基于LabWindows/CVI的便携式电源控制器测试系统设计

2011-05-21 00:41王博阳

电子设计工程 2011年12期

马强，王博阳

（1.海军航空工程学院山东烟台 264001；2.海军装备研究院北京 100161）

随着航空技术的迅速发展，现代飞机的性能得到了很大地提高，先进的用电设备得到广泛的应用，因此，对电源的要求也越来越高。电源控制器能够在飞机电源系统出现故障情况时自动的切除故障单元，防止故障的扩大和故障传播，保证重要的机载设备的用电需求，并将相关信息传送给非航空电子监控处理机。因此，电源控制器具有直流电源系统的控制保护功能、直流地面电源监控器的功能、蓄电池监测功能和自检测（BIT）、故障诊断和隔离功能。直流电源系统的控制保护功能是指通过对整流器的主接触器、汇流条连接接触器以及直流二次电源系统的控制与保护功能；直流地面电源监控器的功能是指通过对直流地面电源接触器的控制实现对直流地面电源的控制与保护功能；蓄电池监测功能是指蓄电池出现过温时发出蓄电池过温故障信号，在两台变压整流器同时失效时无条件接通蓄电池；自检测、故障诊断和隔离功能是指在飞机电源系统出现故障情况时自动诊断故障，切除故障单元，实现故障隔离和定位，并将供电系统的工作状态信息和PCU本身的工作状态信息传送给非航空电子监控处理机[1-2]。

可见，对电源控制保护器的准确测试变得非常重要。为了实现对电源控制器的准确检测，在做了需求分析的基础上，提出并设计了一种基于LabWindows/CVI的便携式电源控制器测试系统（以下简称“测试系统”）设计方案。该系统能够完成对其准确测试。

为满足某型飞机的电源控制保护器进行测试的需求，结合PCU与飞机电气系统的连接关系，经过分析得到PCU的输入信号共分为以下3部分：11路来自飞机供电系统的模拟信号，其中包含7路直流电压信号（0～50 V）和4路直流电流信号；19路来自飞机供电系统开关量信号；以及来自非航空电子监控处理机的自检请求信号和飞机电气参数等信号。

要想完成对以上信号的测试，需要做好以下几个方面。首先该测试系统应能模拟PCU工作时飞机电源系统的各种状况，模拟PCU的各种输入信号，并检测PCU的输出信号，判断出PCU在各种状态下是否按要求工作；其次，应能检测PCU的输出控制信号是否满足其保护控制逻辑及时序的要求，并能够实时监视PCU的输出信号是否正常；再次，还应具有模拟非航空电子监控处理机与PCU之间的通信；最后系统要能够进行自检[3]。

1 总体设计

该测试系统结构图如图1所示，在对电源控制器（PCU）的测试过程中，通过测试计算机产生电压信号送到模拟信号产生电路，用来模拟来自飞机供电系统的模拟信号；PCU产生的输出控制信号经过输出信号检测电路后送到测试计算机；测试计算机与PCU之间的相互通信，通过PCU通信信号检测电路进行转换，最后测试结果由测试计算机进行显示，并完成测试结果的打印。

图1 系统总体结构图Fig.1 Structure diagram of the Power Control Unit test system

2 系统硬件设计[3]

测试系统硬件主要由变压整流电路、功放电路、脉动电路、继电器电路、开关电源、测试计算机（工控机）和打印机等组成，系统硬件结构图如图2所示。变压器整流电路主要用来输出交流22 V和交流115 V，以及用来输出+5 V和+28 V直流电压，分别为继电器供电和模拟开关信号；功放电路主要由电源电路和功放部分组成，继电器电路主要用来实现相应电路的连接；工控机的I/O板卡中的输出信号与继电器电路相连，分别作为继电器的驱动信号和用于测量继电器状态。工控机是测试系统的核心，用实现测试中指令的发送、数据的采集与处理和测试结果的显示等。

图2 系统硬件结构图Fig.2 Structure diagram of the hardware system

模拟信号检测电路主要是为PCU提供输入信号，直流电压电流的模拟信号由测试计算机控制D/A板卡输出两路电流信号和两路电压信号，两路电流信号分别模拟左TRU和右TRU电流控制信号。在PCU测试系统中，模拟直流电流信号利用精密电阻转变为电压信号，然后与两路电压信号一起分别经过各自的调理电路后变为需要的电压模拟信号。电源控制器需要检测的各种故障开关量信号采用+28.5 V的电压信号进行模拟。

PCU输出控制信号检测电路主要是用来实现对输出控制信号的准确检测。电源控制器输出控制信号主要完成对各接触器或继电器和各告警指示灯的控制与驱动，输出驱动信号电压为28.5 V。根据PCU控制电路输出信号的不同，可以将输出的控制驱动信号进行分类检测，用继电器或接触器模拟飞机上各接触器、继电器，电源控制器输出控制驱动信号接继电器控制端，小继电器触点接被控信号；然后根据继电器通、断状态，实现对输出控制信号的准确检测。

