某型導(dǎo)彈平臺導(dǎo)通絕緣自動測試系統(tǒng)設(shè)計

吳克雄 劉剛 邱洪亮 魯琰

海南省三亞市91515部隊，海南 572000

0 前言

目前，軍工方面的大型設(shè)備，比如飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等，電纜是其中重要的組成部分，在這些設(shè)備的傳遞數(shù)據(jù)、控制信號傳輸?shù)确矫嫫鹬匾淖饔肹1-3]。整個系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行，電纜的性能好壞起著重要作用[4]。隨著技術(shù)的發(fā)展，大型設(shè)備越來越復(fù)雜，設(shè)備中的電纜越來越多[5]。電纜關(guān)系到設(shè)備能否正常運行以及其他的使用環(huán)節(jié)。對于多芯電纜而言，其主要測試項目是導(dǎo)通電阻和絕緣電阻的測試，這兩個指標(biāo)分別反映電纜的通斷和絕緣程度[6]。目前，檢測多芯電纜的導(dǎo)通和絕緣特性時，依然采用人工逐點測量的方式[7-8]。這種方法雖然技術(shù)成熟，但存在很多缺點：工作量大、效率低下、精度較差、容易出現(xiàn)人為因素造成的誤判和漏判等，并且檢測結(jié)果的評定很大程度上依賴檢測人員的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗。為了解決這些問題，本文設(shè)計了一種導(dǎo)通絕緣自動測試系統(tǒng)，能夠快速完成電纜的導(dǎo)通和絕緣電阻測試，達(dá)到縮短測試時間，精簡測試設(shè)備，減少測試人員，降低安全風(fēng)險，提高測試效率的目的。

1 設(shè)計組成

導(dǎo)通絕緣自動化測試系統(tǒng)主要完成導(dǎo)通性和絕緣性測試。

為提高測試系統(tǒng)可靠性程度，設(shè)計選用便攜式拉桿箱作為機(jī)箱載體，方便設(shè)備運輸。針對自動測試與結(jié)果的自動判讀輸出，采用工業(yè)平板電腦作為整個系統(tǒng)核心，可以運行Win7操作系統(tǒng)和LabVIEW軟件，方便擴(kuò)展外設(shè)和實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。采用多用表完成線纜導(dǎo)通性測試，工業(yè)平板電腦通過RS485控制通道選擇核心板和節(jié)點功能板，通過RS232控制多用表。導(dǎo)通絕緣自動化測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，采用鋁合金機(jī)架支撐，完成整個設(shè)備的組裝，整個設(shè)備的產(chǎn)品示意圖如圖1所示。

整個設(shè)備共分為A、B兩部分區(qū)域端口，A航插區(qū)6個連接器，B航插區(qū)8個連接器，分別對應(yīng)設(shè)備的正負(fù)兩端接口連接器。產(chǎn)品面板示意圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

導(dǎo)通絕緣自動化測試系統(tǒng)主要完成2個測量任務(wù)：導(dǎo)通阻值測試和絕緣阻值測試。

測試系統(tǒng)和被測設(shè)備間連接關(guān)系如圖3所示。導(dǎo)通絕緣自動化測試系統(tǒng)面板安裝14個連接器，分為A/B航插區(qū)：A航插區(qū)6個連接器對應(yīng)設(shè)備本體的6個連接器，B航插區(qū)8個連接器對應(yīng)電路箱的6個連接器和電源箱的2個連接器。通過測試系統(tǒng)提供的線纜能夠?qū)?臺被測設(shè)備的所有被測節(jié)點與測試系統(tǒng)連接，信號引入測試系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行測試。

導(dǎo)通絕緣自動化測試系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。導(dǎo)通絕緣自動化測試系統(tǒng)由面板觸摸屏幕、A/B航插區(qū)連接器、繼電器矩陣板卡和內(nèi)部的多用表組成。面板觸摸屏安裝主控軟件為客戶提供人機(jī)接口；A/B航插區(qū)連接器為被測設(shè)備提供連接的物理接口，14個連接器與裝備本體、電路箱和電源箱的連接器一一對應(yīng)；FPGA主控為系統(tǒng)主控制器，為硬件控制核心部分；達(dá)林頓驅(qū)動陣為繼電器驅(qū)動電路；繼電器矩陣板卡起到多路測試切換開關(guān)的作用；所有待測節(jié)點與A/B航插區(qū)矩陣板卡的繼電器一一對應(yīng)；節(jié)點隨導(dǎo)線同時接入矩陣開關(guān)的紅、黑表筆繼電器，測量時將需要使用的繼電器吸合，其他的繼電器處于默認(rèn)斷開狀態(tài)；多用表為測量核心，測量每一路電阻值，然后通過串口上傳到觸摸平板電腦，數(shù)據(jù)供軟件進(jìn)行分析、判斷、顯示等處理。

2.2 測試原理

2.2.1 導(dǎo)通阻值測試原理

測試系統(tǒng)需要完成設(shè)備本體導(dǎo)通阻值測量，原理如圖5所示。圖中A航插區(qū)部分對應(yīng)設(shè)備本體的連接器和節(jié)點，設(shè)備本體的每一個待測節(jié)點對應(yīng)A航插區(qū)繼電器矩陣中的不同繼電器開關(guān)，按照設(shè)備本體待測節(jié)點要求配置測試表，軟件加載配置表單控制相應(yīng)的A航插區(qū)的2個繼電器開關(guān)吸合，將待測的正負(fù)節(jié)點與測試系統(tǒng)內(nèi)部的多用表紅、黑表筆接通，軟件控制多用表讀取電阻測量值。

