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基于LabVIEW的飛機(jī)電氣綜合試驗管理系統(tǒng)設(shè)計

   2012年02月10日 12:01  
        摘要:針對試驗測試領(lǐng)域的特殊測試要求,采用LabVIEW8.6集成開發(fā)環(huán)境。LabVIEW是一種圖形化的編程語言,又稱為“G”語言,是目前應(yīng)用zui廣、發(fā)展zui快、功能zui強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。它結(jié)合了簡單易用的圖形化開發(fā)方式和靈活強(qiáng)大的編程語言,提供一個直覺性環(huán)境,并通過與測量硬件的密切結(jié)合,讓用戶迅速開發(fā)出有關(guān)系統(tǒng)。  

       飛機(jī)供電系統(tǒng)是現(xiàn)代飛機(jī)的一個重要組成部分,指的是電能的生產(chǎn)、變換和輸配的一整套裝置所組成的一個完整系統(tǒng),它的作用是向飛機(jī)上所有用電設(shè)備提供電能,以保證飛機(jī)的安全飛行和完成運(yùn)輸或作戰(zhàn)任務(wù)。針對于飛機(jī)供電系統(tǒng)的地面測試試驗對研究其性能和功能有著重要意義,傳統(tǒng)的飛機(jī)測試試驗主要采取試驗人員手動逐項操作完成或者測試系統(tǒng)軟件按照既定的測試步驟進(jìn)行特定項目的測試試驗,試驗項目有限,試驗周期長,比較適合飛機(jī)定型后的檢測、維護(hù)試驗。針對這一情況,為了縮短設(shè)計階段的試驗周期,使試驗過程標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格統(tǒng)一,試驗項目盡可能完備,提高試驗效率和精度,提出為飛機(jī)供電控制管理系統(tǒng)的綜合試驗,設(shè)計、開發(fā)一套試驗自動化管理系統(tǒng),用以測試電網(wǎng)的協(xié)調(diào)能力和轉(zhuǎn)換時間。
  
    
  1、系統(tǒng)組成原理
  
  1.1整個系統(tǒng)組成
  
  整個綜合試驗管理系統(tǒng)組成如圖1所示。圖中所示的試驗系統(tǒng)主要由綜合試驗自動管理系統(tǒng)、各個子系統(tǒng)、交流電源和試驗負(fù)載組成。其中,子系統(tǒng)包括故障注入系統(tǒng)、試驗?zāi)P汀⒃囼炐盘柗治鱿到y(tǒng)、終端1、終端2、終端3以及終端4。綜合試驗管理系統(tǒng)將按照各個子系統(tǒng)所配置的操作命令通過以太網(wǎng)發(fā)送至各子系統(tǒng),子系統(tǒng)接收到命令后,執(zhí)行與自己相關(guān)的動作,并將執(zhí)行后的結(jié)果通過以太網(wǎng)反饋至綜合試驗自動管理系統(tǒng),用以對各子系統(tǒng)的試驗結(jié)果進(jìn)行綜合處理與分析。
  
  1.2綜合試驗管理系統(tǒng)組成
  
  實現(xiàn)系統(tǒng)中各終端、試驗項目/流程的配置管理、試驗任務(wù)的生成、實施和控制,根據(jù)試驗任務(wù)向各終端發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令,采集試驗結(jié)果數(shù)據(jù),控制試驗流程,提供人機(jī)交互界面。此外,定義系統(tǒng)中各終端之間交互信息的格式與響應(yīng)規(guī)程,完成對試驗網(wǎng)絡(luò)各終端設(shè)備的試驗項目配置管理,并完成系統(tǒng)典型試驗流程的配置管理;按照配置好的試驗流程,通過試驗現(xiàn)場總線分別向各終端設(shè)備發(fā)送控制指令,使系統(tǒng)按照要求完成試驗;完成試驗結(jié)果的記錄和一致性比對,形成試驗報告;提供手動和自動兩種工作模式,完成對試驗的控制;試驗前完成試驗系統(tǒng)的自檢測。
  
