曹智　楊旺

摘要：本文提出的多功能檢測控制系統(tǒng)是基于工控機(jī)和自動(dòng)化檢測控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)可對空調(diào)車的相關(guān)工作參數(shù)進(jìn)行采集、控制、存儲(chǔ)和分析，并對檢測的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，以保證飛機(jī)在飛行保障前的可靠工作。實(shí)際使用表明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，大大提高了飛機(jī)地面空調(diào)車的地面保障能力。

Abstract： Multi-purpose measurement and control system proposed in this paper is designed based on industrial control computer and automatic detection and control technology. This system could be used for air-condition working parameter acquisition， control， storage and analysis， to evaluate detection of various parameters， and to ensure the reliable work of aircraft in flight before. Practical use and verification shows that the system design is reasonable， stable and reliable， has greatly improving the ground support ability of aircraft.

關(guān)鍵詞： 檢測控制系統(tǒng)；工控機(jī)；數(shù)據(jù)采集；飛機(jī)地面空調(diào)車

Key words： measurement and control system；industrial controller；data acquisition；aircraft ground air conditioning carts

中圖分類號(hào)：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）06-0208-02

0 引言

飛機(jī)地面空調(diào)車是在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，在地面通電檢查和維修飛機(jī)電器電子設(shè)備時(shí)給飛機(jī)艙內(nèi)提供干燥而潔凈的給定溫度和濕度的冷風(fēng)、熱風(fēng)和通風(fēng)，用來控制飛機(jī)電器電子設(shè)備工作環(huán)境條件的設(shè)備[1]。目前，飛機(jī)地面空調(diào)車被廣泛應(yīng)用于部隊(duì)、飛機(jī)制造廠、試飛院等場所的各型飛機(jī)地面保障使用[2]，為飛機(jī)在地面進(jìn)行檢查、維護(hù)和維修，保障機(jī)上電子設(shè)備可靠工作提供了有力的保障。由于以往的空調(diào)車多是采用儀表和機(jī)械控制，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)除了利用經(jīng)驗(yàn)判斷外，沒有快速解決故障的方法。針對上述問題，本文設(shè)計(jì)了飛機(jī)地面空調(diào)車多功能檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠使工作人員對空調(diào)車的工作參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面掌握，輔助工作人員快速準(zhǔn)確的判斷故障原因并及時(shí)找到相應(yīng)的解決辦法。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)設(shè)計(jì)要求

①設(shè)計(jì)傳感器信號(hào)采集電路，可采集4～20mA電流信號(hào)、0～5V電壓信號(hào)，并確保信號(hào)無損耗的采集。②設(shè)計(jì)鼓風(fēng)機(jī)變頻器控制電路，保證實(shí)際所需的通風(fēng)量。③設(shè)計(jì)溫度控制電路，保證實(shí)際所需的供風(fēng)溫度。④設(shè)計(jì)風(fēng)壓控制電路，保證實(shí)際所需的供風(fēng)壓力，并在風(fēng)壓超限時(shí)自動(dòng)停車。⑤設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)時(shí)顯示功能，使操作人員可直觀查看各項(xiàng)工作參數(shù)及空調(diào)車的運(yùn)行狀態(tài)。⑥設(shè)計(jì)信息存儲(chǔ)功能，確保各項(xiàng)工作參數(shù)被實(shí)時(shí)記錄。

1.2 方案設(shè)計(jì)

空調(diào)車多功能檢測控制系統(tǒng)包括：工控機(jī)（采用嵌入式低功耗Intel X86 CPU，并可在多種環(huán)境中安全穩(wěn)定、高效運(yùn)行的PC/104-Plus主板模塊，內(nèi)部集成了32路轉(zhuǎn)換精度為12位的A/D模塊，可有效提高參數(shù)采集的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性），液晶顯示屏，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、控制按鈕和軟件設(shè)計(jì)。工控機(jī)通過RS485串行通訊的方式，對鼓風(fēng)機(jī)變頻器、空調(diào)電加熱器進(jìn)行實(shí)時(shí)閉環(huán)回路控制，達(dá)到實(shí)際使用的需求。通過RS232串行通訊的方式，對發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。其原理框圖如圖1所示。

空調(diào)車多功能檢測控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸電路按照設(shè)計(jì)要求主要由溫度、壓力、流量傳感器和進(jìn)出風(fēng)管路構(gòu)成，所有傳感器均按照國軍標(biāo)要求固定在進(jìn)出風(fēng)管路的各個(gè)關(guān)鍵位置（如進(jìn)風(fēng)口、鼓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口、空調(diào)蒸發(fā)器出口及出風(fēng)口等處）上，將各個(gè)物理量參數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)。各傳感器嚴(yán)格按照高精度、高可靠性原則進(jìn)行選用，其輸出的模擬量信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號(hào)（抗干擾能力強(qiáng)），所有信號(hào)傳輸電路采用雙絞屏蔽線，降低外界干擾。

2 電路設(shè)計(jì)

