于浩

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西景德鎮(zhèn)，333000）

0 引言

電氣負(fù)載管理中心是配套于直升機(jī)電源系統(tǒng)的機(jī)載產(chǎn)品，其主要功能是接收負(fù)載監(jiān)控器控制指令，上傳負(fù)載狀態(tài)信息完成直流正常匯流條、直流應(yīng)急匯流條和交流電源至各負(fù)載的供電分配功能，電氣負(fù)載自動(dòng)管理系統(tǒng)由1臺(tái)負(fù)載監(jiān)控器和2臺(tái)電氣負(fù)載管理中心組成。電氣負(fù)載管理中心替代率以斷路器和繼電器為核心的傳統(tǒng)配電裝置，是以固態(tài)配電技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代配電產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了二次配電的遠(yuǎn)程區(qū)域自動(dòng)管理，并具有過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)的功能[2-6]。

1 故障分析

在地面通電時(shí)對(duì)負(fù)載監(jiān)控器進(jìn)行負(fù)載接通操作，負(fù)載狀態(tài)顯示中，偶爾出現(xiàn)通道無(wú)法接通，且通道狀態(tài)顯示反應(yīng)遲緩現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)原理電路進(jìn)行分析，得出故障樹(shù)如圖1所示。

圖1 SSPC通道短路保護(hù)故障樹(shù)

通過(guò)分析出現(xiàn)故障的原因可能為：(1)負(fù)載監(jiān)控器操作面板按鍵故障；(2)負(fù)載監(jiān)控器通訊電路故障；(3)電氣負(fù)載管理中心SSPC通道故障；(4)電氣負(fù)載管理中心RS422收發(fā)器異常；(5)電氣負(fù)載管理中心板卡單片機(jī)通訊異常。

為使故障準(zhǔn)確定位，對(duì)上述5點(diǎn)原因進(jìn)行排除分析。

1.1 負(fù)載監(jiān)控器面板按鍵檢查

在不通電的情況下檢查負(fù)載監(jiān)控器控制面板按鍵，查看是否有按下后無(wú)法彈起的情況，通過(guò)多次按壓周邊所有按鍵，發(fā)現(xiàn)按鍵都能正常彈起，排除了按鍵機(jī)械故障導(dǎo)致主控芯片無(wú)法識(shí)別到按鍵操作的原因。

地面通電進(jìn)行故障排查，對(duì)所有負(fù)載通道依次進(jìn)行開(kāi)通操作（此操作會(huì)按壓到面板上的所有按鍵）發(fā)現(xiàn)，有負(fù)載通道需要按壓多次后才能顯示開(kāi)通狀態(tài)，狀態(tài)顯示緩慢，但這些負(fù)載通道對(duì)應(yīng)的按鍵在其他負(fù)載界面，按壓開(kāi)通時(shí)，對(duì)應(yīng)負(fù)責(zé)狀態(tài)返回及時(shí)，無(wú)顯示緩慢現(xiàn)象，有時(shí)重啟后，緩慢現(xiàn)象可以消除，主控芯片可以識(shí)別到按鍵操作，排除了按鍵觸點(diǎn)無(wú)法接觸的故障原因。

1.2 負(fù)載監(jiān)控器通訊電路檢查

負(fù)載監(jiān)控的背板為一電磁兼容組件，所有引線通過(guò)小容值的穿心電容連接到插頭，穿心電容的屏蔽層連接到外殼，避免電磁干擾，如圖2所示。若通訊線所接的穿心電容損壞或出現(xiàn)異常，將會(huì)導(dǎo)致通訊的波形出現(xiàn)畸變，出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包或通訊異?，F(xiàn)象，正常情況下，所有針腳對(duì)外殼的電阻值應(yīng)趨近于無(wú)窮大，如出現(xiàn)異常或損壞，針腳對(duì)外殼可以測(cè)得一個(gè)電阻值，取下負(fù)載監(jiān)控器后用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)針腳對(duì)外殼的電阻均為無(wú)窮大，可以排除穿心電容損壞導(dǎo)致通訊電路故障的原因。

圖2 背板示意圖

將負(fù)載監(jiān)控背板取下后靜態(tài)觀察器件焊接情況，發(fā)現(xiàn)焊接焊點(diǎn)良好，無(wú)虛焊漏焊問(wèn)題，管腳之間沒(méi)有發(fā)現(xiàn)多余物，排除了焊接問(wèn)題對(duì)通訊電路帶來(lái)的影響。

