系統(tǒng)硬件采集框圖如圖4所示。

1.2.1? LXI采集硬件

LXI總線采用了IVI規(guī)范，并推薦使用IVI-COM驅(qū)動(dòng)程序與其他處理器或主機(jī)聯(lián)系，這些驅(qū)動(dòng)程序兼容各種開放式儀器，簡化了測(cè)試系統(tǒng)的整個(gè)調(diào)試過程，保證了測(cè)試系統(tǒng)從產(chǎn)品開發(fā)到加工生產(chǎn)之問的無縫移植[6，7]。本試車臺(tái)使用的LXI采集模塊有：

（1）EX1000系列板卡。EX1000儀器家族是目前航空試車臺(tái)中最高級(jí)的熱電偶和電壓采集板卡，它使用了LXI-A類規(guī)范，每個(gè)信號(hào)通道提供完全的端對(duì)端自校準(zhǔn)。高精度校準(zhǔn)源提供參考信號(hào)，在模擬濾波和增益電路之前對(duì)漂移、老化和溫升進(jìn)行補(bǔ)償。（2）EX1200-1 538板卡。該板卡是目前市場(chǎng)密度最高的開關(guān)測(cè)控子系統(tǒng)，采用通用的開放式軟硬件平臺(tái)，可用于開發(fā)、制造和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。EX1200-1 538是把1 538板卡安裝在EX1200機(jī)箱中，進(jìn)行相應(yīng)的開關(guān)量、頻率量測(cè)量。

1.2.2? 其他設(shè)備

由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車工藝復(fù)雜，需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)較多，需與外部其他硬件設(shè)備通信的很多，如：（1）PLC模塊。由于發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的電氣控制部分基本都是通過PLC模塊實(shí)現(xiàn)的，如發(fā)動(dòng)機(jī)超溫、超轉(zhuǎn)和超扭保護(hù)等。如果沒有及時(shí)可靠地處理這些故障，將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成不可估量的損傷?；诖?，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與PLC之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)交互。（2）水力測(cè)功器及電子控制模塊。水力測(cè)功器獲取發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩值，系統(tǒng)根據(jù)扭矩值換算出發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)的性能參數(shù);電子控制模塊主要控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況。它們與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常通過網(wǎng)絡(luò)通信。（3）質(zhì)量流量計(jì)模塊。主要測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油流量、燃油密度、燃油溫度等發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行所必需的燃油參數(shù)，通過串口進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)通信。

2? 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

此航空試車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由微軟公司的VC++6.0軟件、NI公司的Measurement studio控件及微軟公司的SQL Server 2008R2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)開發(fā)。利用VC及Measurement studio設(shè)計(jì)開發(fā)數(shù)據(jù)采集界面、數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)處理等功能，利用SQL Server 2008R2數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。航空試車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常具有以下功能，如圖5所示。

2.1? 軟件流程

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)由于試車工藝復(fù)雜，采集參數(shù)多，其采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程較復(fù)雜，軟件流程框圖如圖6所示。

2.2? 測(cè)試系統(tǒng)界面

設(shè)計(jì)開發(fā)的試車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主界面如圖7所示。

使用LXI總線開發(fā)的某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，成功獲得了發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)試車參數(shù)。該系統(tǒng)采集的參數(shù)不僅無干擾、精度高、穩(wěn)定性好，而且硬件結(jié)構(gòu)特別簡單，節(jié)省了大量試車間到操作間之間的電氣采集線路的鋪設(shè)。

針對(duì)中國航發(fā)東安某型發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜的試車工藝，采用LXI開發(fā)的試車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行無故障，可完全滿足試車要求。

3? 結(jié)? 論

針對(duì)傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)因硬件結(jié)構(gòu)易引入電磁干擾及過于集成，出現(xiàn)當(dāng)零槽控制器發(fā)生故障時(shí)，導(dǎo)致整個(gè)車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，無法試車情況的發(fā)生。本文采用LXI總線設(shè)計(jì)的航空試車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅克服了VXI/PXI總線采集硬件過于集成的缺點(diǎn)，而且使用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，克服了因信號(hào)線路上帶來的電磁干擾現(xiàn)象。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)中引入LXI總線，不僅有利于網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)測(cè)試平臺(tái)的搭建，使航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)在整個(gè)工廠局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)共享成為可能;而且實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由采集幾百個(gè)點(diǎn)的小采集系統(tǒng)向采集上千、上萬個(gè)點(diǎn)的大采集系統(tǒng)的跨越。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張寶城著.航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2] 樊尚春，呂俊芳，張慶榮著，等.航空測(cè)試系統(tǒng) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[3] 劉澤暉.基于LXI總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究 [J].現(xiàn)代信息科技，2020，4（1）：34-38.

[4] 劉向陽，冷春雪，黃啟陶，等.自動(dòng)測(cè)試技術(shù)在航天中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) [J].宇航計(jì)測(cè)技術(shù)，2018，38（1）：1-5.

[5] 同江，蔡遠(yuǎn)文，邢曉辰.下一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在我國航天測(cè)試體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 [J].航天控制，2011，29（2）：75-80.

[6] GORRINGE C. IEEE STD.1641 and the DoD Automatic Test Sysem Framework Elements [C]//2006 IEEE Autotestcon，Anaheim：IEEE，2006：720-730.

[7] IS_549494. Agilent VISA users guide [EB/OL].（2018-01-19）.https：//ishare.iask.sina.com.cn/f/oup36WQCTs.html.

[8] 杜建紅，喬黎.航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2007（2）：15-17.

[9] 趙旭東，雷勇，王志鵬.基于VXI總線的某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].測(cè)控技術(shù)，2011，30（1）：39-41+44.

[10] 同江，蔡遠(yuǎn)文.LXI總線在運(yùn)載火箭測(cè)試中的應(yīng)用 [J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，2009（2）：45-47.

[11] 謝志敏，孟上，王豐磊，等.LXI總線技術(shù)在測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用研究 [J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，24（1）：77-80.

作者簡介：杜小紅（1983—），男，漢族，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)、試驗(yàn)器電氣及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)。7BA18188-201C-4446-BD92-DA9804E78D94