某型epu控制器多功能测试系统开发

《工业控制计算机》2019年第32卷第11期
EPU (Emergency Power Unit ———应急动力装置)是飞机上专门提供应急电源和液压能源的小型动力装置。

当主发电机、液压泵或发动机出现故障时,EPU 能立即输出应急动力,满足发动机空中起动或飞机应急着陆的需要[1-2]。

而EPU 控制器是应急动力装置的心脏,它能按照飞行员或控制系统的指令启动和关闭应急动力装置,保证飞机在任何飞行高度下都能在极短的时间内带动应急电机和液压泵,以确保飞机安全返航[3]。

因此,对EPU 控制器的全面检测已成为应急动力装置研制、生产和使用过程中的重要环节。

由于EPU 控制器的运行性能检测不可能在真正的飞行中完成,通常需要对应急动力装置飞行时的控制参数和动态特性进行仿真模拟,而飞机飞行状况复杂多变、需模拟和监测的参数众多、系统控制和测试逻辑繁复、对用户操作水平要求高。

因此,迫切需要开发一套实时性强、准确度高、模块性好、人机界面简洁的EPU 控制器多功能测试系统。

针对上述情况,本研究基于LabVIEW 虚拟仪器软件开发平台,选用神州飞航公司的BST33202数据采集卡,在通用计算机环境中开发出了一套先进的EPU 控制器测试系统,为新一代EPU 控制器的测试系统开发提供了有效的参考依据。

1系统总体设计
本系统为基于PCI 计算机平台的高度集成嵌入式测控系统,可将试验台的响应周期缩短到20ms 以内,在每个周期内分别采集和记录EPU 控制器运行控制参数及其它设备子系统的变化,实现高时间分辨率的数据采集、数据存储和数据回放功能。

系统硬件由上位机、多种传感器、数据采集卡、调理箱和下位机等设备组成,如图1所示。

传感器安装于EPU 控制器试验现场,以获取各个需要被监测的物理量,获取的信号进入下位机中。

下位机由PCI 工控机构成,在工控机中配套有神州飞航公司的BST33202数据采集卡,其具有32路单端模拟输入和48路数字输入能力,能够满足试验现场的模拟量输入、离散量输入信号采集需求。

采集的信号通过TCP 协议上传给上位机,对获取
的信号解包后进行显示、分析、处理、存储等相关操作。

该过程中,下位机完成所有硬件到软件数据的转换;上位机通过TCP 协议给下位机发送模拟量输出、离散量输出信号,用来控制试验现场的各种阀门、电机等设备以进行有效调节。

同时,下位机还可以监测设备的运行状态,独立控制设备在发生故障时停机,以保证试验的安全。

图1系统总体设计
根据产品测试和运行要求,将采集和控制功能分离,其实现原理为:将控制器及测试设备的测量参数引入数据采集通道,实现所有参数的高速同步采集;将控制参数引入控制通道,实现对阀门、电机、泵等相关设备的远程控制,并利用TCP 协议将测量采集数据和控制状态数据传输给LabVIEW 软件平台下的工控机,实现对所有测试数据的集中采集和管理。

2系统软件设计2.1软件流程设计
软件流程如图2所示。

软件启动后,首先检查数据库是否存在,若不存在,退出软件并弹出对话框提示用户。

数据库检查无误后软件加载运行时相关资源,加载完毕,弹出登录界面,等待
某型EPU 控制器多功能测试系统开发
胡宝权1许
悦2张
博3霍天龙3代冬林1
(1西安翔迅科技有限责任公司,陕西西安710068;2西北工业大学自动化学院,陕西西安710072;
3桂林航天工业学院电子信息与自动化学院,广西桂林541004)
Development of a Multifunctional Testing System for Epu Controller
摘要:基于LabVIEW 平台对适用于EPU 控制器的测试系统开发进行了研究。

借助神州飞航的BST33202数据采集卡,并结合状态机、生产者消费者、队列消息结构等编程思想,研制出一套EPU 控制器多功能测试系统。

该系统具有静态参数测试、动态参数测试、逻辑测试、故障测试等功能。

应用情况表明,系统操作简单、功能易拓展,提高了测试效率和测试精度。

该研究对快速便捷地开发出EPU 控制器多功能测试系统具有指导作用。

关键词:EPU ;LabVIEW ;控制器;数据采集
Abstract 押Based on LabVIEW platform熏the development of test system for EPU controller is studied in this paper.By utiliz⁃ing the BST33202data acquisition card of Senfetech and the programming ideas of state machine熏producer and consumer熏queue message structure熏a multi -functional test system for EPU controller is developed.The system has the functions of static parameter testing熏dynamic parameter testing熏logic testing and fault testing.The application shows that the system is easy to operate and expand its functions熏which greatly improves the testing efficiency and accuracy.
Keywords 押EPU熏LabVIEW熏controller熏data
acquisition
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用户输入用户名和密码。