  2、綜合試驗管理系統(tǒng)設(shè)計
  
  該系統(tǒng)軟件采用NI公司的LabVIEW8.6作為開發(fā)平臺。LabVIEW具有內(nèi)置的圖形用戶界面,操作直觀,使用簡便,特別是包含豐富的數(shù)據(jù)分析處理庫函數(shù),提供了編程巨大的靈活性和很高的可靠性,能夠充分實現(xiàn)操作靈活,功能強(qiáng)大和用戶界面友好的設(shè)計要求。綜合試驗自動管理系統(tǒng)計算機(jī)采用研華ACP-4320工控機(jī),主要完成對試驗的監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄和顯示、試驗數(shù)據(jù)保存?zhèn)浞莸裙δ埽⒂脩粝逻_(dá)的命令和配置參數(shù)傳送到各終端設(shè)備。工控機(jī)選用數(shù)據(jù)采集卡、工業(yè)級數(shù)字I/O卡和用于進(jìn)行信號調(diào)理的各種功能模塊,負(fù)責(zé)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集,人性化顯示、管理和控制,并將試驗數(shù)據(jù)和當(dāng)前試驗狀態(tài)返回到主控機(jī)。各終端設(shè)備對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行實時管理,并根據(jù)主控計算機(jī)下達(dá)的命令,完成數(shù)據(jù)采集和控制等特定功能,并將試驗數(shù)據(jù)和當(dāng)前試驗狀態(tài)返回到上位機(jī)。
  
  對于每一個不同的試驗,都需要針對性地確定一個獨(dú)立的測控試驗流程,每個流程都可以分為若干不同的步驟,每個步驟都用來進(jìn)行產(chǎn)品的某個特定性能指標(biāo)的個步驟所模擬的試驗環(huán)境可能有所不同,因此需要具有用戶自定義流程功能的試驗系統(tǒng),實現(xiàn)綜合試驗的自動化,見圖2。
  
  系統(tǒng)程序可實現(xiàn)終端配置、指令配置、試驗項目配置和試驗流程配置,用戶可方便地將整個試驗劃分為若干步驟,自定義每個步驟的動作;也可將若干步驟合成試驗流程,參與循環(huán),實現(xiàn)復(fù)雜的試驗流程配置和數(shù)據(jù)管理。該系統(tǒng)具有很好的兼容性、擴(kuò)展性和通用性,更好地滿足用戶對試驗流程變化的實際需求和越來越復(fù)雜的試驗。根據(jù)綜合試驗自動管理系統(tǒng)的特點和設(shè)計目標(biāo),該系統(tǒng)的軟件核心為配置功能,軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示,它完成終端設(shè)備、指令配置、試驗項目和試驗流程的配置,隨之形成的配置信息文件分別存入配置數(shù)據(jù)庫,其中各個配置環(huán)節(jié)的信息必須保存,以便下一個配置環(huán)節(jié)使用,其文件保存形式用戶可以根據(jù)需要自行設(shè)置。
  
  綜合實驗自動管理系統(tǒng)硬件設(shè)計以工業(yè)控制計算機(jī)為控制核心,系統(tǒng)硬件組成如圖4所示。完成對試驗的配置和操作,并通過網(wǎng)卡實現(xiàn)以太網(wǎng)的傳輸,發(fā)送相應(yīng)指令和配置參數(shù)到各個子系統(tǒng)的終端設(shè)備,各終端設(shè)備接收命令后進(jìn)行相應(yīng)操作,并通過交換機(jī)將其實時狀態(tài)經(jīng)以太網(wǎng)傳輸給工控機(jī),并通過虛擬儀器軟件可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理、實時顯示、試驗報告的保存和數(shù)據(jù)的打印,達(dá)到在試驗過程中由工控機(jī)對各終端進(jìn)行實時管理的目的。
  
  2.2終端配置設(shè)計
  
  終端配置中,選擇在一次試驗中所要發(fā)送命令的涉及到的所有終端,并將相關(guān)信息保存起來,便于下一步配置,提供試驗系統(tǒng)各遠(yuǎn)程終端的配置與管理功能。其中,遠(yuǎn)程終端的配置內(nèi)容包括終端ID、終端名稱、終端類型、終端描述、終端地址及端口號等屬性;運(yùn)程終端管理則包括各終端的新建、刪除、重命名等,用戶添加或刪除某個終端后,終端列表即進(jìn)行更新。試驗系統(tǒng)終端配置完成之后,提供系統(tǒng)配置的保存、載入和新建等功能。
  
  綜合試驗自動管理系統(tǒng)中所配置的信息都需要保存起來,進(jìn)行下一步配置時又需要讀取上一步配置過的信息,這就要裝載信息所在的文件。根據(jù)需要,配置信息所保存的位置由用戶自己選擇,文件名也由用戶自定。在裝載的功能中都需要讀取文件這個模塊,其功能由用戶點選路徑,選擇文件保存的位置,一般存在D盤或者C盤。其中指令配置、項目配置、流程配置、運(yùn)行界面的設(shè)計與終端配置界面類似,在此不贅述。
  
  2.3系統(tǒng)自檢
  
  試驗前,綜合試驗自動管理系統(tǒng)應(yīng)能完成試驗系統(tǒng)的自檢測,包括通信檢測和協(xié)議檢測。前者,當(dāng)系統(tǒng)有終端未開機(jī)運(yùn)行或通信異常時,給出提示,且與之相關(guān)的試驗項目應(yīng)給出顯示區(qū)分;后者,綜合試驗系統(tǒng)中各激勵器、仿真器、測試系統(tǒng)及故障注入系統(tǒng)等終端設(shè)備由不同單位設(shè)計開發(fā)而成,需要逐項檢測這些終端設(shè)備是否嚴(yán)格遵循協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),是否能夠正確響應(yīng)綜合試驗自動管理系統(tǒng)定義的控制指令。
  