空調(diào)車多功能檢測控制系統(tǒng)分為幾個(gè)獨(dú)立的小系統(tǒng)，根據(jù)其功能、運(yùn)行程序?qū)讉€(gè)獨(dú)立小系統(tǒng)串聯(lián)形成一個(gè)完整的檢測控制系統(tǒng)。因此可根據(jù)各個(gè)小系統(tǒng)的主要功能、總體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路[3]。

2.1 傳感器信號(hào)采集電路

所有溫度、流量、壓力傳感器的輸出信號(hào)均為4～20mA，工控機(jī)通過PC104總線進(jìn)行信號(hào)讀取，通過PM515信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將4～20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換至0～5V電壓信號(hào)，提供給工控機(jī)。同時(shí)通過PM515信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的冷端補(bǔ)償參數(shù)，對電流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，保證測量精度等級(jí)[4]。

2.2 變頻器、溫度控制電路和風(fēng)壓報(bào)警電路

系統(tǒng)將工控機(jī)的串行通訊口與變頻器、電加熱器、發(fā)電機(jī)組連接，通過控制程序?qū)ψ冾l器和電加熱器進(jìn)行參數(shù)的寫入，保證通風(fēng)量和通風(fēng)溫度的準(zhǔn)確輸出。為使數(shù)據(jù)信號(hào)能夠完全的傳輸、降低外界干擾，系統(tǒng)采用雙絞屏蔽線進(jìn)行直連的方式進(jìn)行連接，可有效降低外界干擾[5]。風(fēng)壓報(bào)警電路是根據(jù)風(fēng)壓傳感器的實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行工作的，當(dāng)風(fēng)壓值超限時(shí)工控機(jī)通過數(shù)字量輸出端口控制報(bào)警器，警示操作人員空調(diào)車發(fā)出的警報(bào)，并同時(shí)通過控制電路使空調(diào)車自動(dòng)停車。

2.3 參數(shù)實(shí)時(shí)顯示電路

工控機(jī)有標(biāo)準(zhǔn)的VGA視頻接口，通過VGA接口與液晶顯示屏（具備寬溫范圍使用要求）連接，通過預(yù)編的控制程序?qū)⒏黜?xiàng)實(shí)時(shí)測得的工作參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和顯示。同時(shí)通過程序?qū)?shí)時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，記錄的參數(shù)有溫度值、壓力值、流量值等并可實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息和時(shí)間的記錄。

3 電源設(shè)計(jì)

空調(diào)車多功能檢測控制系統(tǒng)的工作電源有2種：12V直流電源和5V直流電源。在電源電路設(shè)計(jì)時(shí)采用了隔離穩(wěn)壓電源[6]，防止兩種電源地交叉產(chǎn)生的干擾；同時(shí)對電源電路增加保險(xiǎn)絲，防止大電流振蕩導(dǎo)致系統(tǒng)失效，影響空調(diào)車不能正常工作。

4 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是以Visual C++6.0為工具，通過C++語言進(jìn)行程序的編寫，將采集信號(hào)進(jìn)行線性映射計(jì)算以及參數(shù)補(bǔ)償，得出相關(guān)數(shù)據(jù)的真實(shí)值，最后通過MFC文件反映出系統(tǒng)各設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)。通過MODBUS協(xié)議（RS232，RS485接口），向各個(gè)設(shè)備發(fā)送讀寫命令，接收返回的MODBUS語句。把需要的數(shù)據(jù)段從MODBUS語句中提取出來，轉(zhuǎn)成需要采集的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過發(fā)送控制指令修改參數(shù)，達(dá)到對各個(gè)設(shè)備的控制目的。

5 面板設(shè)計(jì)

為了操作和維修方便，在系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)時(shí)將液晶顯示屏與參數(shù)設(shè)置開關(guān)設(shè)計(jì)在操作人員能直視、易于觀察的位置，以滿足人機(jī)工程的要求。電源開關(guān)、功能選擇開關(guān)、啟停開關(guān)的操作部分設(shè)計(jì)在便于操作使用的位置。系統(tǒng)的面板布局合理，方便簡單，美觀大方。

6 結(jié)論

本系統(tǒng)經(jīng)過1600多小時(shí)的場外使用驗(yàn)證表明，根據(jù)參數(shù)顯示要求，參數(shù)顯示可達(dá)小數(shù)點(diǎn)后兩位。經(jīng)驗(yàn)證，其顯示誤差為0.1%；程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠，在使用期間無程序問題導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行；性能滿足使用需求，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。該系統(tǒng)可提高操作人員對空調(diào)車的維修判斷能力，將維修判斷時(shí)間縮短為10min，并提高了空調(diào)車的可靠運(yùn)行和保障能力，其MTBF約為3000h，具有明顯的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn).GJB2643-96，飛機(jī)空調(diào)車航空通用規(guī)范[S].北京：國防科工委軍標(biāo)出版社，1996.

[2]宋兆華.通用型飛機(jī)地面空調(diào)車的研究與實(shí)現(xiàn)[J].沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，30（3）：20-22.

[3]張國雄.測控電路[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[4]張華，趙文柱.熱工測量儀表.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[5]張彬彬.飛機(jī)地面空調(diào)車智能溫度控制算法的應(yīng)用研究[D].沈陽航空航天大學(xué)，2013.

[6]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.