万方期刊网,快速职称论文发表权威机构

  • 热门搜索:
您的位置:首页 > 万方期刊网 > 论文分类> 航空电源车控制系统的数字化设计

航空电源车控制系统的数字化设计

来源:万方期刊网  时间:2017-09-18 09:23:16  点击:

作者:王京东  张雪梅

  摘要:随着现代信息技术的发展,对航空地面装备的信息化要求越来越高。本文提出了一种基于微处理器控制的航空电源车控制系统的数字化设计方案,实际使用效果表明,该数字式航空电源车实现简单、运行可靠,能够满足装备的信息化要求。
  关键词:航空电源车,数字化
 
  DigitalDesignOfAviationPowerVehicleControlSystem
  WangJingdong
  (WeihaiGuangtaiairportequipmentco.ltd,WeihaiShandong264200)
 
  Abstract:
  Withthedevelopmentofmoderninformationtechnology,theinformationofaviationgroundequipmentishigherrequired.Inthispaper,adigitaldesignschemeofthecontrolsystemofaviationpowervehiclebasedonmicroprocessorcontrolispresented.Thepracticalapplicationresultsshowthatthedigitalaviationpowervehicleissimpleandreliable,andcanmeettherequirementsoftheequipment.
  Keywords:aviationpowervehicle,digital
  航空电源车又称移动机场电站,是一种集发电与供电于一体的航空地面电源保障装备,它为飞机升空进行地面启动或飞机在地面通电检查提供各种电源[1]。航空电源车的控制系统除了保证航空电源车向飞机提供高品质的电源外,还要保证当航空电源车发生故障时及时切断电源输出保障机载设备的安全,以及当机载设备发生异常时切断电源保护其它机载设备和航空电源车的安全;对于多电源输出的航空电源车,还要求当某一路电源发生故障时,不能影响其它路电源的输出,使得航空电源车可以最大限度地发挥使用效能。
  随着现代信息技术的发展,对航空地面设备的信息化要求越来越高,国内外厂商纷纷推出数字式航空电源车。数字式航空电源车对其运行状态和故障报警进行自动检测,根据检测结果实施控制策略。所谓的自动检测是指以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容[2]。
  本文提出了一种基于微处理器控制的航空电源车控制系统的数字化设计方案。
  1数字式航空电源车的工作原理
  航空电源车向飞机提供三相115/200V、400Hz交流电源,多功能航空电源车还可以提供28.5/57V、270V直流电源以及0-70V飞机启动直流电源等,本文探讨的是可以输出2路交流三相电源和2路28.5V直流电源的多功能航空电源车的控制系统的数字化设计,其系统工作原理如图1所示。
 
  图1数字式航空电源车系统工作原理图
  从系统原理图可以看出,数字式航空电源车的控制系统至少应具有如下的基本功能。
  1.1发动机控制功能,包括发动机的启动、转速和停机控制。发动机运转带动发电机发电,当发动机额速运行时,航空电源车输出额定功率。
  1.2整流模块工作控制,当不需要直流输出时关闭整流模块,避免能源浪费。
  1.3输出控制,分别对各路输出电源进行输出控制,满足不同的输出需要。
  1.4实时监测与保护功能,控制系统应具有实时监测的能力,保障航空电源车运行安全和机载设备的安全。
  1.5通讯功能,包括CAN和RS232(或RS485)通讯接口,实现在线检测、远程控制。
  根据系统功能要求,下面分别进行系统硬件和软件的设计。
  2硬件设计
  根据数字式航空电源车的系统工作原理,设计数字式航空电源车的控制系统硬件结构框图见图2。
 