為了能夠進(jìn)一步縮小故障定位范圍，確定故障原因，更換一臺(tái)新的工作正常的負(fù)載監(jiān)控器進(jìn)行多次地面通電試驗(yàn)，故障顯現(xiàn)依舊存在，至此可以排除負(fù)載監(jiān)控故障原因，故障定位到電氣負(fù)載管理中心。

1.3 電氣負(fù)載管理中心SSPC通道檢查

根據(jù)反饋，除狀態(tài)顯示緩慢外，有時(shí)自動(dòng)打開(kāi)負(fù)載通道后，偶爾負(fù)載監(jiān)控上“吸氣風(fēng)扇”等負(fù)載通道或僅“吸氣風(fēng)扇”負(fù)載通道顯示任然為關(guān)斷狀態(tài)，重新上電后有時(shí)狀態(tài)顯示能恢復(fù)正常，至此可以判斷出SSPC通道的狀態(tài)識(shí)別電路正常。

多次進(jìn)行負(fù)載接通操作后，故障現(xiàn)象出現(xiàn)，“一發(fā)滅火”、“二發(fā)滅火”等負(fù)載通道顯示狀態(tài)為關(guān)斷，通過(guò)用萬(wàn)用表在電氣負(fù)載管理中心接口上實(shí)際測(cè)量，可以檢測(cè)到28V電壓輸出，由此可以判斷SSPC通道的功率器件和驅(qū)動(dòng)電路均是正常的，且能夠正常接收到負(fù)載監(jiān)控器的控制指令，打開(kāi)負(fù)載通道，故障原因應(yīng)為負(fù)載管理中心回傳的RS422信號(hào)出現(xiàn)異常，監(jiān)控器無(wú)法正常接收到上傳的狀態(tài)信號(hào)導(dǎo)致的故障。

1.4 氣負(fù)載管理中心RS422通訊總線檢查

電氣負(fù)載管理中心由11塊SSPC組件板卡構(gòu)成，每塊組件板卡上都有1顆RS422通訊芯片，如通訊芯片損壞，那么此板卡上的所有通道都應(yīng)該無(wú)法接通，或狀態(tài)顯示都無(wú)法回傳。但實(shí)際故障情況只是某一塊板卡上的一路或幾路通道狀態(tài)信息無(wú)法回傳，其余通道狀態(tài)信息能正?；貍?，且通道都可以正常接通，因此可以排除RS422收發(fā)器故障原因。

通過(guò)上述故障排查，且可以排除掉負(fù)載監(jiān)控器下發(fā)的控制指令不正確原因，我們可以定位到板卡單片機(jī)異常，偶爾處于不停復(fù)位或長(zhǎng)期復(fù)位狀態(tài)，復(fù)位時(shí)無(wú)法對(duì)板卡的RS422芯片進(jìn)行控制，復(fù)位時(shí)導(dǎo)致負(fù)載管理中心的發(fā)送總線被占用，無(wú)法正常進(jìn)行指令回傳而造成的狀態(tài)顯示緩慢和開(kāi)通狀態(tài)無(wú)法回傳的故障現(xiàn)象，通過(guò)偶爾出現(xiàn)僅“吸氣風(fēng)扇”負(fù)載通道顯示為關(guān)斷狀態(tài)，我們定位到該板卡的單片機(jī)復(fù)位信號(hào)異常。

2 故障復(fù)現(xiàn)及定位

2.1 板卡周期性復(fù)位試驗(yàn)

將“吸氣風(fēng)扇”所在板卡的喂狗信號(hào)去掉，使該板單片機(jī)周期性處于復(fù)位狀態(tài)，用負(fù)載監(jiān)控器控制管理中心進(jìn)行通道開(kāi)通操作，出現(xiàn)負(fù)載通道按下開(kāi)通按鍵后，負(fù)載開(kāi)通狀態(tài)回傳緩慢現(xiàn)象，且“吸氣風(fēng)扇”負(fù)載通道無(wú)法開(kāi)通，故障現(xiàn)象得到復(fù)現(xiàn)。

2.2 板卡不間斷復(fù)位試驗(yàn)

