基于LabVIEW的飛機地面電源監控系統設計與實現

摘 要： 當地面電源向飛機供電時，由于情況復雜及飛機的用電需求各不相同，從而對地面電源產生影響。傳統的儀器儀表不能監測地面電源工作時的整個過程，為保證地面電源有較高的供電品質和穩定的性能，基于LabVIEW軟件設計飛機地面電源監控系統。從電壓、頻率、諧波含量等多個方面對地面電源進行實時監控并記錄，參照一定的標準，對地面電源的狀態進行判斷，為維護地面電源的正常工作及保證飛機的用電安全提供了更有效的方法。

關鍵字： 地面電源； 監控系統； LabVIEW； 實時監控

中圖分類號： TN710?34； TP274 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）09?0110?03

Abstract： Since the complex situation and different electricity demands of aircraft from ground power supply， the ground power supply system is affected. Traditional instruments couldn’t monitor the whole working process of ground power supply， to ensure high power quality and stable performance of the ground power supply， the aircraft ground power supply monitoring system based on LabVIEW software is designed. The ground power supply is monitored and recorded in real?time by the parameters of voltage， frequency， harmonic content and so on， the status of ground power supply is judged with reference standard， an effective method is provided to maintain normal operation of the ground power supply and ensure the safety electricity of the aircraft.

Keywords： ground power； monitoring system； LabVIEW； real?time monitoring

0 引 言

飛機地面電源主要用于飛機地面起動和通電檢查等場合。目前，國內飛機多采用交流主電源系統，需要對地面交流電源的相位、電壓、頻率、諧波含量、三相電壓不平衡度等參數進行監控。當地面電源向飛機供電時，飛機不同、工作狀態不同，都可能造成地面電源供電參數的瞬間變化，一旦供電指標達不到飛機的需求，地面電源控制保護裝置會立即切斷地面電源[1]。

常規的地面電源的監控只是根據一些國軍標，利用儀器儀表對電壓、電流、頻率等參數進行離線測量后分析，判斷地面電源是否出現故障，而且對直流和交流輸出性能只能單獨進行測試[2]。這些方法對于監控地面電源的穩定性等，難以達到更加精確的標準，工作量大并且不能在線實時地對地面電源供電的品質進行監控。本文基于LabVIEW軟件設計了新的地面電源在線監控系統，在監控過程中實時記錄各項數據，并根據地面電源的狀態，判斷地面電源設備性能的好壞[3]，進一步提高了地面電源和飛機之間的適應性。

監控的依據及內容：飛機地面電源監控系統執行依據按照GJB181A?2003飛機供電特性等國軍標所規定的指標對地面電源供電系統進行監控、記錄和分析判斷，及時處理地面電源供電系統出現的異常，確保飛機地面供電系統的安全，提高地面電源供電系統的品質，可以及時地預防可能出現的故障，避免不必要的損失。因此，本文根據相關國軍標對飛機地面電源供電系統以下指標進行實時監控[4]。

直流電源：穩態電壓、穩態電壓脈動、穩態電流等。

交流電源：瞬態/穩態電壓、穩態電流、頻率、單次/總諧波含量、相位差、三相不平衡度等。

1 硬件設計

監控系統的硬件設計如圖1所示。其系統的主要組成部分包括嵌入式工控機、工業觸控顯示屏、并行高速數據采集卡、交直流電壓傳感器、交直流電流傳感器、直流穩壓電源等部分組成。

1.1 PC104系統

采用PC/104-Plus標準的嵌入式工控計算機， 它具有體積小、重量輕、功耗小等優點，可較好地滿足便攜式儀器設備體積及重量需求。該嵌入式工業控制計算機可安裝Windows Embedded XP及多種嵌入式操作系統，具有良好的實時處理功能。計算機作為該儀器設備的測控核心，實現采樣數據的處理、分析、計算、輸出、存儲等功能。

1.2 工業觸控顯示屏

采用12英寸工業級觸控彩色顯示屏，其工作溫度為-10～+50 ℃，具有環境適應性較強的特點；其分辨率為800×600，具備較為精細的圖形數據輸出顯示能力，滿足多路波形輸出顯示需求；其觸控功能，具有簡潔的人機交互模式，可避免鍵盤輸入、鼠標操作對儀器設備可靠性的影響，較好地適應外場工作環境需求。

1.3 8路并行A/D采樣卡

地面電源供電過程測試，被測參數多，采集速度高。PC104系統具有現場實時數據采集、處理功能的特點[5]。以中頻400 Hz交流電壓測量為例，為能夠準確記錄波形的實時變化，每一個波形至少采樣128次，每秒內采集的數據量高達51.2K；為了能夠準確反映三相電壓、電流相互之間相位關系，采集卡還需具備同時采集的能力。因此，采用8路并行A/D采集卡，每路采樣能力為100 K/s。

