飛機配電裝置電氣性能綜合測試臺的研制

2019-09-19 12:09:12方雅倫林2羅運虎

測控技術 2019年1期

關鍵詞：檢測

方雅倫，陳林2，羅運虎

(1.南京航空航天大學自動化學院，江蘇南京 210016； 2.中國人民解放軍第5720工廠，安徽蕪湖 241007)

飛機配電系統是由匯流條及控制裝置、電路保護裝置組成，其主要功能是將電源的電功率合理地分配到各級匯流條[1]。飛機電氣系統故障類型主要包括兩大類：一是電源系統過壓欠壓、過頻欠頻；二是供配電系統大電流器件短路和過載故障[2]。其中文獻[3]結合國外電氣系統發展的現狀及發展趨勢，從電源系統、配電系統和電氣負載3個方面闡述了民用飛機電氣系統的設計。文獻[4]探討了飛機常規配電裝置電壓降產生的原因及影響，并提出相應的控制方法。文獻[5]與文獻[6]通過LabVIEW軟件平臺對飛機二次配電系統進行功能測試，但并未能有效實現數據的實時顯示。文獻[7]通過C語言編寫上位機軟件，研制飛機主配電盒邏輯線路的自動測試系統，但缺乏對器件的過壓過流保護功能測試。文獻[8]研制了基于C語言開發飛機電路板的自動測試設備。

目前，工廠對配電裝置的檢測局限于靜態導通性測試。為提高飛機配電裝置修理水平與測試效率、降低配電保護動作失效風險，研制一臺飛機配電裝置電氣性能綜合測試臺顯得尤為必要。

1 測試臺架構和功能及測試方法

1.1 測試臺的測試架構

本測試臺的整體設計框架如圖1所示。

1.2 測試臺的測試功能

該測試臺的測試功能闡述如下：

① 可完成裝置內部線路導通性測試；

② 可完成裝置內部繼電器/交流接觸器線圈電阻、吸合/釋放電壓和觸點電阻測試；

③ 可完成裝置內部各型交/直流自保開關的自動斷開時間檢查。

圖1 測試臺的整體設計框架

1.3 測試臺的測試方法

該測試臺的測試方法闡述如下：

① 將待測試的飛機配電裝置插座或引出線與接觸器箱前面板的測試插座通過測試電纜插頭進行連接；

② 打開上位機軟件，為保證設備的正常運行，先進行設備內部各板卡自檢；

③ 設備自檢完成后，進入配電裝置識別界面，由于每套電纜內部所接的電阻大小不同，通過檢測的阻值進行裝置的識別；

④ 檢測到連接的配電裝置后，進入配電裝置的檢測界面，對不同的配電裝置進行邏輯功能與電流過載功能的測試。

⑤ 檢測完成后，可將檢測結果以Excel表格的形式保存在文件夾中。

2 測試臺的硬件選型與設計

2.1 硬件選型

本設備選擇數字萬用表型號為Keysight 34461A，程控交流電流源型號為SDJ15K(輸出電流0～100.0 A、頻率400 Hz)，程控直流電流源型號為SDZ60K(輸出電流0～200.0 A，電壓0.1～120.0 V)，程控交流電壓源型號為DDJ1200(輸出電壓0～200.0 V，電流1 A，頻率300～500 Hz)，程控直流電壓源型號為AN57400(輸出電流0～35.0 A，電壓0～50.0 V)。

2.2 硬件設計

ISA總線板卡包含CPLD，與主機ISA插槽對插的接口電路、電源濾波電路、阻容復位電路、指示燈電路、JTAG接口電路、外部時鐘電路和DB37(內與上位機主機ISA插槽對插，外連適配器箱底板DB37)。

底板包括與8塊控制分板對插的插槽、與適配器箱后面板插座連接的外部端子、ISA信號驅動電路、適配器箱前后面板電源、電壓表顯示電路，增加74HC245同向驅動器用于提高總線的驅動能力和電平信號的緩沖能力。

