1 引言
傳統的校驗儀器普遍存在性能單一、難以實現多種檢測功能集成的問題,這就造成在不具備綜合檢測平臺的修理廠,每個設備都要配備一臺專用檢測儀器的現狀[1]。本試驗器以系統功能集成化為基本設計理念,以可編程控制器為核心,通過有效整合各種資源,實現了校驗功能的高度集成,利用試驗器可完成對5個主要起動設備的校驗,其體積小、重量輕,非常適合一線部隊的轉場使用和機動使用要求。
發動機的起動系統涉及的起動控制設備較多,通過分析這些電氣設備的功用,總結出起動系統電氣設備的顯著特點是:
(1) 起動系統涉及的電氣設備種類多,工作過程復雜,需要檢測時間、電壓、電流、功率等眾多參數[2][3]。
(2) 起動系統各電氣設備的功能關聯緊密,要檢測某設備的性能往往需要連接多個電氣設備協同工作,在沒有大的檢測平臺的條件下,起動系統電氣設備的全功能校驗工作很難開展。
起動箱、起動電壓調節盒、自動停車器和功率限制器是最主要的控制設備,對這些起動系統控制設備進行定期檢測、保證其性能良好和工作可靠就成為某型飛機機務部隊一項重要的和經常性的工作。
2 系統的主要技術要求
(1) 以測試系統的綜合性、通用性和小型化為目標的綜合測試技術
本課題研究的目標是將某型飛機起動系統主要電氣設備進行綜合檢測,要實現集中檢測多種電氣設備,各電氣設備功能復雜、參數多,測試系統的結構設計與維修單位的保障條件相適應,并且力求做到體積小、重量輕、便于攜行裝運,設計難度大。
(2) 超低電壓、大電流的大功率信號的生成
功率限制器的操縱信號是從起動發電機QF-24正電路和QFL-3分流器(25mv/1000A)來,功率限制器要檢測的功率信號可達80kW,這就必須模擬提供超低電壓、大電流的大功率信號。傳統的辦法是采用分壓電路的辦法提供低壓信號,但是對于毫伏級的低壓信號,分壓電路的缺點是動態性能差、精度低,很難滿足精確測試的要求,要解決這個難題,必須設計高精度大功率信號模擬技術[4]。
3 高精度大功率信號的實現
功率限制器的作用是測量及控制渦輪發電裝置的電功率。當起動發電機輸出電功率超過一定值時,功率限制器發出過載指示、控制信號。功率限制器的工作原理如圖1所示。
從圖1可以看出,對功率限制器性能校驗的關鍵和難點就是給功率限制器提供準確的0-25mV超低電壓信號。傳統的辦法是模擬QFL-3分流器采用分壓電路的辦法提供低壓信號,但是,對于毫伏級的低壓信號,分壓電路的缺點是動態性能差、精度低,同時還要有功率要求,很難滿足精確測試的要求,針對這個難題,我們設計用高精度穩壓電源模擬功率限制器要求的輸入信號,高精度穩壓電源模塊采用220V供電,輸出0-50mV高精度電壓信號,輸出調節由2kΩ的可調變阻器控制。大功率信號模擬電路原理圖如圖3所示。
經過多次試驗驗證,該技術的運用大大提高了功率限制器測試的精度和穩定性,滿足了校驗要求。
4 系統的硬件設計
設計試驗器的硬件總體方案時總的原則有:
(1) QDXYQ-1運八飛機起動系統試驗器要適應部隊的特定保障條件,完成部隊定檢、排故和新品裝機檢測的任務要求,符合測試附件的全部技術標準。
(2) 實踐模塊化的設計思想,系統按功能和結構相結合的方法劃分模塊,具體體現在設計概念、設計原理和設計目標的定位方面。
(3) 試驗器應采用成熟的嵌入式工控技術,實現測試過程的自動化檢測。并選用成熟的貨架產品和設計方案,保證系統運行的可靠性,通過PLC嵌入式軟硬件體系結構設計,控制系統具有結構緊湊開放、資源充分利用、性價比高、功能靈活、易于擴展和監控的特點[5]。
(4) 操控界面要友好,操作方便,易于展現檢測數據,方便操縱人員記錄和查看檢測結果。
(5) 系統應具有良好的可用性、可靠性、可維護性和可擴展性,系統要滿足標準化、模塊化、通用化的要求,如果設備升級可在不改變硬件結構下,通過升級軟件實現檢測儀器升級。
飛機起動系統綜合檢測儀的硬件結構圖如圖4所示:
5 系統軟件設計
系統的軟件設計分為PLC的程序設計和觸摸屏的程序設計。PLC選用OMRON的CP1E型,編程軟件為CX-ONE2.0,觸摸屏選用信捷4.7寸彩色液晶屏,編程軟件為TouchWin。
5.1 PLC軟件設計
設計試驗器的軟件總體方案的基本原則[6]:
(1) 軟件總體設計采用模塊化設計,各檢測模塊相互獨立,方便調試和維護;
(2) 軟件采用零誤操作設計,全面考慮操作人員各種可能的誤操縱,設計相應的容錯處理程序模塊,從源頭上避免操作人員誤操作的可能性;
(3) 充分考慮PLC程序和液晶觸摸屏智能幫助系統的配合工作,真正實現智能測試在線指導;
(4) 系統能檢測待測設備的型號,自動選擇相應的檢測模塊,方便操作人員使用。
PLC的軟件總體方案如圖5所示。
5.2 觸摸屏人機交互界面設計
系統的顯示與操作界面選用信捷液晶觸摸屏,界面的設計使用觸摸屏的組態軟件TouchWin,觸摸屏與PLC的串行通訊口相連。觸摸屏在功能上由主界面和主要功能界面組成。主畫面為索引畫面,通過主畫面可以選擇各畫面。從主界面跳轉到各檢測設備畫面有兩種方式,一是手動方式,通過點擊各檢測設備進入;另一種是自動方式,當正確插入被測設備插銷后,系統檢測出設備的型號,自動跳轉到相應的檢測界面。起動箱檢測界面如圖6所示。
6 結束語
經過近兩年的部隊外場使用,證明飛機起動系統綜合檢測儀的各項功能和指標達到設計要求,經上級主管部門的驗收及部隊修理廠的使用,該檢測儀在管用、耐用、好用、技術含量高等方面得到了認可和好評。這些先進技術的運用有效提高了某型飛機起動系統電氣設備的完好率和部隊的維護水平。
參考文獻:
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[4] 劉天羽,胡曉光.基于AVR單片機SF6密度繼電器校驗儀的設計[J].儀器儀表裝置,2010,(11):10-13.
[5] 晏良俊,朱琥等.智能型低壓電動機綜合保護器的研究與開發[J].自動化技術與應用,2010,(9):111-113.
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作者簡介:于春風(1983-),講師,碩士,主要從事:飛機電氣工程專業教學、科研工作。