魏凱杰 任中秋 楊洪順

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

隨著各地民航事業(yè)發(fā)展，飛機飛行品質(zhì)呈逐年提高的狀態(tài)，為了滿足人們?nèi)粘３鲂行枨?，航班和飛行數(shù)量呈逐年增加的趨勢，不同類型的航班飛機對機場條件有不同的需求，助航燈光作為機場中主要目視設(shè)施之一，在保障飛機安全飛行方面具有不可代替的作用。

深入研究發(fā)現(xiàn)，機場助航燈監(jiān)測系統(tǒng)是一項新的技術(shù)改造項目，是保證航空公司在白天和黑夜條件下起降和飛行安全的關(guān)鍵技術(shù)[1]。盡管有關(guān)單位已經(jīng)加大了該方面工作的投入，但是現(xiàn)有工作一直未能達到預(yù)期，因此，該文將根據(jù)現(xiàn)有工作的進展，從硬件、軟件等方面進行研究[2]。

1 機場助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 恒流調(diào)光器控制子系統(tǒng)設(shè)計

恒流調(diào)光器控制子系統(tǒng)是機場助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 恒流調(diào)光器控制子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

首先，采用電壓、電流傳感器對升壓變壓器次級端電壓、電流環(huán)進行采集，由于采集的信號為交流信號，因此無法直接進行模數(shù)轉(zhuǎn)換[3]。其次，為了解決這個問題，該文采用對實測電流進行軟件過濾后再進行運算的方法，將運算結(jié)果與相應(yīng)的光階電流進行比較，然后輸入數(shù)字PI調(diào)整器中。最后，利用DSP輸出1個等價的正弦脈沖調(diào)制信號[4]。為了確?？刂戚敵鲞_到預(yù)期，輸出層的節(jié)點設(shè)置3個可調(diào)參數(shù)，分別為kp、ki和kd，kp、ki和kd不能為負值，對kp、ki和kd進行設(shè)計，分別如公式（1）～公式（3）所示。

式中：k為可調(diào)控制參數(shù)；O1、O2和O3為控制過程中的3個激勵函數(shù)。

在該基礎(chǔ)上，為了對該系統(tǒng)進行局部控制，可以在控制臺上通過按鍵隨意調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的光級。調(diào)節(jié)控制過程如公式（4）所示。

式中：g（x）為調(diào)節(jié)控制函數(shù)；h為學(xué)習(xí)速率；ex為光級。

在光級改變的情況下，采用編程算法對電壓、電流進行控制，使其在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定[5]。

1.2 恒流調(diào)光器通信電路設(shè)計

恒流調(diào)光器通信電路設(shè)計也是系統(tǒng)硬件設(shè)計中的重要一步，將單片機作為核心控制芯片，根據(jù)如圖2所示的步驟連接橫流調(diào)光器通信電路。

圖2 恒流調(diào)光器通信電路連接結(jié)構(gòu)圖

在這款MCU中有MCU的核心。MCU的核心采用8052標準的所有外部器件，包括16位通用計數(shù)器、全雙工UART以及256位內(nèi)建RAM等[6]。

1.3 系統(tǒng)通信程序設(shè)計

當(dāng)系統(tǒng)進行RS-485串行通信時，通信幀信息格式見表1。

表1 系統(tǒng)RS-485串行通信通信幀信息格式

上位機最多可以連續(xù)發(fā)送3次同樣的命令，每次之間的間隔為1 s。如果在間隔時間內(nèi)沒有收到調(diào)光器主機（單片機）正確的返回信息，那么就不再重復(fù)發(fā)送命令：如果一直沒有收到調(diào)光器主機正確的返回信息，那么上位機就會將其標記為故障，該操作不再繼續(xù)重新發(fā)送命令[7]。當(dāng)編寫Ioitemui接口程序時，要給用戶提供1個進行數(shù)據(jù)連接配置的接口，并且將用戶配置的設(shè)備參數(shù)信息保存在數(shù)據(jù)連接項結(jié)構(gòu)中，以便在設(shè)計I/O監(jiān)控接口的過程中能夠更好地利用。整體通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在通信的過程中，需要嚴格控制系統(tǒng)的通信量，可以將公式（5）作為依據(jù)，對系統(tǒng)通信進行監(jiān)測。

式中：Ij為系統(tǒng)通信量；Pj為通信信號頻譜。

通過公式（6）可以得出輸出信噪比。

1.4 監(jiān)控界面設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)人機界面HMI是一種高級控制軟件，在2臺工業(yè)控制計算機組成的結(jié)構(gòu)中運行。監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，對監(jiān)控系統(tǒng)中由單片機、DSP組成的通信環(huán)路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行分類判斷并給出提示，使燈光站的工作人員可以實時掌握機場助航燈、電力和油機的運行情況[8]。采用雙備份的光纖以太網(wǎng)，在實現(xiàn)多路端口的同時，還能通過多臺計算機對全港航燈系統(tǒng)進行單獨監(jiān)控。