用户点击“登录”按钮以后,软件自动在数据库中搜索用户输入的用户名及其对应的密码,若用户名不存在或密码不匹配,身份验证失败。

用户可点击登录界面上的“取消”按钮退出程序,也可重新输入正确的用户名和密码再次登录。

用户输入的用户名和密码与数据库中存储的信息一致则身份验证通过。

此时系统开始尝试连接下位机,连接失败会提示用户,如果用户仍然选择进入,系统自动屏蔽下位机相关硬件功
能;连接成功之后程序执行下一步——
—BST33202板卡自检。

板卡若自检失败直接退出程序,板卡自检成功,启动主程序进入主界面,程序进入空闲等待状态。

此时如果用户没有在界面上进行操作,系统将采集的EPU 控制器数据解析后显示在主界面相应的控件上。

当用户在主界面上进行操作时,响应用户对应的操作,如查看用户管理、进行板卡自检、查看关于信息、数据回放、退出程序等。

图2系统软件流程图
2.2数据采集模块设计
数据采集模块采用状态机的思想进行设计,首先创建好初始化、测试操作、退出等枚举常量。

通过在不同的枚举常量下执行相应的操作,即可完成设定的数据采集工作,具体步骤如下:
第一步:程序运行初始化帧,首先打开板卡,然后对板卡号、通道号、输入模式(单端或差分)等配置参数根据需要进行设定;
第二步:初始化帧只在程序启动时执行一次,执行完成之后,程序自动跳入测试操作帧。

在测试操作帧读取各通道采样值,并保存到功能全局变量中;读取完毕之后,延时20ms ,继续执行测试操作帧,循环获取各通道采样值;
第三步:读取数据结束以后,程序跳入退出帧,停止数据读取,关闭板卡,释放资源。

具体程序框图如图3所示。

2.3数据解析模块设计
数据采集模块采集的数据保存在功能全局变量中,因此,需
要根据通信协议对保存的数据进行相应的解析,步骤如下:
第一步:读取功能全局变量中保存的数据,根据模拟量和离散量信号的不同,进行相应的信号分离;
第二步:按照通信协议,使用索引数组函数,对每个通道的数据进行提取,需要显示到前面板控件上的直接显示,需要显示到主界面XY 图上的执行第三步;
第三步:调用采集缓冲区子VI ,对每个通道的数据添加时间标签,捆绑后显示到主界面XY 图上。

具体程序框图如图4所示。

图4数据解析程序框图
2.4数据存储模块设计
试验过程中采集的所有模拟量、离散量以及发送给EPU 控制器的模拟量、离散量都需要保存下来,以便试验结束以后客户随时进行数据的查看、回放与分析。

其实现原理为:首先,将试验过程中产生的所有数据都保存在功能全局变量(FGV )中;然后调用数据保存功能子VI ,执行“初始化”动作,检查保存数据的文件夹是否存在,若不存在则创建文件夹;最后创建保存数据的TDMS 文件,调用数据保存功能子VI ,执行“存储数据”动作,获取功能全局变量(FGV )中的数据并写入到TDMS 文件中。

试验结束,停止保存数据,关闭TDMS 文件,并退出子VI 。

具体程序框图如图5所示。

图5数据存储程序框图
在数据存储模块设计过程中,巧妙地使用了功能全局变量功能。

功能全局变量是通过未初始化的移位寄存器实现的,通过事先设计好的初始化、存储数据、读取数据等枚举常量,可以存储数据帧,将数据保存在功能全局变量中;然后通过调用读取数据帧,读取保存好的试验数据,以避免发生数据之间的竞争,
导
图3数据采集程序框图
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电到保存数据完成所耗费的时间,从图4中可以计算出该时间差不到20ms ,且保存数据过程中超级电容两端的电压几乎保持不变,完全可以满足掉电保存数据的要求。

图4掉电数据保存波形示意图
5结束语
本文提出一种基于实时Linux 系统下的CODESYS 掉电保存数据的方法,设计并实现了硬件电路和软件流程,解决了实时Linux 系统如何快速响应机器人控制器掉电事件,并使用ECC 校验与纠正算法将CODESYS 工程中的Retain 变量保存到铁电存储器。

