LabWindows/CVI的便攜式電源控制器測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電源控制器（PCU）檢測(cè)的需求，提出了一種基于LabWindows/CVI的電源控制器的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的硬件部分主要用來(lái)模擬PCU的各種輸入信號(hào)，軟件部分采用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，能夠完成對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)試準(zhǔn)確的特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

隨著航空技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代飛機(jī)的性能得到了很大地提高，先進(jìn)的用電設(shè)備得到廣泛的應(yīng)用，因此，對(duì)電源的要求也越來(lái)越高。電源控制器能夠在飛機(jī)電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況時(shí)自動(dòng)的切除故障單元，防止故障的擴(kuò)大和故障傳播，保證重要的機(jī)載設(shè)備的用電需求，并將相關(guān)信息傳送給非航空電子監(jiān)控處理機(jī)。因此，電源控制器具有直流電源系統(tǒng)的控制保護(hù)功能、直流地面電源監(jiān)控器的功能、蓄電池監(jiān)測(cè)功能和自檢測(cè)（BYT）、故障診斷和隔離功能。直流電源系統(tǒng)的控制保護(hù)功能是指通過(guò)對(duì)整流器的主接觸器、匯流條連接接觸器以及直流二次電源系統(tǒng)的控制與保護(hù)功能；直流地面電源監(jiān)控器的功能是指通過(guò)對(duì)直流地面電源接觸器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)直流地面電源的控制與保護(hù)功能；蓄電池監(jiān)測(cè)功能是指蓄電池出現(xiàn)過(guò)溫時(shí)發(fā)出蓄電池過(guò)溫故障信號(hào)，在兩臺(tái)變壓整流器同時(shí)失效時(shí)無(wú)條件接通蓄電池；自檢測(cè)、故障診斷和隔離功能是指在飛機(jī)電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況時(shí)自動(dòng)診斷故障，切除故障單元，實(shí)現(xiàn)故障隔離和定位，并將供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息和PCU本身的工作狀態(tài)信息傳送給非航空電子監(jiān)控處理機(jī)。

可見(jiàn)，對(duì)電源控制保護(hù)器的準(zhǔn)確測(cè)試變得非常重要。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電源控制器的準(zhǔn)確檢測(cè)，在做了需求分析的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計(jì)了一種基于LabWindows/CVI的便攜式電源控制器測(cè)試系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)"測(cè)試系統(tǒng)"）設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)能夠完成對(duì)其準(zhǔn)確測(cè)試。

為滿(mǎn)足某型飛機(jī)的電源控制保護(hù)器進(jìn)行測(cè)試的需求，結(jié)合PCU與飛機(jī)電氣系統(tǒng)的連接關(guān)系，經(jīng)過(guò)分析得到PCU的輸入信號(hào)共分為以下3部分：11路來(lái)自飛機(jī)供電系統(tǒng)的模擬信號(hào)，其中包含7路直流電壓信號(hào)（0~50 V）和4路直流電流信號(hào)；19路來(lái)自飛機(jī)供電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量信號(hào)；以及來(lái)自非航空電子監(jiān)控處理機(jī)的自檢請(qǐng)求信號(hào)和飛機(jī)電氣參數(shù)等信號(hào)。

要想完成對(duì)以上信號(hào)的測(cè)試，需要做好以下幾個(gè)方面。首先該測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)能模擬PCU工作時(shí)飛機(jī)電源系統(tǒng)的各種狀況，模擬PCU的各種輸入信號(hào)，并檢測(cè)PCU的輸出信號(hào)，判斷出PCU在各種狀態(tài)下是否按要求工作；其次，應(yīng)能檢測(cè)PCU的輸出控制信號(hào)是否滿(mǎn)足其保護(hù)控制邏輯及時(shí)序的要求，并能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視PCU的輸出信號(hào)是否正常；再次，還應(yīng)具有模擬非航空電子監(jiān)控處理機(jī)與PCU之間的通信；最后系統(tǒng)要能夠進(jìn)行自檢。

1 總體設(shè)計(jì)

該測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，在對(duì)電源控制器（PCU）的測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)測(cè)試計(jì)算機(jī)產(chǎn)生電壓信號(hào)送到模擬信號(hào)產(chǎn)生電路，用來(lái)模擬來(lái)自飛機(jī)供電系統(tǒng)的模擬信號(hào)；PCU產(chǎn)生的輸出控制信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出信號(hào)檢測(cè)電路后送到測(cè)試計(jì)算機(jī)；測(cè)試計(jì)算機(jī)與PCU之間的相互通信，通過(guò)PCU通信信號(hào)檢測(cè)電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后測(cè)試結(jié)果由測(cè)試計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示，并完成測(cè)試結(jié)果的打印。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)硬件主要由變壓整流電路、功放電路、脈動(dòng)電路、繼電器電路、開(kāi)關(guān)電源、測(cè)試計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）和打印機(jī)等組成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。變壓器整流電路主要用來(lái)輸出交流22 V和交流115 V,以及用來(lái)輸出+5 V和+28 V直流電壓，分別為繼電器供電和模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)；功放電路主要由電源電路和功放部分組成，繼電器電路主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)電路的連接；工控機(jī)的I/O板卡中的輸出信號(hào)與繼電器電路相連，分別作為繼電器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和用于測(cè)量繼電器狀態(tài)。工控機(jī)是測(cè)試系統(tǒng)的核心，用實(shí)現(xiàn)測(cè)試中指令的發(fā)送、數(shù)據(jù)的采集與處理和測(cè)試結(jié)果的顯示等。

