王 賀，朱智平，王貴騰，馮 斌，王鴻睿，楊慶國(guó)

(湖南云箭集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100)

制導(dǎo)航空炸彈電控裝置測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 賀，朱智平，王貴騰，馮 斌，王鴻睿，楊慶國(guó)

(湖南云箭集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410100)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)制導(dǎo)航空炸彈電控裝置的自動(dòng)測(cè)試，提出了一種基于LabVIEW和PLC的電控裝置測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該測(cè)試系統(tǒng)硬件主要由PLC及其外圍調(diào)理電路組成，能夠執(zhí)行測(cè)控軟件的測(cè)試指令和回告測(cè)試結(jié)果。計(jì)算機(jī)測(cè)控軟件采用LabVIEW進(jìn)行編程，能夠控制硬件進(jìn)行自動(dòng)或單步測(cè)試，并實(shí)時(shí)顯示結(jié)果與存檔。實(shí)際應(yīng)用表明，該測(cè)試系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、測(cè)試結(jié)果正確、故障定位準(zhǔn)確，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

電控裝置；測(cè)試系統(tǒng)；LabVIEW；PLC

0 引言

電氣系統(tǒng)是制導(dǎo)航空炸彈的重要組成系統(tǒng)之一，電控裝置是電氣系統(tǒng)的核心設(shè)備[1]。電控裝置的主要功能包括為各用電設(shè)備轉(zhuǎn)換、輸送電能以及實(shí)現(xiàn)信號(hào)連接。電控裝置能否可靠地工作直接關(guān)系到各種電氣指令能否被正確響應(yīng)，從而影響炸彈控制系統(tǒng)性能。

目前，對(duì)炸彈電控裝置的測(cè)試主要基于萬(wàn)用表、示波器等測(cè)試平臺(tái)，整個(gè)測(cè)試過(guò)程由人工手動(dòng)控制。這種人工測(cè)試方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、對(duì)測(cè)試人員要求較高、無(wú)法自動(dòng)生成測(cè)試結(jié)果以存檔分析，不適于批量測(cè)試。為了解決上述問(wèn)題，有必要研制一種電控裝置測(cè)試系統(tǒng)，具有自動(dòng)化程度高、人機(jī)界面友好、可靠性高、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

LabVIEW操作簡(jiǎn)單、開發(fā)快捷靈活,具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)能力，在航空、汽車、通信和過(guò)程控制等領(lǐng)域應(yīng)用普遍[2-3]。PLC由于具有使用方便、編程簡(jiǎn)單、可靠性高以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域[4]。因此，在需求分析的基礎(chǔ)上，本文提出并設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW和PLC的電控裝置測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1測(cè)試需求分析

電控裝置按其信號(hào)處理方式包含三項(xiàng)主要功能：電源轉(zhuǎn)換、電源通斷控制和信號(hào)連接。

電源轉(zhuǎn)換是指電控裝置將輸入的一次電源通過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊輸出為二次電源；電源通斷控制是指電控裝置接收外部控制指令，通過(guò)繼電器及其聯(lián)鎖，控制其為彈上其他設(shè)備供電電源的通斷；信號(hào)連接是指信號(hào)從電連接器引腳進(jìn)入，在電控裝置內(nèi)未作任何處理，直接從電連接器引腳引出的直連導(dǎo)線。

根據(jù)電控裝置的功能，確定測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試需求為：

(1)短路測(cè)試。測(cè)試無(wú)直連關(guān)系的電連接器引腳之間是否存在短路現(xiàn)象。

(2)匯流條測(cè)試。系統(tǒng)上電后，電源及其電線匯流條帶電，通過(guò)測(cè)試電連接器各一次電源引腳的電壓，判斷是否與匯流條連接，并測(cè)試電連接器各二次電源引腳的電壓，判斷電源模塊是否正常。

(3)導(dǎo)通測(cè)試。測(cè)試在電控裝置內(nèi)未作任何處理的直連導(dǎo)線是否導(dǎo)通。

(4)繼電器功能測(cè)試。測(cè)試單個(gè)繼電器是否正常。

(5)繼電器聯(lián)鎖測(cè)試。測(cè)試?yán)^電器聯(lián)鎖功能是否正常。

1.2總體方案

測(cè)試系統(tǒng)基于LabVIEW和PLC的架構(gòu)，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。測(cè)試計(jì)算機(jī)的測(cè)控軟件采用LabVIEW編寫，通過(guò)RS485發(fā)出測(cè)試指令到PLC，PLC產(chǎn)生控制信號(hào)并經(jīng)調(diào)理電路后，將測(cè)試輸入激勵(lì)送到電控裝置；之后，調(diào)理電路將采集到的電控裝置輸出響應(yīng)處理后送至PLC，PLC處理并將測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)送至測(cè)試計(jì)算機(jī)，由測(cè)控軟件完成結(jié)果的顯示與存檔。