  图2数字式航空电源车控制系统硬件结构框图
  2.1微处理器、时钟电路设计
  数字式航空电源车的控制系统采用16位车用微处理器MC9S12XET256,它具有先进的RISC结构、144TQFP封装。16K字节的内部SRAM,256K字节的系统内可编程Flash,24路12位ADC,8路脉冲捕捉输入,3个CAN端口,4个COM端口,通用IO端口95个[3]。
  在片内振荡器的反向放大器的输入和输出两端并接一个16M晶体振荡器,晶体振荡器负载电容选22pF,产生频率为8M的总线时钟,指令周期0.125μs,可以满足系统的实时要求。
  2.2信号采集与模数转换通道设计
  2.2.1发动机信号采集
  发动机信号主要包括机油压力、冷却液温度、燃油量、电瓶电压、充电电压,出于节能减排的环保要求,数字式航空电源车面向电喷型发动机设计,控制系统设计了一个CAN通讯接口,用于和电喷发动机的ECU建立通讯,读取相关信息。
  2.2.2发电机信号采集
  发电机信号包括三相电压、三相电流、频率、功率因数等,其中三相电压信号用采样变压器采集,三相电流信号用电流互感器采集,经过精密整流后输入微处理器进行模数转换,使用6个模数转换通道,频率、功率因数可以从三相电压、三相电流信号提取。
  2.2.3交流输出信号采集
  交流输出为2路三相电源,电压信号由发电机信号采集,电流信号用电流互感器分别采集,经过精密整流后输入微处理器进行模数转换,使用6个模数转换通道。
  2.2.4直流输出信号采集
  直流输出分2路,每路电压、电流信号分别使用光耦隔离采集,经运算放大器调整后输入微处理器进行模数转换,使用4个模数转换通道。选用AVAGO公司的HCPL7800A型光电耦合器,其非线性度为0.004%,共模电压为l000V时的共模抑制能力为15kV/lμs,增益温漂为0.00025V/℃,带宽为100kHz。
  2.3通用IO端口设计
  2.3.1开关按键
  数字式航空电源车的控制系统至少需要如下开关,发动机运行/停机、启动、高低速切换、紧急停机等发动机控制开关共4个,显示屏操作开关4个,交流合闸/分闸开关2个,整流模块控制开关2个,直流合闸/分闸开关2个,复位按钮、绝缘监视、控制电源监视、运行/维护位监视开关4个,开关总共需要18个通用IO端口。
  2.3.2时钟RAM
  当航空电源车发生故障时,需要记录该故障发生的时间。数字式航空电源车的控制系统采用美国DALLAS公司生产的DS1743时钟RAM芯片作为系统日历时钟,该芯片为8位并行数据端口,从最小系统出发,需要16个通用IO端口。
  2.3.3显示器
  为提高产品的环境温度的适应性,满足-40~+50℃环境下的显示需要,数字式航空电源车的控制系统采用GU256×64型VFD作为显示器,可显示16×4个汉字或32×4个英文字母。该显示器为8位并行数据端口,另有2个读写控制信号位,共需要10个通用IO端口。
  2.3.4输出控制
  数字式航空电源车的控制系统设有如下继电器输出,包括发动机启动1个、高低速切换1个、交流合闸2个、交流分闸2个、直流整流2个、直流合闸/分闸2个、发电机灭磁1个、声光报警1个、充磁1个,共计13个,另外设3个备用输出,共需要16个通用IO端口。
  2.4通讯接口设计
  数字式航空电源车的控制系统设计有一个RS232通讯接口,用于和上位机通讯,实现软件定制和在线检测、远程控制等功能。
  2.5电源电路设计
  数字式航空电源车的控制系统设计的工作电压范围为8-30V,其微处理器及外围电路使用+5V电源系统,因此,设计了1个DC/DC变换电路,把工作电源变换为+5V工作电源。
  出于对交流信号全波整流的需要,模拟信号处理采用±12V双电源运放电路,为此设计了1个DC/DC变换电路,把工作电源变换为+12V电源,并用1个DC/DC隔离电源模块实现+12V电源变换为-12V电源。
  此外,为了实现直流采样隔离,控制系统采用4个+12V输入/+5V输出的DC/DC电源模块,用做直流电压、电流光耦隔离的驱动电源。
  3软件设计
  系统软件的主要功能是实现实时监测航空电源车的运行状态参数,并根据这些状态参数做出控制策略,保证航空电源车安全稳定运行以及机上设备的安全。整个软件由初始化模块、数据采集与处理模块、通讯模块、开关与显示模块、状态检查及故障处理模块、存储模块等组成。各个模块之间既相对独立又相辅相成,从而使数据采集、处理、控制、显示、参数设置、故障处理等功能有条不紊的进行,在控制精度、故障处理速度等方面均达到了实时控制的要求。系统软件的框图见图3。
 
  图3数字式航空电源车控制系统的软件结构框图
 
  4结束语
  威海广泰公司按照该数字化设计方案研发的WG系列数字式航空电源车,充分发挥了微处理器的强大功能,结构简单,功能完备,实现了输出电源分路保护,可以满足GJB572、ISO6858以及民航MHT6019-2014标准的要求,具有良好的性价比和很高的可靠性。
 
 
  参考文献:
  [1],赵徐成,蒋超,航空地面电源[M]徐州:徐州空军学院2008:1-2。
  [2],林金泉,自动检测技术[M]北京:化学工业出版社2003:23-29。
  [3],MC9S12XEP100Referencemanual[Z],Freescalesemiconductor。
  [4],孙莹.电力系统自动化[M].北京:中国电力出版社,2004。
  [5],林渭勋.现代电力电子电路[M].杭州:浙江大学出版社,2002。