LXI總線在航空試車臺中的應用

杜小紅 鄭明月 楊智 郭魯奇 高云

摘? 要：為實現航空發動機試車臺多通道數據采集系統的準確性、實時性、穩定性及硬件結構的簡單性，應用LXI總線測試技術和通用化儀器，構建了一套性能先進、結構靈活、抗電磁干擾強的分布式數據測試系統。經某型航空發動機試車臺測試應用，表明該系統不僅可滿足試車工藝要求，而且具有工作穩定可靠、采集速率快、抗干擾強、硬件結構簡單及維護成本低等優點。不僅可滿足航空發動機試車臺靈活多變的測試需要，而且提升了試車臺設備保障的技術水平和層次。

關鍵詞：LXI總線;分布式;抗電磁干擾;航空發動機試車臺

中圖分類號：TP274+.2? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）04-0058-05

Application of LXI Bus in Aircraft Engine Test Bed

DU Xiaohong， ZHENG Mingyue， YANG Zhi， GUO Luqi， GAO Yun

（AECC South Industry Co.， Ltd.， Zhuzhou? 412002， China）

Abstract： In order to realize the accuracy， real-time， stability of the multichannel data acquisition system for an aircraft engine test bed and the simplicity of the hardware structure， a distributed data test system with advanced performance， flexible structure and strong anti electromagnetic interference based on LXI bus test technology and general instruments is constructed. The test application of an aircraft engine test bed shows that the system can not only meet the test process requirements， but also has the advantages of stable and reliable operation， fast acquisition rate， strong anti-interference， simple hardware structure and low maintenance cost. It can not only meet the flexible testing needs of aircraft engine test bed， but also improve the technical level and level of equipment support of.

Keywords： LXI bus; distributed; anti electromagnetic interference; aircraft engine test bed

0? 引? 言

航空發動機是具有復雜的氣動力、熱力結構的動力裝置。近年來，隨著航空發動機技術的不斷發展，其測試技術要求也不斷提高。航空發動機試車臺成為測試發動機各項性能參數及批量發動機出廠時校驗其合格性的關鍵設備，對其數據處理、數據采集速率的要求在逐步地提高[1，2]。自20世紀70年代通用儀器總線（General Purpose Interface Bus， GPIB）出現以來，測試儀器的發展經歷了GPIB總線、VXI總線和PXI總線等多種形式[3]。采用這些總線技術組建的測試系統被廣泛使用。但隨著硬件設備的不斷升級改造、數據通信速度不斷加快、抗干擾要求越來越高，VXI/PXI總線技術越來越不能滿足數據采集要求。此時出現了LXI總線，LXI總線是一種功能強大、結構簡單、數據傳輸速率快、抗干擾強的數據采集總線[4-7]。

LXI總線是一種新型儀器接口規范，是以太網技術在測試自動化領域應用的拓展，其總線規范融合了儀器的高性能、插卡式儀器的緊湊靈活和以太網的高速吞吐率，且性能比以往測試系統的解決方案更緊湊、更快速、更廉價、更持久[8]。因此，LXI技術在設計大型測試系統中優勢明顯，尤其非常適合設計基于高速網絡的分布式測試系統，這也是在航空試車臺中引進LXI總線的關鍵所在[9，10]。

1? 測試系統簡介

隨著國內航空發動機產業的逐步發展，對航空發動機試車臺的建設提出了更高的要求。從之前測試幾十個通道發展到如今測試上百、上千個通道，為保障采集速率的同步性、傳輸速率的高速性、采集數據的真實性，之前采用的PXI/VXI系統由于結構的限制，數據吞吐率比較低、線路易帶來電磁干擾等缺點已無法滿足要求。因此，建立一套基于LXI總線的大型測試系統就顯得尤為必要。航空發動機試車臺采用PXI/VXI系統總體框圖如圖1所示。

目前幾種測試總線規范比較如表1所示[11]。

1.1? 測試系統總體方案

設計的某型航空發動機試車臺，測試的數據采集通道達到了二百多個，要求整個采集系統各信號無電磁干擾現象。因此采用LXI設備作為數據采集系統的硬件平臺。LXI采集模塊通過配置不同的模塊，以實現對航空發動機及車臺配套重要參數的監測。整個車臺數據采集系統總體框圖如圖2所示。

數據采集系統采用了兩臺工控機，各工控機實現的功能：1號工控機主要實現數據采集、數據處理、報警顯示等功能;2號工控機主要實現參數設置、數據存儲、數據報表打印等功能。結構框圖如圖3所示。7BA18188-201C-4446-BD92-DA9804E78D94

1.2? 測試系統硬件設計

根據發動機數據采集要求，某型航空發動機試車臺數據采集系統通過LXI板卡采集發動機及附屬設備的電量、頻率量及開關量參數;通過網絡或串口采集水力測功器、電子控制器、西門子PLC控制模塊及西門子質量流量計等參數。系統硬件采集框圖如圖4所示。

1.2.1? LXI采集硬件

LXI總線采用了IVI規范，并推薦使用IVI-COM驅動程序與其他處理器或主機聯系，這些驅動程序兼容各種開放式儀器，簡化了測試系統的整個調試過程，保證了測試系統從產品開發到加工生產之問的無縫移植[6，7]。本試車臺使用的LXI采集模塊有：