將“吸氣風(fēng)扇”所在板卡的復(fù)位信號(hào)和3.3V短接，使該板卡單片機(jī)一直處于復(fù)位狀態(tài)，用負(fù)載監(jiān)控器控制管理中心進(jìn)行通道開(kāi)通操作，出現(xiàn)負(fù)載開(kāi)通狀態(tài)無(wú)法回傳，但負(fù)載管理中心執(zhí)行開(kāi)通操作，在接口上可以測(cè)到輸出電壓和機(jī)上故障狀態(tài)一致。

2.3 故障定位

通過(guò)上述測(cè)試，對(duì)板卡進(jìn)行周期性復(fù)位試驗(yàn)和不間斷復(fù)位試驗(yàn)，出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和機(jī)上一致，故障問(wèn)題得以復(fù)現(xiàn)。通過(guò)上述試驗(yàn)及分析，故障可以定位為“吸氣風(fēng)扇”所在板卡的單片機(jī)處于周期性復(fù)位或不間斷復(fù)位狀態(tài)，復(fù)位時(shí)無(wú)法對(duì)RS422通訊芯片進(jìn)行控制，使得該發(fā)送總線周期性或一只處于占用狀態(tài)，無(wú)法正常進(jìn)行指令回傳而導(dǎo)致的故障現(xiàn)象。

3 機(jī)理分析

RS422通訊總線工作原理如圖3所示。

從圖3中可以看出，電氣負(fù)載管理中心11塊SSPC組件板卡的RS422通信芯片全部掛接在同一條RS422通訊總線上，每塊板卡上RS422通訊芯片的控制原理和電路方式一致，由圖中可以看出，由于電氣負(fù)載管理中心為下位機(jī)，實(shí)時(shí)被動(dòng)的接收負(fù)載監(jiān)控器下發(fā)的控制指令，因此芯片的接收使能端接地，處于一直使能狀態(tài)。

圖3 RS422通訊總線工作原理

而同一時(shí)刻只能有1塊板卡的RS422芯片占用發(fā)送總線，否則會(huì)造成數(shù)據(jù)紊亂，因此每塊板卡的RS422芯片發(fā)送控制端通過(guò)單片機(jī)P3.5引腳進(jìn)行控制，高電平發(fā)送使能RS422總線(TXD-和TXD+處于被占用狀態(tài))，低電平禁止發(fā)送使能RS422總線(TXD-和TXD+處于空閑狀態(tài))，所有單片機(jī)上電復(fù)位完成后對(duì)芯片進(jìn)行初始化，P3.5引腳輸出低電平使RS422總線的發(fā)送端處于空閑狀態(tài)。

當(dāng)接收到負(fù)載監(jiān)控器下發(fā)的控制指令后，每塊板卡對(duì)指令進(jìn)行解析，正常情況下同一時(shí)刻只會(huì)有一塊板卡的RS422通信芯片占用發(fā)送總線，上傳負(fù)載通道狀態(tài)等信息，并且在上傳完成后恢復(fù)發(fā)送總線通道空閑。

單片機(jī)為高電平復(fù)位，且復(fù)位的時(shí)候所有引腳輸出為高電平，即復(fù)位時(shí)P3.5為高電平，TXD+、TXD-總線處于被占用狀態(tài)，因此在電氣負(fù)載管理中心正常上傳負(fù)載狀態(tài)信息的過(guò)程中，如某一塊板卡的單片機(jī)異常復(fù)位，那么此時(shí)將出現(xiàn)同一時(shí)刻TXD+、TXD-總線同時(shí)被兩路RS422通訊芯片占用，發(fā)送的數(shù)據(jù)將會(huì)異常，負(fù)載監(jiān)控器無(wú)法正常解析，因此無(wú)法顯示負(fù)載狀態(tài)，但如下一個(gè)或幾個(gè)查詢周期異常復(fù)位的單片機(jī)恢復(fù)正常，電氣負(fù)載管理中心能正常上傳負(fù)載狀態(tài)信息，開(kāi)通的負(fù)載狀態(tài)信息延遲一個(gè)或幾個(gè)周期重新上傳顯示，這樣就造成了開(kāi)通狀態(tài)顯示緩慢的情況。如果在整個(gè)查詢周期異常復(fù)位的單片機(jī)一直處于復(fù)位狀態(tài)，一直占用發(fā)送總線，那么會(huì)造成狀態(tài)顯示一直無(wú)法更新，但實(shí)際接口上已經(jīng)輸出電壓的故障現(xiàn)象。

為復(fù)現(xiàn)故障，并做了以下故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)：板卡復(fù)位試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果為出現(xiàn)顯示緩慢和狀態(tài)顯示無(wú)法接通現(xiàn)象，故障復(fù)現(xiàn)。