圖1 電控裝置測(cè)試系統(tǒng)組成框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)硬件主要由PLC、調(diào)理電路和電源模塊等組成。

2.1PLC選型

PLC選用西門子S7- 226，該P(yáng)LC集成24輸入/16輸出數(shù)字量I/O，可連接7個(gè)I/O擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O；具有13 KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；具有RS485通信接口，可用于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2.2調(diào)理電路

調(diào)理電路主要由輸入和輸出模擬開關(guān)電路、ADC電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路組成。

雖然PLC的數(shù)字量輸入和輸出端口數(shù)量可以擴(kuò)展，但電控裝置接口引腳數(shù)目眾多，故須采取多路復(fù)用的模式，從而完成PLC的測(cè)試激勵(lì)點(diǎn)和響應(yīng)點(diǎn)編碼信號(hào)的譯碼工作。輸入和輸出模擬開關(guān)電路由鎖存電路和多路復(fù)用開關(guān)電路構(gòu)成，鎖存器采用HD74LS373，多路復(fù)用開關(guān)采用DG406[5-7]。

PLC對(duì)電控裝置接口所有的引腳編碼。輸出模擬開關(guān)電路原理如圖2所示。在對(duì)電控裝置接口某引腳進(jìn)行短路和導(dǎo)通測(cè)試時(shí)，PLC輸出6位激勵(lì)編碼信號(hào)AB0～AB5至鎖存器U1，U1鎖存輸出AW0～AW5。其中，AW0～AW3作為地址總線輸出至多路復(fù)用開關(guān)U3、U4、U5，用于選擇激勵(lì)引腳；AW4、AW5作為片選總線，經(jīng)U2多路復(fù)用后，分別輸出至多路復(fù)用開關(guān)U3、U4、U5。由此，通過(guò)PLC的6位編碼信號(hào)，完成電控裝置的短路和導(dǎo)通測(cè)試激勵(lì)地址編碼，將輸入激勵(lì)電壓+5 V分時(shí)輸出至電控裝置接口引腳。

輸入模擬開關(guān)電路原理如圖3所示。在PLC輸出激勵(lì)編碼信號(hào)后，PLC輸出激勵(lì)鎖存信號(hào)LAO，將激勵(lì)編碼鎖存。之后，PLC輸出7位響應(yīng)編碼信號(hào)AB0～AB6至鎖存器U11，U11鎖存輸出AR0～AR6。其中，AR0～AR3作為地址總線輸出至多路復(fù)用開關(guān)U13～U18，用于選擇響應(yīng)引腳，并將響應(yīng)引腳的信號(hào)輸出至D1～D5；AR4～AR6作為地址總線輸出至多路復(fù)用開關(guān)U12，用于選擇D1～D5中的某一路輸出CurData，供ADC采樣。至此，PLC的7位編碼信號(hào)完成了電控裝置的短路和導(dǎo)通測(cè)試響應(yīng)地址編碼，之后將各接口引腳的響應(yīng)信號(hào)輸出至ADC采樣。

短路、導(dǎo)通測(cè)試以及電控裝置內(nèi)部包含的DC-DC模塊需要對(duì)電壓進(jìn)行AD采樣。ADC電路采集測(cè)試響應(yīng)點(diǎn)的電壓并傳輸至PLC數(shù)字量輸入端口。ADC選用通用8位ADC0809芯片。ADC0809可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路輸入模擬量信號(hào)中的1路進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。采樣頻率為500 kHz。由于PLC的電平為24 V，ADC的輸出電平為5 V，需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。采用光耦TLP521進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，具備良好的抗干擾能力。ADC電路原理如圖4所示。

由于多路復(fù)用開關(guān)的輸出電壓無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)電控裝置內(nèi)的繼電器線圈，繼電器的測(cè)試需要繼電器驅(qū)動(dòng)電路。繼電器驅(qū)動(dòng)電路仍采用光耦TLP521隔離驅(qū)動(dòng)[8-10]。

2.3電源模塊

電源模塊選用成熟的工業(yè)級(jí)模塊，用以輸出+24 V、±15 V和5 V直流電壓，分別為PLC和繼電器驅(qū)動(dòng)電路、ADC電路和輸入輸出模擬開關(guān)電路供電。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1PLC軟件設(shè)計(jì)

PLC編程使用S7-200配套的STEP 7進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，PLC軟件流程圖如圖5所示。PLC與測(cè)試計(jì)算機(jī)之間通過(guò)RS485進(jìn)行通信[11]。

測(cè)試分為自動(dòng)測(cè)試和單步測(cè)試。自動(dòng)測(cè)試是指一次對(duì)電控裝置進(jìn)行全部?jī)?nèi)容的測(cè)試。單步測(cè)試是指針對(duì)重點(diǎn)關(guān)注的電控裝置導(dǎo)通關(guān)系、繼電器等進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試，以便快速確認(rèn)該測(cè)試內(nèi)容是否正常。