PCU测试系统通信信号检测电路是用来模拟非航空电子监控处理机与电源控制器通信功能。在进行测试时，测试计算机模拟非航空电子监控处理机发出维护自检测信号，并由电源控制器进行维护自检测；电源控制器将左右TRU的工作状态、汇流条的连接状态等信息送给非航空电子监控处理机，以便于其将供电系统的情况及时向飞行员提供告警信号等。非航空电子监控处理机与电源控制器通信采用RS-485总线形式，具有传输距离远、抗共模干扰能力强、速度快、易于安装和扩充等优点，非常适用飞机上恶劣环境下的通信。

3 测试系统软件设计

该测试系统的软件采用LabWindows/CVI[4]编程，Lab-Windows/CVI是NI公司推出的面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台。该平台不仅提供了对虚拟仪器的支持，还具有各种测试、通信、控制和数值分析的能力，具有控制功能强大、库函数丰富、实时性强、编程容易等优点。为了日后的更新、维护与拓展，在设计过程中采用模块化的思想，整个系统由数据采集模块[5]、检测信号产生模块、PCU输出控制信号检测模块、通信模块和系统帮助模块等组成。系统软件设计的结构图如图3所示。

图3 系统软件设计结构图Fig.3 Schematic diagram of the software test system

在软件设计中，数据采集模块主要用来实现对测试数据的采集；检测信号产生模块主要用来实现对控制测试系统中模拟量信号和开关量信号的产生，通过该模块可以实现模拟量信号幅值的设置和开关量信号的设置；PCU输出控制信号检测模块主要用来实现对PCU输出控制信号的检测，并能够通过调用理论值与测试结果进行比较；通信模块主要用来实现测控计算机与PCU之间的通信功能，可以通过测试计算机向PCU发送完控制命令字后延时一段时间，等待接收电源控制器传送的数据，可以根据是否收到PCU传送的数据判断其故障状态。系统帮助模块主要是用来对测试中的常见疑难问题和注意事项进行解答。软件设计的流程图如图4所示。测试过程中，在完成数据采集和检测后，显示测试结果，并完成报表[6]打印。

4 实验应用

图4 软件设计的流程图Fig.4 Flow chart the software design

该测试系统用于某型飞机的电源控制器测试。在进行测试时，首先运行该测试应用软件，初始化相关板卡后，通过完成测试设置和通信配置等相关设置后，然后通过点击主程序界面的相应模块测试按钮进行相应的测试，其中通信模块需要向PCU发送控制命令字，然后接收PCU发回的数据进行单独测试；在主界面中通过点击“检测信号产生模块”按钮，可以实现对模拟信号是否已经输入进行检测，若没有信号输入需重新检测，否则点击 “PCU输出控制信号检测模块”按钮，运行输出控制信号检测程序，将得到的结果与理论值进行比较，并将结果进行显示，程序面板的部分界面如图5所示。如果比较结果不正确，需要检查修改电路后重新进行检测。通过实际应用发现，该测试系统测试结果准确、稳定可靠。

图5 测试界面图Fig.5 Interface chart of the test system

5 结论

该测试系统采用具有高速数据采集卡的便携式测试计算机为硬件平台，软件设计采用模块化设计思想，提高了系统的可靠性和维护性。该测试系统已用于某型飞机的电源控制器进行测试，实际应用表明该测试系统具有测试准确、稳定可靠、人机界面友好等特点，达到了设计要求。

[1]张东伟，张晓斌，郑先成.基于MP0566的飞机电源控制器系统设计[J].机械与电子，2009（6）：84-86.ZHANG Dong-wei， ZHANG Xiao-bin， ZHENG Xian-cheng.Design of Power Control Unit in aircraft based on M PC566[J].Machinery ＆ Electronics， 2009（6）：84-86.

[2]郝德文，张泾周，袁军，等.航空电源控制保护器测试系统设计与实现[J].计算机工程与设计， 2008，29（2）：457-459.HAO De-wen，ZHANG Jing-zhou，YUAN Jun，et al.Design and realization of test system for power control unit for aviation[J].Computer Engineering and Design.2008，29（2）：457-459.

[3]解伟，张晓斌，张朋松，等.飞机电源控制器PCU测试仪的设计与实现 [J].计算机测量与控制，2010，18（9）2207-2209.XIE Wei， ZHANG Xiao-bin， ZHANG Peng-song， et al.Design of tester system for Power Control Unit （PCU）[J].Computer Measurement＆ Control.2010，18（9）2207-2209.

[4]王建新，杨世凤，隋美丽，等.Labwindows/CVI测试技术及工程应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[5]周承仙，李仰军，武锦辉，等.基于Labwindows/CVI的多路高速数据采集系统设计[J].电子测量技术，2007，30（12）：66-69.ZHOU Cheng-xian， LI Yang-jun， WU Jin-hui， et al.Design for multi-channel high speed data acquisition system based on Labwindows/CVI[J].Electronic Measurement Technology.2007，30（12）：66-69.