模擬信號(hào)檢測(cè)電路主要是為PCU提供輸入信號(hào)，直流電壓電流的模擬信號(hào)由測(cè)試計(jì)算機(jī)控制D/A板卡輸出兩路電流信號(hào)和兩路電壓信號(hào)，兩路電流信號(hào)分別模擬左TRU和右TRU電流控制信號(hào)。在PCU測(cè)試系統(tǒng)中，模擬直流電流信號(hào)利用精密電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，然后與兩路電壓信號(hào)一起分別經(jīng)過(guò)各自的調(diào)理電路后變?yōu)樾枰碾妷耗M信號(hào)。電源控制器需要檢測(cè)的各種故障開(kāi)關(guān)量信號(hào)采用+28.5 V的電壓信號(hào)進(jìn)行模擬。

PCU輸出控制信號(hào)檢測(cè)電路主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出控制信號(hào)的準(zhǔn)確檢測(cè)。電源控制器輸出控制信號(hào)主要完成對(duì)各接觸器或繼電器和各告警指示燈的控制與驅(qū)動(dòng)，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓為28.5 V.根據(jù)PCU控制電路輸出信號(hào)的不同，可以將輸出的控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)檢測(cè)，用繼電器或接觸器模擬飛機(jī)上各接觸器、繼電器，電源控制器輸出控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)接繼電器控制端，小繼電器觸點(diǎn)接被控信號(hào)；然后根據(jù)繼電器通、斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出控制信號(hào)的準(zhǔn)確檢測(cè)。

PCU測(cè)試系統(tǒng)通信信號(hào)檢測(cè)電路是用來(lái)模擬非航空電子監(jiān)控處理機(jī)與電源控制器通信功能。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)試計(jì)算機(jī)模擬非航空電子監(jiān)控處理機(jī)發(fā)出維護(hù)自檢測(cè)信號(hào)，并由電源控制器進(jìn)行維護(hù)自檢測(cè)；電源控制器將左右TRU的工作狀態(tài)、匯流條的連接狀態(tài)等信息送給非航空電子監(jiān)控處理機(jī)，以便于其將供電系統(tǒng)的情況及時(shí)向飛行員提供告警信號(hào)等。非航空電子監(jiān)控處理機(jī)與電源控制器通信采用RS-485總線(xiàn)形式，具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗共模干擾能力強(qiáng)、速度快、易于安裝和擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)，非常適用飛機(jī)上惡劣環(huán)境下的通信。

3 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該測(cè)試系統(tǒng)的軟件采用LabWindows/CVI編程，LabWindows/CVl是NI公司推出的面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)不僅提供了對(duì)虛擬儀器的支持，還具有各種測(cè)試、通信、控制和數(shù)值分析的能力，具有控制功能強(qiáng)大、庫(kù)函數(shù)豐富、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、編程容易等優(yōu)點(diǎn)。為了日后的更新、維護(hù)與拓展，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用模塊化的思想，整個(gè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生模塊、PCU輸出控制信號(hào)檢測(cè)模塊、通信模塊和系統(tǒng)幫助模塊等組成。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

在軟件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的采集；檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制測(cè)試系統(tǒng)中模擬量信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)的產(chǎn)生，通過(guò)該模塊可以實(shí)現(xiàn)模擬量信號(hào)幅值的設(shè)置和開(kāi)關(guān)量信號(hào)的設(shè)置；PCU輸出控制信號(hào)檢測(cè)模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PCU輸出控制信號(hào)的檢測(cè)，并能夠通過(guò)調(diào)用理論值與測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較；通信模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)控計(jì)算機(jī)與PCU之間的通信功能，可以通過(guò)測(cè)試計(jì)算機(jī)向PCU發(fā)送完控制命令字后延時(shí)一段時(shí)間，等待接收電源控制器傳送的數(shù)據(jù)，可以根據(jù)是否收到PCU傳送的數(shù)據(jù)判斷其故障狀態(tài)。系統(tǒng)幫助模塊主要是用來(lái)對(duì)測(cè)試中的常見(jiàn)疑難問(wèn)題和注意事項(xiàng)進(jìn)行解答。軟件設(shè)計(jì)的流程圖如圖4所示。測(cè)試過(guò)程中，在完成數(shù)據(jù)采集和檢測(cè)后，顯示測(cè)試結(jié)果，并完成報(bào)表打印。

4 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

該測(cè)試系統(tǒng)用于某型飛機(jī)的電源控制器測(cè)試。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，首先運(yùn)行該測(cè)試應(yīng)用軟件，初始化相關(guān)板卡后，通過(guò)完成測(cè)試設(shè)置和通信配置等相關(guān)設(shè)置后，然后通過(guò)點(diǎn)擊主程序界面的相應(yīng)模塊測(cè)試按鈕進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，其中通信模塊需要向PCU發(fā)送控制命令字，然后接收PCU發(fā)回的數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試；在主界面中通過(guò)點(diǎn)擊"檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生模塊"按鈕，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)是否已經(jīng)輸入進(jìn)行檢測(cè)，若沒(méi)有信號(hào)輸

入需重新檢測(cè)，否則點(diǎn)擊"PCU輸出控制信號(hào)檢測(cè)模塊"按鈕，運(yùn)行輸出控制信號(hào)檢測(cè)程序，將得到的結(jié)果與理論值進(jìn)行比較，并將結(jié)果進(jìn)行顯示，程序面板的部分界面如圖5所示。如果比較結(jié)果不正確，需要檢查修改電路后重新進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠。

5 結(jié)論

該測(cè)試系統(tǒng)采用具有高速數(shù)據(jù)采集卡的便攜式測(cè)試計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)，軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，提高了系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性。該測(cè)試系統(tǒng)已用于某型飛機(jī)的電源控制器進(jìn)行測(cè)試，實(shí)際應(yīng)用表明該測(cè)試系統(tǒng)具有測(cè)試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、人機(jī)界面友好等特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。