飛機地面空調車多功能檢測控制系統的設計與實現

曹智　楊旺

摘要：本文提出的多功能檢測控制系統是基于工控機和自動化檢測控制技術實現的。該系統可對空調車的相關工作參數進行采集、控制、存儲和分析，并對檢測的各項參數進行評估，以保證飛機在飛行保障前的可靠工作。實際使用表明該系統設計合理、運行穩定可靠，大大提高了飛機地面空調車的地面保障能力。

Abstract： Multi-purpose measurement and control system proposed in this paper is designed based on industrial control computer and automatic detection and control technology. This system could be used for air-condition working parameter acquisition， control， storage and analysis， to evaluate detection of various parameters， and to ensure the reliable work of aircraft in flight before. Practical use and verification shows that the system design is reasonable， stable and reliable， has greatly improving the ground support ability of aircraft.

關鍵詞： 檢測控制系統；工控機；數據采集；飛機地面空調車

Key words： measurement and control system；industrial controller；data acquisition；aircraft ground air conditioning carts

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）06-0208-02

0 引言

飛機地面空調車是在飛機發動機停機狀態下，在地面通電檢查和維修飛機電器電子設備時給飛機艙內提供干燥而潔凈的給定溫度和濕度的冷風、熱風和通風，用來控制飛機電器電子設備工作環境條件的設備[1]。目前，飛機地面空調車被廣泛應用于部隊、飛機制造廠、試飛院等場所的各型飛機地面保障使用[2]，為飛機在地面進行檢查、維護和維修，保障機上電子設備可靠工作提供了有力的保障。由于以往的空調車多是采用儀表和機械控制，當出現故障時除了利用經驗判斷外，沒有快速解決故障的方法。針對上述問題，本文設計了飛機地面空調車多功能檢測系統。該系統能夠使工作人員對空調車的工作參數和運行狀態進行全面掌握，輔助工作人員快速準確的判斷故障原因并及時找到相應的解決辦法。

1 方案設計

1.1 技術設計要求

①設計傳感器信號采集電路，可采集4～20mA電流信號、0～5V電壓信號，并確保信號無損耗的采集。②設計鼓風機變頻器控制電路，保證實際所需的通風量。③設計溫度控制電路，保證實際所需的供風溫度。④設計風壓控制電路，保證實際所需的供風壓力，并在風壓超限時自動停車。⑤設計參數實時顯示功能，使操作人員可直觀查看各項工作參數及空調車的運行狀態。⑥設計信息存儲功能，確保各項工作參數被實時記錄。

1.2 方案設計

空調車多功能檢測控制系統包括：工控機（采用嵌入式低功耗Intel X86 CPU，并可在多種環境中安全穩定、高效運行的PC/104-Plus主板模塊，內部集成了32路轉換精度為12位的A/D模塊，可有效提高參數采集的準確性和穩定性），液晶顯示屏，數據存儲器、控制按鈕和軟件設計。工控機通過RS485串行通訊的方式，對鼓風機變頻器、空調電加熱器進行實時閉環回路控制，達到實際使用的需求。通過RS232串行通訊的方式，對發電機組的運行狀態進行實時監控。其原理框圖如圖1所示。

空調車多功能檢測控制系統的信號傳輸電路按照設計要求主要由溫度、壓力、流量傳感器和進出風管路構成，所有傳感器均按照國軍標要求固定在進出風管路的各個關鍵位置（如進風口、鼓風機出風口、空調蒸發器出口及出風口等處）上，將各個物理量參數轉換成模擬量信號。各傳感器嚴格按照高精度、高可靠性原則進行選用，其輸出的模擬量信號均為標準的4～20mA電流信號（抗干擾能力強），所有信號傳輸電路采用雙絞屏蔽線，降低外界干擾。

2 電路設計

空調車多功能檢測控制系統分為幾個獨立的小系統，根據其功能、運行程序將幾個獨立小系統串聯形成一個完整的檢測控制系統。因此可根據各個小系統的主要功能、總體結構和連接關系，設計相應的電路[3]。

2.1 傳感器信號采集電路

所有溫度、流量、壓力傳感器的輸出信號均為4～20mA，工控機通過PC104總線進行信號讀取，通過PM515信號轉換模塊將4～20mA電流信號轉換至0～5V電壓信號，提供給工控機。同時通過PM515信號轉換模塊的冷端補償參數，對電流信號進行實時補償，保證測量精度等級[4]。

2.2 變頻器、溫度控制電路和風壓報警電路

系統將工控機的串行通訊口與變頻器、電加熱器、發電機組連接，通過控制程序對變頻器和電加熱器進行參數的寫入，保證通風量和通風溫度的準確輸出。為使數據信號能夠完全的傳輸、降低外界干擾，系統采用雙絞屏蔽線進行直連的方式進行連接，可有效降低外界干擾[5]。風壓報警電路是根據風壓傳感器的實時參數進行工作的，當風壓值超限時工控機通過數字量輸出端口控制報警器，警示操作人員空調車發出的警報，并同時通過控制電路使空調車自動停車。

2.3 參數實時顯示電路

工控機有標準的VGA視頻接口，通過VGA接口與液晶顯示屏（具備寬溫范圍使用要求）連接，通過預編的控制程序將各項實時測得的工作參數進行轉換和顯示。同時通過程序將實時的各項參數進行存儲，記錄的參數有溫度值、壓力值、流量值等并可實現報警信息和時間的記錄。

3 電源設計

空調車多功能檢測控制系統的工作電源有2種：12V直流電源和5V直流電源。在電源電路設計時采用了隔離穩壓電源[6]，防止兩種電源地交叉產生的干擾；同時對電源電路增加保險絲，防止大電流振蕩導致系統失效，影響空調車不能正常工作。

4 軟件設計

本系統的軟件設計是以Visual C++6.0為工具，通過C++語言進行程序的編寫，將采集信號進行線性映射計算以及參數補償，得出相關數據的真實值，最后通過MFC文件反映出系統各設備的相關狀態。通過MODBUS協議（RS232，RS485接口），向各個設備發送讀寫命令，接收返回的MODBUS語句。把需要的數據段從MODBUS語句中提取出來，轉成需要采集的數據，同時通過發送控制指令修改參數，達到對各個設備的控制目的。

5 面板設計

為了操作和維修方便，在系統面板設計時將液晶顯示屏與參數設置開關設計在操作人員能直視、易于觀察的位置，以滿足人機工程的要求。電源開關、功能選擇開關、啟停開關的操作部分設計在便于操作使用的位置。系統的面板布局合理，方便簡單，美觀大方。

6 結論

本系統經過1600多小時的場外使用驗證表明，根據參數顯示要求，參數顯示可達小數點后兩位。經驗證，其顯示誤差為0.1%；程序運行穩定可靠，在使用期間無程序問題導致系統不能正常運行；性能滿足使用需求，達到了設計要求。該系統可提高操作人員對空調車的維修判斷能力，將維修判斷時間縮短為10min，并提高了空調車的可靠運行和保障能力，其MTBF約為3000h，具有明顯的軍事效益和經濟效益。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家軍用標準.GJB2643-96，飛機空調車航空通用規范[S].北京：國防科工委軍標出版社，1996.

[2]宋兆華.通用型飛機地面空調車的研究與實現[J].沈陽航空航天大學學報，2013，30（3）：20-22.

[3]張國雄.測控電路[M].北京：機械工業出版社，2006.

[4]張華，趙文柱.熱工測量儀表.北京：冶金工業出版社，2006.

[5]張彬彬.飛機地面空調車智能溫度控制算法的應用研究[D].沈陽航空航天大學，2013.

[6]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2000.