在PLC初始化完成后，開始接收測(cè)試計(jì)算機(jī)下發(fā)的測(cè)試指令：若為自動(dòng)測(cè)試，則回告確認(rèn)指令后進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試；若為單步測(cè)試，則回告確認(rèn)指令后進(jìn)行單步測(cè)試。自動(dòng)或單步測(cè)試每完成一條基本測(cè)試項(xiàng)目后，將數(shù)據(jù)發(fā)送至測(cè)試計(jì)算機(jī)，待收到測(cè)試計(jì)算機(jī)回告的確認(rèn)指令后，再判斷測(cè)試是否已經(jīng)完成。對(duì)于自動(dòng)測(cè)試，電控裝置的所有基本測(cè)試項(xiàng)目全部完成后，即認(rèn)為測(cè)試完成；而對(duì)于單步測(cè)試，完成單步測(cè)試后返回，重新接受測(cè)試指令。

3.2測(cè)控軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試計(jì)算機(jī)的測(cè)控軟件采用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言編寫，包含4個(gè)標(biāo)簽頁(yè)，分別為自動(dòng)測(cè)試、單步測(cè)試、測(cè)試日志和系統(tǒng)配置。

圖2 輸出模擬開關(guān)電路圖

自動(dòng)測(cè)試標(biāo)簽頁(yè)主要包含測(cè)試報(bào)表、階段顯示、測(cè)試計(jì)時(shí)、狀態(tài)顯示、測(cè)試進(jìn)度以及控制按鈕等。

單步測(cè)試標(biāo)簽頁(yè)主要包含測(cè)試結(jié)果、測(cè)試項(xiàng)選擇、以及單步控制按鈕等。

測(cè)試日志標(biāo)簽頁(yè)主要包含了以往測(cè)試記錄及其報(bào)表，方便查詢與打印[12]。

系統(tǒng)配置標(biāo)簽頁(yè)主要包含通信端口配置及幫助文檔。

測(cè)控軟件流程如圖6所示。測(cè)試系統(tǒng)上電初始化完成后，測(cè)控軟件發(fā)送測(cè)試指令，PLC收到指令后回告確認(rèn)數(shù)據(jù)，測(cè)控軟件進(jìn)入等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。若收到數(shù)據(jù)，則測(cè)控軟件進(jìn)行狀態(tài)顯示，并回告數(shù)據(jù)已接收；若等待一段時(shí)間未收到數(shù)據(jù)，則請(qǐng)求再次發(fā)送。

圖3 輸入模擬開關(guān)電路圖

圖5 PLC軟件流程圖

圖4 ADC電路圖

4 測(cè)試結(jié)果

為了驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性，對(duì)

圖6 測(cè)控軟件流程圖

電控裝置測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)試。自動(dòng)測(cè)試啟動(dòng)后，測(cè)試軟件能夠快速、自動(dòng)完成測(cè)試，并顯示詳細(xì)測(cè)試結(jié)果。單步測(cè)試時(shí)，在選定測(cè)試點(diǎn)范圍、測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試條件后，測(cè)試軟件能夠單獨(dú)測(cè)試該測(cè)試點(diǎn)并顯示測(cè)試結(jié)果。

通過(guò)上述項(xiàng)目的測(cè)試與檢查，測(cè)試系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地完成電控裝置的功能測(cè)試，對(duì)有故障的測(cè)試點(diǎn)能夠準(zhǔn)確定位，并生成相關(guān)的測(cè)試報(bào)表。實(shí)際應(yīng)用表明：電控裝置測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試快速準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

基于LabVIEW和PLC的制導(dǎo)航空炸彈電控裝置測(cè)試系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地完成電控裝置的功能測(cè)試，提高了測(cè)試效率，降低了人工成本。電控裝置測(cè)試系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。

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2017-04-24)

王賀(1985-)，男，碩士，工程師，主要研究方向：控制裝備研發(fā)。

朱智平(1977-)，男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向：控制裝備研發(fā)。

王貴騰(1982-)，男，本科，工程師，主要研究方向：控制裝備研發(fā)。

Design of distributor test system for guided air bomb

Wang He, Zhu Zhiping, Wang Guiteng, Feng Bin, Wang Hongrui, Yang Qingguo

(Hunan Vanguard Group Co., Ltd., Changsha 410100, China)

In order to realize the automatic test of the distributor of guided air bomb, a test system based on LabVIEW and PLC is designed. The test system hardware is mainly composed of PLC and its conditioning circuit, which can execute test instructions from measurement and control software, and report test results. The measurement and control software adopts LabVIEW as development environment, which can control the hardware to automatic or single-step testing, and display and archive test results in read time. Practical application shows that the test system has excellent performance, and achieves the design requirement.

distributor; test system; LabVIEW; PLC

TP304

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.22.013

王賀，朱智平，王貴騰，等.制導(dǎo)航空炸彈電控裝置測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36(22)：45-48,52.