4 糾正措施

通過(guò)在機(jī)上取下“吸取風(fēng)扇”所在的板卡，多次進(jìn)行地面通電試驗(yàn)，除“吸取風(fēng)扇”所在板卡的負(fù)載通道，其余負(fù)載通道無(wú)接通狀態(tài)顯示緩慢情況，且所有通道能夠正常開(kāi)通。

取下板卡后我們認(rèn)真分析故障原因，圖4為單片機(jī)復(fù)位電路原理圖，復(fù)位信號(hào)通過(guò)三級(jí)管Q1的C極輸出RESET信號(hào)，正常工作時(shí)RESET信號(hào)為低電平。

圖4 復(fù)位電路原理圖

正常通電時(shí)測(cè)試三極管RESET輸出為低電平，控制極為高電平，三極管導(dǎo)通處于工作正常，輕微按壓三極管，RESET信號(hào)會(huì)變成3.3V，單片機(jī)復(fù)位，通過(guò)觀察板卡發(fā)現(xiàn)，三極管的焊接未按照正常工藝，完全貼合在印制板上，取下三極管后發(fā)現(xiàn)三極管的外殼已將印制板的阻焊層刮破，露出銅線，通過(guò)實(shí)際測(cè)試，三極管的外殼和E極（發(fā)射極）處于連通狀態(tài)，而刮破的銅線為三級(jí)管的B極（控制極），當(dāng)板卡安裝到電氣負(fù)載管理中心，通過(guò)鎖緊器固定板卡時(shí)，印制板會(huì)有輕微形變，導(dǎo)致了外殼刮破銅線（E極和B極處于臨界短路狀態(tài)），短路時(shí)造成三極管關(guān)斷，RESET輸出高電平造成單片機(jī)復(fù)位，我們?nèi)∠氯龢O管后按照工藝要求重新進(jìn)行焊接，按壓三極管，印制板工作正常。

正常的工藝焊接流程為：三極管焊接時(shí)，三極管距離印制板高度應(yīng)留有1~2mm間隙，如圖5所示。且完成調(diào)試后，對(duì)其進(jìn)行三防和灌封處理。

圖5 三極管焊接實(shí)物圖

針對(duì)上述故障原因，主要采取以下措施：在《工藝規(guī)程》中對(duì)每塊印制板三極管的焊接要求做明確規(guī)定，明確要求三極管離印制板的高度，并設(shè)置交檢項(xiàng)，質(zhì)檢人員嚴(yán)格按照焊接要求進(jìn)行檢查。

5 驗(yàn)證試驗(yàn)

針對(duì)上述故障，將電氣負(fù)載管理中心備件重新進(jìn)行了72小時(shí)不間斷高低溫試驗(yàn)和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，且在試驗(yàn)過(guò)程對(duì)負(fù)載通道每30分鐘進(jìn)行一次負(fù)載接通、關(guān)斷操作，并觀察負(fù)載狀態(tài)顯示情況，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)品工作正常，試驗(yàn)結(jié)束后質(zhì)量部對(duì)其進(jìn)行了重新驗(yàn)收，產(chǎn)品功能性能滿足要求。并對(duì)其進(jìn)行裝機(jī)驗(yàn)證，將備板裝配到直升機(jī)上，通過(guò)多次地面試驗(yàn)，負(fù)載開(kāi)通狀態(tài)信息無(wú)顯示緩慢現(xiàn)象，且所有負(fù)載通道都能接通，確認(rèn)電氣負(fù)載管理中心正常工作。

6 結(jié)論

負(fù)載監(jiān)控器上，負(fù)載狀態(tài)顯示通道無(wú)法接通，接通狀態(tài)顯示反應(yīng)遲緩，故障定位為“吸氣風(fēng)扇”所在板卡的單片機(jī)處于周期性復(fù)位或不間斷復(fù)位狀態(tài)，復(fù)位時(shí)無(wú)法對(duì)RS422通訊芯片進(jìn)行控制，使得該發(fā)送總線周期性或一只處于占用狀態(tài)，無(wú)法正常進(jìn)行指令回傳而導(dǎo)致的故障現(xiàn)象。改進(jìn)措施有效，經(jīng)過(guò)地面通電和飛行驗(yàn)證，確認(rèn)電氣負(fù)載管理中心可重新正常工作。