（1）EX1000系列板卡。EX1000儀器家族是目前航空試車臺中最高級的熱電偶和電壓采集板卡，它使用了LXI-A類規范，每個信號通道提供完全的端對端自校準。高精度校準源提供參考信號，在模擬濾波和增益電路之前對漂移、老化和溫升進行補償。（2）EX1200-1 538板卡。該板卡是目前市場密度最高的開關測控子系統，采用通用的開放式軟硬件平臺，可用于開發、制造和現場服務。EX1200-1 538是把1 538板卡安裝在EX1200機箱中，進行相應的開關量、頻率量測量。

1.2.2? 其他設備

由于航空發動機試車工藝復雜，需要監控的數據較多，需與外部其他硬件設備通信的很多，如：（1）PLC模塊。由于發動機試車臺的電氣控制部分基本都是通過PLC模塊實現的，如發動機超溫、超轉和超扭保護等。如果沒有及時可靠地處理這些故障，將對發動機造成不可估量的損傷。基于此，數據采集系統與PLC之間通過網絡進行通訊，進行相應的數據交互。（2）水力測功器及電子控制模塊。水力測功器獲取發動機的扭矩值，系統根據扭矩值換算出發動機相應的性能參數;電子控制模塊主要控制發動機運轉情況。它們與數據采集系統通常通過網絡通信。（3）質量流量計模塊。主要測量發動機的燃油流量、燃油密度、燃油溫度等發動機運行所必需的燃油參數，通過串口進行相應數據通信。

2? 測試系統軟件設計

此航空試車臺數據采集系統由微軟公司的VC++6.0軟件、NI公司的Measurement studio控件及微軟公司的SQL Server 2008R2數據庫設計開發。利用VC及Measurement studio設計開發數據采集界面、數據通信及數據處理等功能，利用SQL Server 2008R2數據庫，進行數據存儲及后續的數據處理。航空試車臺數據采集系統通常具有以下功能，如圖5所示。

2.1? 軟件流程

某型航空發動機由于試車工藝復雜，采集參數多，其采集系統軟件設計流程較復雜，軟件流程框圖如圖6所示。

2.2? 測試系統界面

設計開發的試車臺數據采集系統主界面如圖7所示。

使用LXI總線開發的某型航空發動機試車臺數據采集系統，成功獲得了發動機各項試車參數。該系統采集的參數不僅無干擾、精度高、穩定性好，而且硬件結構特別簡單，節省了大量試車間到操作間之間的電氣采集線路的鋪設。

針對中國航發東安某型發動機復雜的試車工藝，采用LXI開發的試車臺數據采集系統連續運行無故障，可完全滿足試車要求。

3? 結? 論

針對傳統航空發動機數據采集系統因硬件結構易引入電磁干擾及過于集成，出現當零槽控制器發生故障時，導致整個車臺數據采集系統出現錯誤，無法試車情況的發生。本文采用LXI總線設計的航空試車臺數據采集系統，不僅克服了VXI/PXI總線采集硬件過于集成的缺點，而且使用網絡傳輸數據，克服了因信號線路上帶來的電磁干擾現象。

在航空發動機試車臺中引入LXI總線，不僅有利于網絡化數據測試平臺的搭建，使航空發動機試車臺測試數據在整個工廠局域網內實現共享成為可能;而且實現了航空發動機數據采集系統由采集幾百個點的小采集系統向采集上千、上萬個點的大采集系統的跨越。

參考文獻：

[1] 張寶城著.航空發動機試驗和測試技術 [M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[2] 樊尚春，呂俊芳，張慶榮著，等.航空測試系統 [M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[3] 劉澤暉.基于LXI總線的數據采集系統設計及應用研究 [J].現代信息科技，2020，4（1）：34-38.

[4] 劉向陽，冷春雪，黃啟陶，等.自動測試技術在航天中的應用現狀及發展趨勢 [J].宇航計測技術，2018，38（1）：1-5.

[5] 同江，蔡遠文，邢曉辰.下一代自動測試系統在我國航天測試體系結構中的應用 [J].航天控制，2011，29（2）：75-80.

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[8] 杜建紅，喬黎.航空發動機試車臺自動測試系統設計 [J].航空發動機，2007（2）：15-17.

[9] 趙旭東，雷勇，王志鵬.基于VXI總線的某型渦軸發動機測試系統設計 [J].測控技術，2011，30（1）：39-41+44.

[10] 同江，蔡遠文.LXI總線在運載火箭測試中的應用 [J].導彈與航天運載技術，2009（2）：45-47.

[11] 謝志敏，孟上，王豐磊，等.LXI總線技術在測量領域中的應用研究 [J].海軍航空工程學院學報，2009，24（1）：77-80.

作者簡介：杜小紅（1983—），男，漢族，內蒙古烏蘭察布人，高級工程師，碩士，研究方向：航空發動機試車臺、試驗器電氣及數據采集系統設計研發。7BA18188-201C-4446-BD92-DA9804E78D94