1.4 交直流電壓傳感器

采用精密電阻分壓電路構成的高精度交直流電壓傳感器，用于將地面電源的交、直流電壓瞬態信號轉換為低壓電壓信號，傳感器具備高速響應能力，響應時間小于1 ms。

1.5 交直流鉗形電流傳感器

采用霍爾式電流傳感器，具有可開合鉗口設計，在不改變地面電源電路結構的基礎上，實時將地面電源的交、直流電流瞬態信號轉換為低壓電壓信號，傳感器具備高速響應能力，響應時間小于1 ms。其中，選用最大量程為3 000 A的直流電流傳感器，完成起動過程的直流電流檢測，選用最大量程為600 A的直流電流傳感器，完成正常工作過程的直流電流檢測；選用最大量程為600 A的交流電流傳感器，完成正常工作過程的交流電流檢測。

1.6 交直流信號調理模塊

采用霍爾式電壓變送器模塊，用于將交直流電壓電流傳感器輸入的低壓信號調理成-10～+10 V的標準信號，供A/D采集卡進行數據采樣。調理模塊具有電氣隔離功能，可保證儀器內部電子測試核心器件的安全。

2 軟件設計

監控系統的軟件設計基于LabVIEW2010編程軟件。LabVIEW是美國國家儀器公司的虛擬儀器工程平臺，是一種圖形化編程語言，其性能高、擴展性強、開發時間短、集成度高、內置豐富的分析函數，用于數據分析和信號處理。總體軟件設計流程如圖2所示。軟件系統設計分為兩大部分。

2.1 供電過程實時監控

系統經過采集模塊對各數據進行采集，實時地監控地面電源的各項參數，包括直流穩態電壓、直流電壓脈動、直流穩態電流及功率等。交流監控項包括交流[A、][B、]C相穩態電壓、頻率、波峰系數、總諧波含量、穩態電流、功率因數、有功功率及視在功率等。

在實時監控時，對應參數變化的趨勢會顯示在如圖3所示的示波器中，通過示波器可以觀察各參數的變化。同時可以點擊“記錄”按鈕記錄此時各參數的數據。如果在監控過程中有參數出現異常，則系統會自動記錄下出現異常的數據及參數。

2.2 波形記錄回放分析

由于在飛機地面電源供電過程中，有些故障不能復現。所以本文設計了記錄數據的回放功能。在波形回放分析中有數據的整體回放和每秒鐘數據的回放兩部分。數據的整體回放可以回放一個完整的記錄文件，用于觀察參數波形的整體趨勢，每秒鐘數據回放，則是把一個完整的記錄文件分割開，一秒一秒地進行回放，這樣可以找出數據異常時刻，分析發生異常的原因，此部分應用于事后分析。

3 監控結果及分析

在對某地面電源進行實時監控實驗時，地面電源的交流部分提供115 V、400 Hz的交流電，直流電源為28.5 V（實驗時未接入負載）。所得結果如圖3～圖5所示。

從以上圖形及表1監控結果可以看出，該系統可以實現對地面電源向飛機供電時的實時監控，監控內容詳細精確，也可以對某些不可復現的故障進行事后分析，系統操作簡單、測量準確、便攜性好，達到了設計要求，滿足了機務工作需要。

4 結 語

本文主要闡述飛機地面電源供電過程的實時監控的方法。從實驗結果可知，本監控系統更全面有效地對地面電源供電過程進行監控，及時地反應出地面電源的品質變化，有利于維護人員對地面電源的維護，提高了飛機用電的安全性。

參考文獻

[1] 司劍飛，郝世勇，戰祥新.飛機地面電源供電品質在線測試系統設計[J].電子測量技術，2012，35（7）：116?118.

[2] 楊秀芹，陳友龍，鄒開鳳.航空地面電源檢測系統軟件設計[J].軍民兩用技術與產品，2007，46（6）：46?467.

[3] 楊中書，陳友龍，潘超.航空地面電源供電設備性能綜合檢測系統的設計[J].計算機測量與控制，2002，10（5）：286?288.

[4] 王亞曉.飛機電源地面試驗測試系統的設計與實現[D].西安：西北工業大學，2005.

[5] 陳勇，劉曉平，應懷樵.基于PC104的高性能便攜式數據采集系統[J].測控技術，2009，28（1）：25?26.

[6] 文濤，左東廣，李站良.基于PC104總線的綜合測試系統研究[J].現代電子技術，2014，37（18）：72?74.