LXI总线在航空试车台中的应用

杜小红 郑明月 杨智 郭鲁奇 高云

摘  要：为实现航空发动机试车台多通道数据采集系统的准确性、实时性、稳定性及硬件结构的简单性，应用LXI总线测试技术和通用化仪器，构建了一套性能先进、结构灵活、抗电磁干扰强的分布式数据测试系统。经某型航空发动机试车台测试应用，表明该系统不仅可满足试车工艺要求，而且具有工作稳定可靠、采集速率快、抗干扰强、硬件结构简单及维护成本低等优点。不仅可满足航空发动机试车台灵活多变的测试需要，而且提升了试车台设备保障的技术水平和层次。

关键词：LXI总线;分布式;抗电磁干扰;航空发动机试车台

中图分类号：TP274+.2           文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）04-0058-05

Application of LXI Bus in Aircraft Engine Test Bed

DU Xiaohong， ZHENG Mingyue， YANG Zhi， GUO Luqi， GAO Yun

（AECC South Industry Co.， Ltd.， Zhuzhou  412002， China）

Abstract： In order to realize the accuracy， real-time， stability of the multichannel data acquisition system for an aircraft engine test bed and the simplicity of the hardware structure， a distributed data test system with advanced performance， flexible structure and strong anti electromagnetic interference based on LXI bus test technology and general instruments is constructed. The test application of an aircraft engine test bed shows that the system can not only meet the test process requirements， but also has the advantages of stable and reliable operation， fast acquisition rate， strong anti-interference， simple hardware structure and low maintenance cost. It can not only meet the flexible testing needs of aircraft engine test bed， but also improve the technical level and level of equipment support of.

Keywords： LXI bus; distributed; anti electromagnetic interference; aircraft engine test bed

0  引  言

航空發动机是具有复杂的气动力、热力结构的动力装置。近年来，随着航空发动机技术的不断发展，其测试技术要求也不断提高。航空发动机试车台成为测试发动机各项性能参数及批量发动机出厂时校验其合格性的关键设备，对其数据处理、数据采集速率的要求在逐步地提高[1，2]。自20世纪70年代通用仪器总线（General Purpose Interface Bus， GPIB）出现以来，测试仪器的发展经历了GPIB总线、VXI总线和PXI总线等多种形式[3]。采用这些总线技术组建的测试系统被广泛使用。但随着硬件设备的不断升级改造、数据通信速度不断加快、抗干扰要求越来越高，VXI/PXI总线技术越来越不能满足数据采集要求。此时出现了LXI总线，LXI总线是一种功能强大、结构简单、数据传输速率快、抗干扰强的数据采集总线[4-7]。

LXI总线是一种新型仪器接口规范，是以太网技术在测试自动化领域应用的拓展，其总线规范融合了仪器的高性能、插卡式仪器的紧凑灵活和以太网的高速吞吐率，且性能比以往测试系统的解决方案更紧凑、更快速、更廉价、更持久[8]。因此，LXI技术在设计大型测试系统中优势明显，尤其非常适合设计基于高速网络的分布式测试系统，这也是在航空试车台中引进LXI总线的关键所在[9，10]。

1  测试系统简介

随着国内航空发动机产业的逐步发展，对航空发动机试车台的建设提出了更高的要求。从之前测试几十个通道发展到如今测试上百、上千个通道，为保障采集速率的同步性、传输速率的高速性、采集数据的真实性，之前采用的PXI/VXI系统由于结构的限制，数据吞吐率比较低、线路易带来电磁干扰等缺点已无法满足要求。因此，建立一套基于LXI总线的大型测试系统就显得尤为必要。航空发动机试车台采用PXI/VXI系统总体框图如图1所示。

目前几种测试总线规范比较如表1所示[11]。

1.1  测试系统总体方案

设计的某型航空发动机试车台，测试的数据采集通道达到了二百多个，要求整个采集系统各信号无电磁干扰现象。因此采用LXI设备作为数据采集系统的硬件平台。LXI采集模块通过配置不同的模块，以实现对航空发动机及车台配套重要参数的监测。整个车台数据采集系统总体框图如图2所示。

数据采集系统采用了两台工控机，各工控机实现的功能：1号工控机主要实现数据采集、数据处理、报警显示等功能;2号工控机主要实现参数设置、数据存储、数据报表打印等功能。结构框图如图3所示。7BA18188-201C-4446-BD92-DA9804E78D94

1.2  测试系统硬件设计

根据发动机数据采集要求，某型航空发动机试车台数据采集系统通过LXI板卡采集发动机及附属设备的电量、频率量及开关量参数;通过网络或串口采集水力测功器、电子控制器、西门子PLC控制模块及西門子质量流量计等参数。系统硬件采集框图如图4所示。

1.2.1  LXI采集硬件

LXI总线采用了IVI规范，并推荐使用IVI-COM驱动程序与其他处理器或主机联系，这些驱动程序兼容各种开放式仪器，简化了测试系统的整个调试过程，保证了测试系统从产品开发到加工生产之问的无缝移植[6，7]。本试车台使用的LXI采集模块有：