2.2.2 絕緣阻值測試原理

測試系統(tǒng)需要完成設(shè)備本體、電路箱和電源箱的絕緣阻值測試。與特征阻值一對一對點測量不同，絕緣阻值可以采用一點為正，其他點為負(fù)的多點同時測量，實現(xiàn)快速測試的目的，其原理如圖6所示。絕緣阻值測試步驟如下：

（1）通過線纜將測試系統(tǒng)與本體、電路箱和電源箱連接；

（2）軟件讀取配置表單，開始絕緣阻值測量；

（3）以本體測試為例，連接器41-1的6點對應(yīng)A航插區(qū)繼電器接入萬用表紅表筆，需要進(jìn)行絕緣測試的連接器41-1的121925293337和41-2、41-3……41-6的共28個點分別接入萬用表黑表筆；

（4）軟件程控萬用表進(jìn)行電阻測量，測量值無窮即為絕緣測試合格；測量值若不是無窮，以41-1的6點為正，分別與這28個點進(jìn)行絕緣測試，定位非絕緣節(jié)點；

（5）電路箱和電源箱的節(jié)點與B航插區(qū)的繼電器一一對應(yīng)，切換不同的繼電器可以實現(xiàn)電路箱和電源箱的絕緣阻值測試。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

本次設(shè)計工業(yè)平板電腦中采用Win7_64位系統(tǒng)，內(nèi)裝開發(fā)軟件LabWindows/CVI。導(dǎo)通絕緣自動化測試系統(tǒng)軟件工作流程如圖7所示。

3.1 軟件平臺

開發(fā)軟件選用NI公司推出的交互式C語言開發(fā)平臺LabWindows/CVI。其將功能強(qiáng)大、使用靈活的C 語言平臺與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來，極大地提高了工程師和科學(xué)家們的生產(chǎn)效率，多用來開發(fā)高性能、可靠的應(yīng)用程序。LabWindows/CVI具有開放的開發(fā)平臺，提供廣泛的軟件集成工具、運行庫和文件格式，可以方便地與第三方設(shè)計和仿真連接；同時具有強(qiáng)大的圖形化分析、處理能力，例如高級信號處理工具包、數(shù)字濾波器設(shè)計工具包、調(diào)制工具包等。開發(fā)環(huán)境的編程效率極高，可以減少編程時間，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。

3.2 軟件設(shè)計

控制軟件采用LabWindows/CVI開發(fā)環(huán)境，通過TCP的方式與繼電器板卡通信控制，通過RS232與源表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過軟件代碼編寫實現(xiàn)對測量節(jié)點的阻值測量，然后對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成報表，存儲數(shù)據(jù)。

軟件主要分為3個部分：自檢功能、測試功能，結(jié)果分析功能。自檢功能分為兩部分：第一，對連接設(shè)備的通信檢查，確保開機(jī)通信正常；第二，校準(zhǔn)功能，確保電纜的連接無誤。測試功能部分較為靈活，用戶可以采用任意節(jié)點測試功能來實現(xiàn)任意一對節(jié)點測量（任意節(jié)點為硬件所支持的連接節(jié)點）；用戶也可以直接測試默認(rèn)配置節(jié)點表中的數(shù)據(jù)，這個功能已經(jīng)直接封裝好；用戶還可以建立自己的測試表進(jìn)行測試，可以修改最大值和最小值來判斷自己測試表的數(shù)據(jù)是否合格。結(jié)果分析功能包括表格顯示數(shù)據(jù)和扇形圖顯示，用戶可以隨意切換查看測試結(jié)果。測試完成后，所有數(shù)據(jù)都會默認(rèn)保存。

4 檢測結(jié)果分析及性能驗證

本研究對多組連接關(guān)系進(jìn)行自動測試和手動測試，所測結(jié)果如表1 、表2所示。從測試數(shù)據(jù)可以看出，自動測試系統(tǒng)測試的數(shù)據(jù)與參考值數(shù)據(jù)吻合程度很好，而且自動測試系統(tǒng)可以避免手動測試帶來的人為誤差，為測試提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。從完成測試所需的時間來看，自動測試能明顯縮短測試時間，提高測試效率。

表1 測試數(shù)據(jù)對比

表2 完成測試所需時間比對表

5 結(jié)束語

某型導(dǎo)彈平臺導(dǎo)通絕緣自動測試系統(tǒng)采用FPGA為主控，繼電器矩陣實現(xiàn)多路測試切換的整體架構(gòu)模式。系統(tǒng)基于FPGA的設(shè)計，硬件結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定，速度快，能夠縮短測試時間，精簡測試設(shè)備，減少測試人員，降低安全風(fēng)險，提高測試效率。同時基于FPGA的可重構(gòu)特性，系統(tǒng)具備進(jìn)一步擴(kuò)展優(yōu)化升級空間。在實際使用中，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、快速地對某型號導(dǎo)彈平臺內(nèi)部的電纜和節(jié)點進(jìn)行導(dǎo)通、絕緣檢測，還可以將相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)、檢測結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫，便于后續(xù)故障排查和產(chǎn)品分析、改進(jìn)，