1 引言
传统的校验仪器普遍存在性能单一、难以实现多种检测功能集成的问题,这就造成在不具备综合检测平台的修理厂,每个设备都要配备一台专用检测仪器的现状[1]。本试验器以系统功能集成化为基本设计理念,以可编程控制器为核心,通过有效整合各种资源,实现了校验功能的高度集成,利用试验器可完成对5个主要起动设备的校验,其体积小、重量轻,非常适合一线部队的转场使用和机动使用要求。
发动机的起动系统涉及的起动控制设备较多,通过分析这些电气设备的功用,总结出起动系统电气设备的显著特点是:
(1) 起动系统涉及的电气设备种类多,工作过程复杂,需要检测时间、电压、电流、功率等众多参数[2][3]。
(2) 起动系统各电气设备的功能关联紧密,要检测某设备的性能往往需要连接多个电气设备协同工作,在没有大的检测平台的条件下,起动系统电气设备的全功能校验工作很难开展。
起动箱、起动电压调节盒、自动停车器和功率限制器是最主要的控制设备,对这些起动系统控制设备进行定期检测、保证其性能良好和工作可靠就成为某型飞机机务部队一项重要的和经常性的工作。
2 系统的主要技术要求
(1) 以测试系统的综合性、通用性和小型化为目标的综合测试技术
本课题研究的目标是将某型飞机起动系统主要电气设备进行综合检测,要实现集中检测多种电气设备,各电气设备功能复杂、参数多,测试系统的结构设计与维修单位的保障条件相适应,并且力求做到体积小、重量轻、便于携行装运,设计难度大。
(2) 超低电压、大电流的大功率信号的生成
功率限制器的操纵信号是从起动发电机QF-24正电路和QFL-3分流器(25mv/1000A)来,功率限制器要检测的功率信号可达80kW,这就必须模拟提供超低电压、大电流的大功率信号。传统的办法是采用分压电路的办法提供低压信号,但是对于毫伏级的低压信号,分压电路的缺点是动态性能差、精度低,很难满足精确测试的要求,要解决这个难题,必须设计高精度大功率信号模拟技术[4]。
3 高精度大功率信号的实现
功率限制器的作用是测量及控制涡轮发电装置的电功率。当起动发电机输出电功率超过一定值时,功率限制器发出过载指示、控制信号。功率限制器的工作原理如图1所示。
从图1可以看出,对功率限制器性能校验的关键和难点就是给功率限制器提供准确的0-25mV超低电压信号。传统的办法是模拟QFL-3分流器采用分压电路的办法提供低压信号,但是,对于毫伏级的低压信号,分压电路的缺点是动态性能差、精度低,同时还要有功率要求,很难满足精确测试的要求,针对这个难题,我们设计用高精度稳压电源模拟功率限制器要求的输入信号,高精度稳压电源模块采用220V供电,输出0-50mV高精度电压信号,输出调节由2kΩ的可调变阻器控制。大功率信号模拟电路原理图如图3所示。
经过多次试验验证,该技术的运用大大提高了功率限制器测试的精度和稳定性,满足了校验要求。
4 系统的硬件设计
设计试验器的硬件总体方案时总的原则有:
(1) QDXYQ-1运八飞机起动系统试验器要适应部队的特定保障条件,完成部队定检、排故和新品装机检测的任务要求,符合测试附件的全部技术标准。
(2) 实践模块化的设计思想,系统按功能和结构相结合的方法划分模块,具体体现在设计概念、设计原理和设计目标的定位方面。
(3) 试验器应采用成熟的嵌入式工控技术,实现测试过程的自动化检测。并选用成熟的货架产品和设计方案,保证系统运行的可靠性,通过PLC嵌入式软硬件体系结构设计,控制系统具有结构紧凑开放、资源充分利用、性价比高、功能灵活、易于扩展和监控的特点[5]。
(4) 操控界面要友好,操作方便,易于展现检测数据,方便操纵人员记录和查看检测结果。
(5) 系统应具有良好的可用性、可靠性、可维护性和可扩展性,系统要满足标准化、模块化、通用化的要求,如果设备升级可在不改变硬件结构下,通过升级软件实现检测仪器升级。
飞机起动系统综合检测仪的硬件结构图如图4所示:
5 系统软件设计
系统的软件设计分为PLC的程序设计和触摸屏的程序设计。PLC选用OMRON的CP1E型,编程软件为CX-ONE2.0,触摸屏选用信捷4.7寸彩色液晶屏,编程软件为TouchWin。
5.1 PLC软件设计
设计试验器的软件总体方案的基本原则[6]:
(1) 软件总体设计采用模块化设计,各检测模块相互独立,方便调试和维护;
(2) 软件采用零误操作设计,全面考虑操作人员各种可能的误操纵,设计相应的容错处理程序模块,从源头上避免操作人员误操作的可能性;
(3) 充分考虑PLC程序和液晶触摸屏智能帮助系统的配合工作,真正实现智能测试在线指导;
(4) 系统能检测待测设备的型号,自动选择相应的检测模块,方便操作人员使用。
PLC的软件总体方案如图5所示。
5.2 触摸屏人机交互界面设计
系统的显示与操作界面选用信捷液晶触摸屏,界面的设计使用触摸屏的组态软件TouchWin,触摸屏与PLC的串行通讯口相连。触摸屏在功能上由主界面和主要功能界面组成。主画面为索引画面,通过主画面可以选择各画面。从主界面跳转到各检测设备画面有两种方式,一是手动方式,通过点击各检测设备进入;另一种是自动方式,当正确插入被测设备插销后,系统检测出设备的型号,自动跳转到相应的检测界面。起动箱检测界面如图6所示。
6 结束语
经过近两年的部队外场使用,证明飞机起动系统综合检测仪的各项功能和指标达到设计要求,经上级主管部门的验收及部队修理厂的使用,该检测仪在管用、耐用、好用、技术含量高等方面得到了认可和好评。这些先进技术的运用有效提高了某型飞机起动系统电气设备的完好率和部队的维护水平。
参考文献:
[1] 李孝臣.航天电磁继电器稳定时间测试方法[J].低压电器,2010,(6):11-13.
[2] 冯晓.基于ARM的智能继电器测试系统的设计与研究[D].东华大学,硕士学位论文,2009.
[3] 赵桂平,邵武等.继电器时间参数的测试[J].机电元件,2005,(1):38-42.
[4] 刘天羽,胡晓光.基于AVR单片机SF6密度继电器校验仪的设计[J].仪器仪表装置,2010,(11):10-13.
[5] 晏良俊,朱琥等.智能型低压电动机综合保护器的研究与开发[J].自动化技术与应用,2010,(9):111-113.
[6] 杜太行,齐玲等.基于单片机的电磁继电器参数检测系统的研究[J].低压电器,2009,(17):16-18.
作者简介:于春风(1983-),讲师,硕士,主要从事:飞机电气工程专业教学、科研工作。