  3.1系統(tǒng)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
  
  系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸通過以太網(wǎng)實現(xiàn),以太網(wǎng)通信采用TCP/IP通信協(xié)議實現(xiàn)。TCP/IP協(xié)議簇是zui為、應(yīng)用且至今仍在普遍使用一個協(xié)議體系。TCP(TransmissionControlProtocol,TCP)和IP(InternetProtocol)協(xié)議是TCP/IP協(xié)議簇的核心。TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)分為4個層次,即應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。
  
  系統(tǒng)應(yīng)用LabVIEW進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理時采用Client/Server模式,它適用于生產(chǎn)部門進(jìn)行的大量數(shù)據(jù)傳輸,這種模式對客戶端的要求較之前一種要高一些,需要編寫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的程序。
  
  3.2通信協(xié)議
  
  試驗環(huán)境中綜合試驗自動管理系統(tǒng)與其他設(shè)備之間采用以太網(wǎng)的主從式通信方式(即請求-應(yīng)答方式)來完成發(fā)送指的為綜合試驗自動管理系統(tǒng)向各個終端設(shè)備傳輸指令,接收指各個終端設(shè)備向綜合試驗自動管理系統(tǒng)回傳信息。具體通信協(xié)議如下所示(以太網(wǎng)接受數(shù)據(jù)包格式與發(fā)送數(shù)據(jù)包格式類似):
  
  其中,校驗采用CRC-8校驗方法實現(xiàn)。
  
  3.3以太網(wǎng)通信實現(xiàn)
  
  在綜合自動管理系統(tǒng)的配置的zui后一步是運(yùn)行,其中包括通過網(wǎng)絡(luò)向頂孔板等各終端發(fā)送命令。首先將所有要發(fā)送的指令信息按照規(guī)定的數(shù)據(jù)包格式組成能通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的發(fā)送包sendpacketvi,其中將指令信息和版本號、請求類型和請求包ID經(jīng)過校驗和轉(zhuǎn)變組成TCP/IP協(xié)議可用的發(fā)送包命令,通過TCPsendpacket.vi定義要發(fā)送的遠(yuǎn)程IP地址和端口號,向終端依次發(fā)送命令。


  
  對于CRCn校驗,事先在數(shù)據(jù)發(fā)送端和數(shù)據(jù)接收端共同約定一個zui高次冪為n次的生成多項式g(x)作為除數(shù),用待校驗字段左移n位后除以g(x)所對應(yīng)的n+1位數(shù)字代碼,會產(chǎn)生一個n位的余數(shù),這個余數(shù)就是產(chǎn)生的CRC-n代碼。在發(fā)送的時候,將生成的代碼附加在要發(fā)送的數(shù)據(jù)后面一塊發(fā)出去,這樣待發(fā)送的數(shù)據(jù)就可分為信息字段和n位的校驗字段。在接收端接收到數(shù)據(jù)以后,用收到的數(shù)據(jù)(包括校驗字段)除以約定多項式g(x)的數(shù)字代碼,如果余數(shù)為零,證明傳輸無誤,接收。若余數(shù)不為零,則傳輸錯誤,丟棄。
  
  4、結(jié)語
  
  本文設(shè)計的飛機(jī)綜合試驗管理系統(tǒng),基于LabVIEW8.6集成開發(fā)環(huán)境,采用數(shù)據(jù)/業(yè)務(wù)抽象與建模技術(shù)、數(shù)據(jù)/業(yè)務(wù)描述與解析技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能化分析技術(shù),構(gòu)建了一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的分布式試驗自動控制系統(tǒng)。完成對試驗中各激勵器、仿真器、測試系統(tǒng)及故障注入系統(tǒng)等終端和對試驗網(wǎng)絡(luò)各終端設(shè)備的試驗項目以及系統(tǒng)典型試驗流程的配置管理。按照配置好的試驗流程,通過試驗現(xiàn)場總線分別向各終端設(shè)備發(fā)送控制指令,使系統(tǒng)按照要求完成試驗;試驗結(jié)果的記錄和一致性比對,形成試驗報告,并提供手動和自動兩種工作模式,有效地實現(xiàn)了對試驗的控制。所設(shè)計的系統(tǒng)人機(jī)界面友好、操作方便安全,測試效率較高,在實際應(yīng)用中取得了良好的效果。該系統(tǒng)已交付使用,系統(tǒng)性能穩(wěn)定。

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