一种飞机挂梁电气附件综合测试设备的设计与实现

李宏超，张友伟，王之云，李 继

（芜湖航翼集成设备有限公司，安徽 芜湖）

引言

飞机挂梁电气附件产品广泛应用装机于某类飞机相关系统机载设备功能模块中，且各型挂梁电气附件产品功能及原理也不尽相同。挂梁电气附件出现故障的情况在飞机相关系统机载设备功能模块中时有发生，在飞机相关系统机载设备出现故障的情况下，直接影响着飞机的战斗力，关键时刻影响飞行安全和国家安全。因此在对飞机相关系统机载设备电气附件产品进行故障维修或检测时，产品严格、客观、准确的检测实验，是保障挂梁电气附件修理质量的有效手段，为了及时、准确、定性地判断某类飞机各型挂梁附件产品维修前后功能参数是否合格，研制一种客观、准确、快速、方便的挂梁电气附件产品综合测试设备是必要的选择，设备研制过程通过对某类飞机多种不同型号的挂梁电气附件产品的电气接口及产品修理工艺的梳理、消化和总结，并经过反复的测试实验验证，最终成功研制了一台某类飞机挂梁电气附件综合测试设备。下面对该测试设备研制技术方面相关的系统硬件设计和测控软件设计方法和思路进行总结和叙述。

1 硬件系统原理设计

1.1 硬件系统结构及功能原理

该设备以工业计算机为控制平台，采用多块USB总线接口的多通道开关信号控制卡、1 块ARINC429串行航空总线板卡及一台六位半的高精度程控数字万用表,通过电气适配箱内部电路信号调理，来满足设备各项功能的控制及相关电参量信号的测试测量[1]。设备整体自动化测试程度较高，可以实现对十多种不同型号的飞机挂梁电气附件产品的电气性能进行自动检测和测试数据结果的保存记录，提高了在工程实践中的应用性[2]。

测试系统的组成结构如图1 所示。本设备功能整体采用模块化设计，通过固定导轨分别安装在19 寸电气控制柜内部，主要的系统模块有电源控制箱、工业计算机系统、键鼠、电气适配箱1、电气适配箱2、各型产品测试电缆等。

图1 系统结构

1.1.1 电源系统

电源系统包含一个电源控制箱和两个电气适配箱，主要为设备集中供电，电源系统输入部分采用～220V/50Hz 市电整体供电，电源系统内部具备～220V/50Hz 转27VDC、24VDC、±5VD、5VDC 的二次电源转换模块，满足各型挂梁附件产品测试的供电及设备自身各测量仪器功能模块工作供电需求。

1.1.2 程控数字万用表

本测试设备采用一台高精度程控数字万用表作为飞机附件产品各类电气信号参数的通用测量仪器，对各型挂梁电气附件产品需要测试的电压、电阻及线路导通性等电参数及功能进行检测。使用时通过系统的测控软件程控数字万用表的功能及量程，将数字万用表采集到的对应过程接口实时电参量数据由系统测控软件系统进行实时读取，在通过测量软件程序的比较、判读和保存，从而实现各型挂梁产品电气参数的自动、手动的快速采集处理及满足自动测试的目的。

1.2 USB 多通道开关控制卡的应用

本设备在研制过程中采用了多块USB 总线接口的多通道开关控制卡，其单块板卡达到了110 通道数字信号输入/输出功能，使用该卡能够极大减少了计算机系统与外部线路的配线，使用时可将该卡完全放置于对应的电气适配箱内部，通过USB 线缆与控制工业计算机USB 通讯接口连接，能有效减少电气适配箱与计算机系统的控制连线。同时USB 总线板卡支持设备的热插拔和即插即用，最大传输速度可达12 Mb/s。传输速度快，使用方便，相对以往的PCI 接口卡总线板卡易用性极好。另外该卡能够实现输入输出功能软件自动配置，即根据实际使用功能的需求，该卡各个通道能够满足信号全读/全写/半读半写的采集控制功能模式软件配置。具有良好的互换性，该USB 多通道开关控制卡输入输出接口（J1、J2、J3）采用三个标准牛角座DC3-40P，方便通过40 针的排线与适配箱内的信号调理电路可靠连接。

2 软件系统设计

软件开发平台选用自动化测试系统方面广泛使用的虚拟仪器开发平台NI LabWindows CVI。使用前，需要在工控机Windows 操作系统下正确安装USB多通道开关控制卡驱动、ARINC 429 通信板卡驱动和安捷伦数字多用表驱动。该设备的测试程序整体功能采用模块化框架设计，整体框架如图2 所示。

图2 测试程序总体功能框架

2.1 对硬件系统自检功能模块的设计

硬件自检及初始化模块主要用于对组成设备的USB 多通道开关控制卡，数字多用表等硬件在计算机系统开机及硬件加电的情况下进行自检及初始化状态设置工作[3]。测控软件打开时，自动进行各硬件的自检及初始化。当硬件功能正常时，软件界面相关硬件对应指示灯显示为绿色，否则显示为红色，并提示故障信息，当硬件自检未通过时，无法进行测试。

2.2 自动测试模块的设计

自动测试模块主要完成各产品的交互式自动测试工作。主要由“测试流程装载选择”、“测试控制按钮”、“测试记录”表格控件、“测试信息显示”控件、“测试进度”状态条、“故障存在标志”指示灯等组成[4]。单击“开始自动测试”按钮后，软件将自动装载该产品的测试流程内容，控制相关硬件进行信号输入及采集，并将测试过程信息和测试结果显示在主面板中。测试结束后，根据测试结果，“故障存在标志”指示灯会以不同的颜色指示产品测试是否存在故障，绿色表示全部合格，红色表示有故障存在。同时自动测试模块中的测试记录保存模块主要对当前测试记录表格中的测试记录信息以EXCEL 表格形式进行保存，便于今后查询。自动测试模块软件测试界面及功能介绍如图3 所示。

图3 自动测试模块功能界面

2.3 手动测试模块的设计

手动测试模块以虚拟开关的方式提供设备所有硬件的控制，包括开关、指示灯、ARINC429 板卡、数字多用表控制和采集，虚拟控制面板如图4 所示。其中，“飞机挂梁电气附件测试”区域部分主要对应电气适配箱1 的开关控制和信号采集，包含429 板卡的设置和数据采集控制等内容，用于A 型飞机各型挂梁内部电气附件产品功能的手动测试；“继电器盒测试”区域主要对应电气适配箱2 的各类I/O 离散量信号控制和数字多用表的采集功能设置及数据回读，用于B 型飞机各型继电器盒产品性能的手动测试[5]；“输入电源控制”区域用于控制对应产品测试时所需电源种类的手动所需加载；“产品输出电压测试”区域用于对某些型号被测试产品向外输出的交流中频36V/400Hz 等交流电压信号的测试显示。

图4 手动测试模块功能界面

3 总结

该挂梁电气附件综合测试设备已经成功完成研制，并投入工程使用，通过实际工程使用表明，该设备测试方法合理、设备集成测试自动化度较高、测试产品型号种类多，整体操作方便快捷，能够可靠检测相关飞机武器控制系统挂梁电气附件的各项电气参数性能指标和故障定位判断，成功的满足相关飞机挂梁电气附件修理后的产品质量的测试检验，有效的保障了相关飞机挂梁电气附件产品的修理质量。