飛機電源車在線故障檢測系統(tǒng)實現(xiàn)

陳友龍，程 瑞，李勛章，胡新生

(海軍航空工程學院 青島校區(qū)，山東 青島 266041)

近年來我國海軍四站保障裝備正處在快速發(fā)展的階段，保障裝備的信息化也需要及時跟進，保障飛機飛行的電源車的型號多，保障要求高，因而很需要研制一套能夠自動采集車輛動態(tài)技術(shù)狀態(tài)的設備，對科學確定車輛的維修保養(yǎng)時間，實現(xiàn)車輛器材消耗規(guī)律的準確分析和預測，為管理部門提高車輛管理信息具有極為重要的意義。近年來國內(nèi)很多專家學者對此展開了大量研究［1-5］。飛機電源車在線故障檢測系統(tǒng)，應用了自動化檢測和高級語言編程技術(shù)對電源車啟動后的各種重要數(shù)據(jù)進行實時的檢測、顯示和存儲。該檢測系統(tǒng)由硬件和軟件組成，安裝在電源車車體內(nèi)部，部隊通過系統(tǒng)的適配箱以及配套的上位機軟件可以隨時查看車輛的整車運行情況，同時能夠?qū)崿F(xiàn)對出現(xiàn)的各種故障進行快速地定位和排除。

1 系統(tǒng)組成和工作原理

飛機電源車在線故障檢測系統(tǒng)是由信號采集板卡、信號調(diào)理箱、信號綜合處理電路板、模擬量采集器、UBS 接口組成，通過測量電源車蓄電池電壓、應急開關(guān)工作情況、交流輸出開關(guān)工作情況、(36 V)輸出開關(guān)工作情況、(115 V)輸出開關(guān)工作情況、(115 V)繼電器工作情況、開關(guān)工作情況、油壓開關(guān)工作情況、儀表用柴油機轉(zhuǎn)速、調(diào)速用柴油機轉(zhuǎn)速、直流電壓、直流電流、發(fā)電機組三相電壓、電纜輸出三相電壓、單相115 V 電壓、單相交流電流，采集的電壓、電流信號、脈沖信號，通過信號調(diào)理轉(zhuǎn)換為0 ～5 V 的標準信號，標準信號通過USB 接口輸出給上位機進行讀取和儲存。操作人員通過檢測儀的適配箱以及配套的上位機軟件可以隨時查看車輛的整車運行情況，同時能夠?qū)崿F(xiàn)對出現(xiàn)的各種故障進行快速的定位和排除。系統(tǒng)原理如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)原理

2 系統(tǒng)硬件設計

飛機地面電源車在線檢測系統(tǒng)的硬件部分主要完成電源車測量信號的調(diào)理和采集等功能，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。行放大調(diào)理，最終將各種交流信號統(tǒng)一變送為0 ～5 V 的標準信號送入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。

圖2 硬件原理

轉(zhuǎn)速信號調(diào)理電路將來自于車體的轉(zhuǎn)速信號通過自制的轉(zhuǎn)速調(diào)理電路進行信號的整形、放大、隔離，將轉(zhuǎn)速信號統(tǒng)一變送為0 ～5 V 的標準信號送入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。

開關(guān)量信號調(diào)理電路將來自于車體的開關(guān)量信號通過光電隔離器件進行隔離處理，采用日本東芝的PS8701 進行隔離，該隔離芯片的特點是隔離電壓高(大于3 000 V)，響應速度快(小于1 μs)，同時抗震性能較為優(yōu)越，廣泛應用于車載電子系統(tǒng)，使我們本系統(tǒng)理想的選擇器件。

信號綜合處理電路板將上述模塊進行集中整合，并對一些輸出信號進行二次隔離、放大處理，同時將所有信號的連接線統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為能與模擬量采集器連接的標準連接方式。

12 位USB 模擬量采集器采用雙諾公司的MP 系列采集卡，該采集卡集成的轉(zhuǎn)換芯片為逐次逼近的A/D 轉(zhuǎn)換芯片，采集速度大于300k，其12 位的精度完成能滿足本系統(tǒng)的要求，內(nèi)部參考電源采用美信公司的Max 系列參考電源，該系列參考電源溫漂小、長期使用穩(wěn)定性能優(yōu)異。多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)選用ST 公司的集成緩沖功能的32 路轉(zhuǎn)換芯片，切換速度小于0.5 μs，滿足本系統(tǒng)要求。