（1）EX1000系列板卡。EX1000仪器家族是目前航空试车台中最高级的热电偶和电压采集板卡，它使用了LXI-A类规范，每个信号通道提供完全的端对端自校准。高精度校准源提供参考信号，在模拟滤波和增益电路之前对漂移、老化和温升进行补偿。（2）EX1200-1 538板卡。该板卡是目前市场密度最高的开关测控子系统，采用通用的开放式软硬件平台，可用于开发、制造和现场服务。EX1200-1 538是把1 538板卡安装在EX1200机箱中，进行相应的开关量、频率量测量。

1.2.2  其他设备

由于航空发动机试车工艺复杂，需要监控的数据较多，需与外部其他硬件设备通信的很多，如：（1）PLC模块。由于发动机试车台的电气控制部分基本都是通过PLC模块实现的，如发动机超温、超转和超扭保护等。如果没有及时可靠地处理这些故障，将对发动机造成不可估量的损伤。基于此，数据采集系统与PLC之间通过网络进行通讯，进行相应的数据交互。（2）水力测功器及电子控制模块。水力测功器获取发动机的扭矩值，系统根据扭矩值换算出发动机相应的性能参数;电子控制模块主要控制发动机运转情况。它们与数据采集系统通常通过网络通信。（3）质量流量计模块。主要测量发动机的燃油流量、燃油密度、燃油温度等发动机运行所必需的燃油参数，通过串口进行相应数据通信。

2  测试系统软件设计

此航空试车台数据采集系统由微软公司的VC++6.0软件、NI公司的Measurement studio控件及微软公司的SQL Server 2008R2数据库设计开发。利用VC及Measurement studio设计开发数据采集界面、数据通信及数据处理等功能，利用SQL Server 2008R2数据库，进行数据存储及后续的数据处理。航空试车台数据采集系统通常具有以下功能，如图5所示。

2.1  软件流程

某型航空发动机由于试车工艺复杂，采集参数多，其采集系统软件设计流程较复杂，软件流程框图如图6所示。

2.2  测试系统界面

设计开发的试车台数据采集系统主界面如图7所示。

使用LXI总线开发的某型航空发动机试车台数据采集系统，成功获得了发动机各项试车参数。该系统采集的参数不仅无干扰、精度高、稳定性好，而且硬件结构特别简单，节省了大量试车间到操作间之间的电气采集线路的铺设。

针对中国航发东安某型发动机复杂的试车工艺，采用LXI开发的试车台数据采集系统连续运行无故障，可完全满足试车要求。

3  结  论

针对传统航空发动机数据采集系统因硬件结构易引入电磁干扰及过于集成，出现当零槽控制器发生故障时，导致整个车台数据采集系统出现错误，无法试车情况的发生。本文采用LXI总线设计的航空试车台数据采集系统，不仅克服了VXI/PXI总线采集硬件过于集成的缺点，而且使用网络传输数据，克服了因信号线路上带来的电磁干扰现象。

在航空发动机试车台中引入LXI总线，不仅有利于网络化数据测试平台的搭建，使航空发动机试车台测试数据在整个工厂局域网内实现共享成为可能;而且实现了航空发动机数据采集系统由采集几百个点的小采集系统向采集上千、上万个点的大采集系统的跨越。

参考文献：

[1] 张宝城著.航空发动机试验和测试技术 [M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[2] 樊尚春，吕俊芳，张庆荣著，等.航空测试系统 [M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[3] 刘泽晖.基于LXI总线的数据采集系统设计及应用研究 [J].现代信息科技，2020，4（1）：34-38.

[4] 刘向阳，冷春雪，黄启陶，等.自动测试技术在航天中的应用现状及发展趋势 [J].宇航计测技术，2018，38（1）：1-5.

[5] 同江，蔡远文，邢晓辰.下一代自动测试系统在我国航天测试体系结构中的应用 [J].航天控制，2011，29（2）：75-80.

[6] GORRINGE C. IEEE STD.1641 and the DoD Automatic Test Sysem Framework Elements [C]//2006 IEEE Autotestcon，Anaheim：IEEE，2006：720-730.

[7] IS_549494. Agilent VISA users guide [EB/OL].（2018-01-19）.https：//ishare.iask.sina.com.cn/f/oup36WQCTs.html.

[8] 杜建红，乔黎.航空发动机试车台自动测试系统设计 [J].航空发动机，2007（2）：15-17.

[9] 赵旭东，雷勇，王志鹏.基于VXI总线的某型涡轴发动机测试系统设计 [J].测控技术，2011，30（1）：39-41+44.

[10] 同江，蔡远文.LXI总线在运载火箭测试中的应用 [J].导弹与航天运载技术，2009（2）：45-47.

[11] 谢志敏，孟上，王丰磊，等.LXI总线技术在测量领域中的应用研究 [J].海军航空工程学院学报，2009，24（1）：77-80.

作者简介：杜小红（1983—），男，汉族，内蒙古乌兰察布人，高级工程师，硕士，研究方向：航空发动机试车台、试验器电气及数据采集系统设计研发。7BA18188-201C-4446-BD92-DA9804E78D94