制導航空炸彈電控裝置測試系統設計

王 賀，朱智平，王貴騰，馮 斌，王鴻睿，楊慶國

(湖南云箭集團有限公司，湖南 長沙 410100)

制導航空炸彈電控裝置測試系統設計

王 賀，朱智平，王貴騰，馮 斌，王鴻睿，楊慶國

(湖南云箭集團有限公司，湖南 長沙410100)

為實現對制導航空炸彈電控裝置的自動測試，提出了一種基于LabVIEW和PLC的電控裝置測試系統設計方案。該測試系統硬件主要由PLC及其外圍調理電路組成，能夠執行測控軟件的測試指令和回告測試結果。計算機測控軟件采用LabVIEW進行編程，能夠控制硬件進行自動或單步測試，并實時顯示結果與存檔。實際應用表明，該測試系統操作簡便、測試結果正確、故障定位準確，達到設計要求。

電控裝置；測試系統；LabVIEW；PLC

0 引言

電氣系統是制導航空炸彈的重要組成系統之一，電控裝置是電氣系統的核心設備[1]。電控裝置的主要功能包括為各用電設備轉換、輸送電能以及實現信號連接。電控裝置能否可靠地工作直接關系到各種電氣指令能否被正確響應，從而影響炸彈控制系統性能。

目前，對炸彈電控裝置的測試主要基于萬用表、示波器等測試平臺，整個測試過程由人工手動控制。這種人工測試方式勞動強度大、工作效率低、對測試人員要求較高、無法自動生成測試結果以存檔分析，不適于批量測試。為了解決上述問題，有必要研制一種電控裝置測試系統，具有自動化程度高、人機界面友好、可靠性高、操作簡便等特點。

LabVIEW操作簡單、開發快捷靈活,具有強大的數據處理、轉換和存儲能力，在航空、汽車、通信和過程控制等領域應用普遍[2-3]。PLC由于具有使用方便、編程簡單、可靠性高以及抗干擾能力強等優點而廣泛應用于工業控制領域[4]。因此，在需求分析的基礎上，本文提出并設計了一種基于LabVIEW和PLC的電控裝置測試系統設計方案。

1 總體設計

1.1測試需求分析

電控裝置按其信號處理方式包含三項主要功能：電源轉換、電源通斷控制和信號連接。

電源轉換是指電控裝置將輸入的一次電源通過電源轉換模塊輸出為二次電源；電源通斷控制是指電控裝置接收外部控制指令，通過繼電器及其聯鎖，控制其為彈上其他設備供電電源的通斷；信號連接是指信號從電連接器引腳進入，在電控裝置內未作任何處理，直接從電連接器引腳引出的直連導線。

根據電控裝置的功能，確定測試系統的測試需求為：

(1)短路測試。測試無直連關系的電連接器引腳之間是否存在短路現象。

(2)匯流條測試。系統上電后，電源及其電線匯流條帶電，通過測試電連接器各一次電源引腳的電壓，判斷是否與匯流條連接，并測試電連接器各二次電源引腳的電壓，判斷電源模塊是否正常。

(3)導通測試。測試在電控裝置內未作任何處理的直連導線是否導通。

(4)繼電器功能測試。測試單個繼電器是否正常。

(5)繼電器聯鎖測試。測試繼電器聯鎖功能是否正常。

1.2總體方案

測試系統基于LabVIEW和PLC的架構，其組成結構如圖1所示。測試計算機的測控軟件采用LabVIEW編寫，通過RS485發出測試指令到PLC，PLC產生控制信號并經調理電路后，將測試輸入激勵送到電控裝置；之后，調理電路將采集到的電控裝置輸出響應處理后送至PLC，PLC處理并將測試數據發送至測試計算機，由測控軟件完成結果的顯示與存檔。

圖1 電控裝置測試系統組成框圖

2 系統硬件設計

測試系統硬件主要由PLC、調理電路和電源模塊等組成。

2.1PLC選型

PLC選用西門子S7- 226，該PLC集成24輸入/16輸出數字量I/O，可連接7個I/O擴展模塊，最大擴展至248路數字量I/O或35路模擬量I/O；具有13 KB程序和數據存儲空間；具有RS485通信接口，可用于本系統的設計。

2.2調理電路

調理電路主要由輸入和輸出模擬開關電路、ADC電路、繼電器驅動電路組成。

雖然PLC的數字量輸入和輸出端口數量可以擴展，但電控裝置接口引腳數目眾多，故須采取多路復用的模式，從而完成PLC的測試激勵點和響應點編碼信號的譯碼工作。輸入和輸出模擬開關電路由鎖存電路和多路復用開關電路構成，鎖存器采用HD74LS373，多路復用開關采用DG406[5-7]。

PLC對電控裝置接口所有的引腳編碼。輸出模擬開關電路原理如圖2所示。在對電控裝置接口某引腳進行短路和導通測試時，PLC輸出6位激勵編碼信號AB0～AB5至鎖存器U1，U1鎖存輸出AW0～AW5。其中，AW0～AW3作為地址總線輸出至多路復用開關U3、U4、U5，用于選擇激勵引腳；AW4、AW5作為片選總線，經U2多路復用后，分別輸出至多路復用開關U3、U4、U5。由此，通過PLC的6位編碼信號，完成電控裝置的短路和導通測試激勵地址編碼，將輸入激勵電壓+5 V分時輸出至電控裝置接口引腳。