圖2給出各分板(HI/LO板、接觸器控制板和繼電器控制板)的硬件框圖。各控制板上都包含FPGA及其配置芯片、阻容復位電路、電源供電和濾波電路、3.3V/5.5V電平轉換電路和ULN2803反向輸出驅動電路以及繼電器控制電路。

圖2 適配器箱內部各分板硬件框圖

2.3 硬件選型與設計過程中需要注意的方面

(1) 硬件選型。

① 選擇萬用表時，需要滿足電壓/電阻測量的精度要求，實際精度要求為0.01 Ω，這里選擇6位半萬用表。

② 選擇交/直流程控電流源時，需要滿足其容量要求，即直流電流源實際最大輸出150 A，交流電流源100 A，加電線路電阻在0.5 Ω內，因此直流電流源選擇容量為200 A/120 V，交流電壓源選擇容量為100 A/90 V(已考慮實際線路電壓擴展閾值)。

③ 選擇交/直流程控電壓源時，需要滿足其容量要求，即直流電壓源實際最大輸出27 A，交流最大輸出150 V，直流電壓源加電線路電阻在100～600 Ω，交流電壓源加電線路電阻在5600～6000 Ω內，因此直流電流源選擇容量為35 V/50 A，交流電壓源選擇容量為200 V/1 A(已考慮實際線路電流擴展閾值)。

④ 由于自保開關電流安秒特性測試中的過載系數最大為3且正常斷開時間在25 s內，所以連接器接觸件的選型按照1.5倍額定值進行。此外，接觸器額定電流需大于等于實際測試電流。

(2) 硬件設計。

① 針對適配器箱各分板與ISA總線信號距離的不同，需要對連接到適配器箱的ISA總線信號進行驅動；

② 在HI/LO板的設計中，考慮任何時刻HI/LO板分別只能有一路接通萬用表的HI/LO，為此需要采用譯碼電路，并增加狀態回讀功能；

③ 對于接觸器控制板的設計，需要選擇合適的驅動電路與繼電器來控制接觸器線圈的通電/斷開，并根據其自檢要求，增加自檢功能；

④ 對于適配器箱控制板的設計，所有繼電器的觸點電路需要反并續流二極管，減緩斷開瞬間產生的電流沖擊。

3 測試臺的軟件設計與開發

3.1 設計思路

上位機軟件具體包括如下測試界面：

① 設備自檢界面，即適配器箱各板卡與接觸器箱線路的自檢；

② 產品識別界面，根據電纜內部所接的電阻大小不同進行不同裝置的識別；

③ 34個配電裝置測試界面，即裝置內部直通線、繼電器/接觸器吸合/釋放電壓、自保開關過載安秒特性等測試，并且測試結果進行保存。

上位機綜合軟件開發流程如圖3所示。

3.2 主要函數及功能

上位機軟件的測試界面使用的主要函數及功能如表1所示。

3.3 邏輯功能測試

邏輯功能測試具體包括：

① 接觸器/繼電器線圈電阻測試；

② 自保開關、熔斷器和直通線導通性測試；

③ 二極管壓降測試；

④ 接觸器/繼電器吸合/釋放電壓測試；

⑤ 接觸器/繼電器觸點電阻測試。

接觸器/繼電器吸合/釋放電壓測試流程框圖如圖4所示。

圖3 上位機綜合測試軟件流程框圖

函數功能說明void OnMainLook();查看數據void OnMainPrint();打印數據void OnMainReturn();清除檢測數據void OnMainSave();保存數據void OnMainStart();開始檢測/停止檢測void OnClickMainTree(NMHDR? pNMHDR,LRESULT? pResult);樹狀控件鼠標點擊處理事件;void OnTimer(UINT nIDEvent);計時器void ResultShow(int nRow);將檢測結果顯示在界面表格的對應行void SetChildCheck(HTREEITEM hTree,BOOL bCheck);父節點被選中,子節點自動被全部選中void SetParentCheck(HTREEITEM hTree,BOOL bCheck);子節點被全部選中,父節點自動被選中long OnCommunication(WPARAM wparam,LPARAM lparam)處理下位機向上位機發送的返回命令

繼電器吸合/釋放電壓采用變步長電壓輸出進行測試，從而提高測試效率和精度。