系統(tǒng)通過實時數(shù)據(jù)庫將現(xiàn)場獲取的數(shù)據(jù)讀取到回路信息報表中，方便對數(shù)據(jù)信息進行存儲和查詢。

2 系統(tǒng)運行的實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)運行

根據(jù)上文所述的內(nèi)容完成系統(tǒng)硬件設(shè)備的安裝、就位工作后，對系統(tǒng)進行試運行測試。采用2個工業(yè)控制計算機模擬控制塔內(nèi)的監(jiān)視計算機，在該基礎(chǔ)上，用電阻絲代替鹵鎢燈絲。

系統(tǒng)中的恒流調(diào)光通信電路板處于通電狀態(tài)后，系統(tǒng)便可以進入正常工作狀態(tài)，此時，監(jiān)視系統(tǒng)先打開View運行，實時數(shù)據(jù)庫DB、Web服務(wù)器、NetServer、VRR以及I/O服務(wù)器程序等便開始采集燈光等相關(guān)數(shù)據(jù)。此時，系統(tǒng)的調(diào)光器面板如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)調(diào)光器面板

在該基礎(chǔ)上，操作組面板可以對助航燈光中電流、光級以及電壓等顯示功能進行調(diào)試，以這種方式對助航燈進行分組控制。在分組控制的基礎(chǔ)上，操作控制面板進行自動化控制。在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可以操作服務(wù)器，與httpsvr、NetServer進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，反饋監(jiān)控界面并發(fā)布到Web上，在建立機場內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)后，可以通過IE瀏覽器對現(xiàn)場燈光等實時畫面進行監(jiān)控，通過上述方式使系統(tǒng)正常運行。

2.2 系統(tǒng)調(diào)試

將系統(tǒng)中的硬件和軟件整合起來，與現(xiàn)場的I/O信號進行連通，通過這種方式對系統(tǒng)進行運行調(diào)試，調(diào)試的主要內(nèi)容是調(diào)整調(diào)光器的監(jiān)測和控制功能，也就是實時數(shù)據(jù)采集功能。在系統(tǒng)各部分尚未就位的情況下，對系統(tǒng)進行連接試驗、異常試驗。連接試驗就是試驗I/O信號的傳送情況。異常試驗就是對系統(tǒng)進行人工錯誤檢測，以檢驗其對錯誤的處理和恢復(fù)能力。該系統(tǒng)的連通性測試主要包括2個方面，即DSP串行通信調(diào)試、DSP聯(lián)合調(diào)試。

2.2.1 DSP串行通信調(diào)試

在調(diào)試程序的過程中，將單片機作為主機，將DSP作為從機，在SiaLabsIDE中選擇信號NSS始終處于高電平，在該過程中發(fā)現(xiàn)，不能用單片機的程序控制該行為，經(jīng)過反復(fù)檢測發(fā)現(xiàn)，SPI在主要模式下，從機選擇信號（NSS）是通用接口I/O管腳的輸出，但是在硬件設(shè)計階段卻忽略了這一點，將單片機作為從機設(shè)備來連接，導(dǎo)致系統(tǒng)DSP通信出現(xiàn)了偏差。當(dāng)NSS在主、從之間傳輸數(shù)據(jù)時，需要不斷地改變其電平，不能總是保持在較低的水平，否則將導(dǎo)致通信錯誤。通過設(shè)波特率、延時等程序使主、從之間握手，并對所傳送的數(shù)據(jù)進行確認，確保所傳送數(shù)據(jù)的正確性。

2.2.2 DSP聯(lián)合調(diào)試

在UART中斷和定時中斷并存的情況下，必須優(yōu)先對2種中斷進行處理，否則定時中斷200 ms/次，將影響UART中斷的發(fā)送和接收。在成功調(diào)試DSP串行通信后，采用VC++6.0編寫對應(yīng)的函數(shù)，檢驗實時數(shù)據(jù)庫所發(fā)送和接收數(shù)據(jù)與預(yù)期結(jié)果是否一致。如果兩者為一致狀態(tài)，就說明聯(lián)機調(diào)試成功，反之，說明聯(lián)機調(diào)試未成功。

3 結(jié)語

因為該系統(tǒng)尚處于研發(fā)及試運行階段，所以還需要對其進行更多綜合檢測，例如系統(tǒng)的穩(wěn)定性檢測及全負載檢測，只有系統(tǒng)通過后續(xù)的測試，才能真正保證其運行的可靠性。同時，關(guān)于系統(tǒng)方案運行的選擇，由于現(xiàn)階段有很多現(xiàn)場總線標準，例如FF總線、WorldFIP總線和CAN總線等，但是并沒有一個明確的選擇標準，因此也可以采用其他現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場網(wǎng)，例如用CAN總線替代照明控制部件的RS-485總線等。此外，根據(jù)大量實踐可知，該系統(tǒng)的硬件設(shè)計仍有待進一步優(yōu)化，因此系統(tǒng)還有一些具體的功能沒有實現(xiàn)，包括電力監(jiān)控子系統(tǒng)、油機監(jiān)控子系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備的聯(lián)機調(diào)試運行等。