輸入模擬開關電路原理如圖3所示。在PLC輸出激勵編碼信號后，PLC輸出激勵鎖存信號LAO，將激勵編碼鎖存。之后，PLC輸出7位響應編碼信號AB0～AB6至鎖存器U11，U11鎖存輸出AR0～AR6。其中，AR0～AR3作為地址總線輸出至多路復用開關U13～U18，用于選擇響應引腳，并將響應引腳的信號輸出至D1～D5；AR4～AR6作為地址總線輸出至多路復用開關U12，用于選擇D1～D5中的某一路輸出CurData，供ADC采樣。至此，PLC的7位編碼信號完成了電控裝置的短路和導通測試響應地址編碼，之后將各接口引腳的響應信號輸出至ADC采樣。

短路、導通測試以及電控裝置內部包含的DC-DC模塊需要對電壓進行AD采樣。ADC電路采集測試響應點的電壓并傳輸至PLC數字量輸入端口。ADC選用通用8位ADC0809芯片。ADC0809可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路輸入模擬量信號中的1路進行AD轉換。采樣頻率為500 kHz。由于PLC的電平為24 V，ADC的輸出電平為5 V，需進行電平轉換。采用光耦TLP521進行隔離轉換，具備良好的抗干擾能力。ADC電路原理如圖4所示。

由于多路復用開關的輸出電壓無法直接驅動電控裝置內的繼電器線圈，繼電器的測試需要繼電器驅動電路。繼電器驅動電路仍采用光耦TLP521隔離驅動[8-10]。

2.3電源模塊

電源模塊選用成熟的工業級模塊，用以輸出+24 V、±15 V和5 V直流電壓，分別為PLC和繼電器驅動電路、ADC電路和輸入輸出模擬開關電路供電。

3 系統軟件設計

3.1PLC軟件設計

PLC編程使用S7-200配套的STEP 7進行程序設計，PLC軟件流程圖如圖5所示。PLC與測試計算機之間通過RS485進行通信[11]。

測試分為自動測試和單步測試。自動測試是指一次對電控裝置進行全部內容的測試。單步測試是指針對重點關注的電控裝置導通關系、繼電器等進行單獨測試，以便快速確認該測試內容是否正常。

在PLC初始化完成后，開始接收測試計算機下發的測試指令：若為自動測試，則回告確認指令后進行自動測試；若為單步測試，則回告確認指令后進行單步測試。自動或單步測試每完成一條基本測試項目后，將數據發送至測試計算機，待收到測試計算機回告的確認指令后，再判斷測試是否已經完成。對于自動測試，電控裝置的所有基本測試項目全部完成后，即認為測試完成；而對于單步測試，完成單步測試后返回，重新接受測試指令。

3.2測控軟件設計

測試計算機的測控軟件采用LabVIEW圖形化編程語言編寫，包含4個標簽頁，分別為自動測試、單步測試、測試日志和系統配置。

圖2 輸出模擬開關電路圖

自動測試標簽頁主要包含測試報表、階段顯示、測試計時、狀態顯示、測試進度以及控制按鈕等。

單步測試標簽頁主要包含測試結果、測試項選擇、以及單步控制按鈕等。

測試日志標簽頁主要包含了以往測試記錄及其報表，方便查詢與打印[12]。

系統配置標簽頁主要包含通信端口配置及幫助文檔。

測控軟件流程如圖6所示。測試系統上電初始化完成后，測控軟件發送測試指令，PLC收到指令后回告確認數據，測控軟件進入等待接收數據狀態。若收到數據，則測控軟件進行狀態顯示，并回告數據已接收；若等待一段時間未收到數據，則請求再次發送。

圖3 輸入模擬開關電路圖

圖5 PLC軟件流程圖

圖4 ADC電路圖

4 測試結果

為了驗證測試系統設計的正確性，對

圖6 測控軟件流程圖

電控裝置測試系統進行了相關的測試。自動測試啟動后，測試軟件能夠快速、自動完成測試，并顯示詳細測試結果。單步測試時，在選定測試點范圍、測試點和測試條件后，測試軟件能夠單獨測試該測試點并顯示測試結果。

通過上述項目的測試與檢查，測試系統能夠快速、準確地完成電控裝置的功能測試，對有故障的測試點能夠準確定位，并生成相關的測試報表。實際應用表明：電控裝置測試系統測試快速準確、穩定可靠，達到設計要求。

5 結論

基于LabVIEW和PLC的制導航空炸彈電控裝置測試系統能夠快速、準確地完成電控裝置的功能測試，提高了測試效率，降低了人工成本。電控裝置測試系統滿足設計要求。

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2017-04-24)

王賀(1985-)，男，碩士，工程師，主要研究方向：控制裝備研發。

朱智平(1977-)，男，博士，高級工程師，主要研究方向：控制裝備研發。

王貴騰(1982-)，男，本科，工程師，主要研究方向：控制裝備研發。

Design of distributor test system for guided air bomb

Wang He, Zhu Zhiping, Wang Guiteng, Feng Bin, Wang Hongrui, Yang Qingguo

(Hunan Vanguard Group Co., Ltd., Changsha 410100, China)

In order to realize the automatic test of the distributor of guided air bomb, a test system based on LabVIEW and PLC is designed. The test system hardware is mainly composed of PLC and its conditioning circuit, which can execute test instructions from measurement and control software, and report test results. The measurement and control software adopts LabVIEW as development environment, which can control the hardware to automatic or single-step testing, and display and archive test results in read time. Practical application shows that the test system has excellent performance, and achieves the design requirement.

distributor; test system; LabVIEW; PLC

TP304

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.22.013

王賀，朱智平，王貴騰，等.制導航空炸彈電控裝置測試系統設計J.微型機與應用，2017,36(22)：45-48,52.