由于自檢儀適配箱采用車載蓄電池作為供電來源，該電源為車載其他眾多設備共用，因此電源的潔凈度較低，為了保證系統(tǒng)的可靠運行，必須對該電源進行凈化。我們采用以下方案，如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)供電

直流信號調(diào)理電路將來自于車體的直流信號采用軍品隔離變送模塊進行隔離和運放處理。變送模塊選用四川綿陽維博公司的0.2 級PCB 板安裝的直流變送模塊，將各種直流信號統(tǒng)一變送為0 ～5 V 的標準信號送入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。

交流信號調(diào)理電路將來自于車體的交流信號采用軍品隔離變送模塊進行隔離和運放處理。變送模塊選用美國LEM 公司的0.2 級PCB 板安裝的交流變送模塊，模塊的輸出信號通過交流信號調(diào)理電路上的二次運放電路進一步進

蓄電池電源通過共模濾波器消除了共模干擾信號，進一步輸入到寬壓輸入的DC-DC，因為蓄電池電源同時供給車載多個電子設備使用，因此電源存在嚴重的瞬間拉電或浪涌的情況，必須采用寬壓輸入的DC-DC，我們選用的是專業(yè)做電源的北京朝陽公司的軍品級寬壓輸入DC-DC(輸入為18 ～36 V，輸出為5 V 和±12 V)，該DC-DC 的優(yōu)良的品質(zhì)已經(jīng)被部隊多年實際使用證實。DC-DC 的輸出通過線路板濾波器的進一步凈化就可以提供給系統(tǒng)進行使用了。電源監(jiān)測模塊的主要作用是監(jiān)測系統(tǒng)電源是否要發(fā)生變化。系統(tǒng)電源如果發(fā)生掉電情況，由于板上電容等儲電器件的作用，電源會在100 ms 內(nèi)才跌落出系統(tǒng)正常工作的電源范圍，而電源監(jiān)測模塊會在電源變化得一開始就進行判斷，在很短的時間內(nèi)判斷出電源是否要掉電，如果是則馬上進行相應處理，在電源跌落出系統(tǒng)正常的工作范圍之前，對USB 數(shù)據(jù)采集器進行硬觸發(fā)從而通知上位機進行低壓報警顯示，極大的保證了系統(tǒng)的可靠性。

3 系統(tǒng)軟件設計部分

如圖4 所示，主要分以下4 個子模塊。

操作功能設定模塊:主要通過操作人員的選擇和設定完成檢測項目的選擇、檢測時間、檢測模式的設定以及其他一些操作的設置。

圖4 軟件系統(tǒng)

虛擬儀表顯示模塊:主要完成測量數(shù)據(jù)的同步顯示。主要有2 方面功能，一方面將測量數(shù)據(jù)以時間為橫坐標、以數(shù)據(jù)實際數(shù)值為縱坐標進行曲線顯示。另一方面可以通過與電源車車載電氣系統(tǒng)完全相同的虛擬儀表對測量數(shù)據(jù)進行虛擬顯示。例如在2009 年9 月8 日上午9 時12 分操作人員進行了某型電源車的單相115 V 供電操作，則虛擬儀表就會顯示出當時操作人員進行的操作情況，如操作的各種開關(guān)狀態(tài)、各種電壓、電流、頻率等數(shù)顯表的當時顯示等，為操作人員排除故障提供了極大的便利。

故障查詢分析模塊:主要完成用戶對故障現(xiàn)象的查詢功能，并為用戶提供排故方法和播放排故錄像。

結(jié)果處理模塊:主要完成各種數(shù)據(jù)報表的打印、保存等功能，便于用戶將重要數(shù)據(jù)進行保存和記錄。

4 結(jié)束語

飛機電源車故障在線自檢儀可以實現(xiàn)電源車的工況在線檢測，為廠家對車況的整體把握和操作人員對出現(xiàn)故障后的及時排除提供了有利的保證。該自檢儀在安裝使用時充分考慮了各種惡劣的環(huán)境因素，具有很好的抗沖擊、抗腐蝕、抗靜電干擾等性能。該自檢儀的應用對提高部隊的裝備維修效率和提高部隊的應急作戰(zhàn)能力具有深遠的意義。

該儀器的研制成功將極大的提高對電源車裝備的維護和維修能力，解決了電源車沒有配套車載在線故障診斷儀器的問題，對電源車裝備向信息化和智能化方向的發(fā)展起到了積極地推動作用，具有極高的軍事和經(jīng)濟價值。

［1］李彤，李闖，常成.基于ZigBee 協(xié)議的短距離無線通信節(jié)點設計［J］.四川兵工學報，2012（7）:2729.

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