最终通过实验证明,该方法完全可以满足掉电保存数据的要求。

参考文献
[1]刘贵斌.智能仪表掉电保存数据方法的研究[J ].大连水产学院学报,1996(3):64-68
[2]CODESYS Home Page [EB /OL ].https押//
[3]A realtime preemption overview [EB /OL ].https押// /Arti⁃cles /146861/
[4]Jonathan Corbet熏Alessandro Rubini熏Greg Kroah-hartman.Lin⁃ux Device Drivers眼M演.America押O ’Reilly Press熏2005[5]杨孝光.ECC 校验的算法分析和程序实现[J ].实验科学与技术,2004,
9(3):13-16[收稿日期:2019.6.17
]
致程序设计失败。

3测试系统的应用状况3.1应用情况
针对某型EPU 控制器测试系统对软件功能的完备性、数据显示的全面直观性、运行过程的安全性等要求,设计了如图6所示的系统主界面。

图中,左上角为用户可以操作的一些控件,包括数据回放、用户管理、板卡自检、关于和退出程序。

当用户对本系统操作方法不熟悉时,可以点击“关于”按钮,弹出关于界面,了解软件的基本信息。

如需更详细的帮助,还可以点击关于界面上的帮助按钮,弹出用户使用手册,帮助试验人员正确地使用本软件。

“数据回放”按钮,可以帮助试验人员对保存的试验数据进行回放与分析。

如果试验过程中,出现大量数据显示异常的现象,可以点击“板卡自检”按钮,对本系统中使用的板卡进行自检,从而可以快速地判断系统中的硬件是否出现了故障。

图6
测试系统主界面
为方便试验人员对试验中的过程参数更好地进行监测,将系统采集的EPU 控制器模拟量核心参数解析之后显示在主界面的右上方,当核心参数偏离正常值时,试验人员可以采取紧急停车的方式,来确保EPU 控制器和试验设备的安全。

主界面的右下方实时显示EPU 控制器的供电监测情况,当供电电压超出了安全范围时,该控件会进行报警闪烁并弹出对话框提示试验
人员,以便采取紧急措施确保EPU 控制器的安全。

主界面的左下方以布尔灯的方式显示采集的离散量信号,当任一离散量信号采集值为真时,会点亮该布尔灯。

主界面的中间部分实时显示采集的图形曲线,最多可显示10条最核心的图形曲线,通过右方的10个簇可对希望显示的曲线进行自由配置。

并从簇中可以看出每种信号的实时数值和曲线颜色。

如需显示其他不同的曲线,只需要在数据库中进行相应的配置即可。

由于本系统大部分信号的范围为0~10,而涡轮转速的信号范围为50~150。

因此,为了便于客户更好地观察采集的实时曲线,在XY 图中设计了双坐标,涡轮转速使用右侧的50~150坐标,其他信号使用左侧的0~10坐标。

3.2讨论与分析
本项目充分利用了LabVIEW 硬件整合能力和数据处理能力[4]
,参考图1和图2所示的系统开发模式,选用神州飞航公司的BST33202数据采集卡,开发出一套专用于某型EPU 控制器的测试系统;同时遵从主流的LabVIEW 编程样式,兼顾人机交互界面简洁美观的原则,设计了如图6所示的测试软件界面。

针对EPU 控制器测试过程中产生的海量数据,分别开发了特定的数据采集模块、数据解析模块和数据存储模块,以便解决大规模数据为系统测试、记录和分析带来的问题。

应用结果表明,本测试系统较好地实现了在试验过程中进行动态曲线显示、核心参数监视、危险报警提醒、试验数据保存、试验数据回放与分析等功能,满足了用户进行EPU 控制器的测试需求,其实现过程具有快速便捷的优越性。

同时,对其他型号EPU 控制器测试系统的开发具有借鉴意义。

参考文献
[1]李艳超,贺玲,江平,等.航空涡轴发动机主轴轴承试验台测控系统设
计[J ].仪表技术与传感器,2018(1):85-88
[2]王博航,王道波.应急动力装置电子控制器全自动仿真测试系统[J ].机械与电子,2019,37(1):61-65
[3]王浩,杨恒辉,卢玉芳.飞机第二动力系统技术综述[J ].信息系统工程,2014(4):38-39
[4]刘麒,王影,李硕.基于光纤传输和LabVIEW 虚拟仪器的压力测量系
统设计[J ].仪表技术与传感器,2018(9):75-78
[收稿日期:2019.9.7
]
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