摘要：利用虛擬儀器軟件平臺(tái)LabVIEW 8.6開(kāi)發(fā)一種飛機(jī)電氣綜合試驗(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)操作平臺(tái)，用于測(cè)試飛機(jī)電氣各項(xiàng)性能指標(biāo)的重要試驗(yàn)環(huán)境。在詳細(xì)介紹該系統(tǒng)各組成部分的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了試驗(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)的組成與功能。試驗(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)通過(guò)高速以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與各試驗(yàn)子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，以達(dá)到對(duì)各子系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制和試驗(yàn)結(jié)果的上傳。所設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)可針對(duì)不同的子系統(tǒng)來(lái)配置相應(yīng)的控制操作命令，并實(shí)現(xiàn)對(duì)操作命令的保存、發(fā)送至各子系統(tǒng)；子系統(tǒng)接收操作系統(tǒng)的命令并執(zhí)行和完成相應(yīng)的動(dòng)作。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，人機(jī)交互界面良好，操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度較高。
飛機(jī)供電系統(tǒng)是現(xiàn)代飛機(jī)的一個(gè)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(gè)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(duì)于飛機(jī)供電系統(tǒng)的地面測(cè)試試驗(yàn)對(duì)研究其性能和功能有著重要意義，傳統(tǒng)的飛機(jī)測(cè)試試驗(yàn)主要采取試驗(yàn)人員手動(dòng)逐項(xiàng)操作完成或者測(cè)試系統(tǒng)軟件按照既定的測(cè)試步驟進(jìn)行特定項(xiàng)目的測(cè)試試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目有限，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，比較適合飛機(jī)定型后的檢測(cè)、維護(hù)試驗(yàn)。針對(duì)這一情況，為了縮短設(shè)計(jì)階段的試驗(yàn)周期，使試驗(yàn)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格統(tǒng)一，試驗(yàn)項(xiàng)目盡可能完備，提高試驗(yàn)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(yàn)，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)一套試驗(yàn)自動(dòng)化管理系統(tǒng)，用以測(cè)試電網(wǎng)的協(xié)調(diào)能力和轉(zhuǎn)換時(shí)間。
針對(duì)試驗(yàn)測(cè)試領(lǐng)域的特殊測(cè)試要求，采用LabVIEW 8.6集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。LabVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言，又稱為“G”語(yǔ)言，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開(kāi)發(fā)集成環(huán)境。它結(jié)合了簡(jiǎn)單易用的圖形化開(kāi)發(fā)方式和靈活強(qiáng)大的編程語(yǔ)言，提供一個(gè)直覺(jué)性環(huán)境，并通過(guò)與測(cè)量硬件的密切結(jié)合，讓用戶迅速開(kāi)發(fā)出有關(guān)系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)組成原理
1.1 整個(gè)系統(tǒng)組成
整個(gè)綜合試驗(yàn)管理系統(tǒng)組成如圖1所示。圖中所示的試驗(yàn)系統(tǒng)主要由綜合試驗(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)、各個(gè)子系統(tǒng)、交流電源和試驗(yàn)負(fù)載組成。其中，子系統(tǒng)包括故障注入系統(tǒng)、試驗(yàn)?zāi)Ｐ�、試�?yàn)信號(hào)分析系統(tǒng)、終端1、終端2、終端3以及終端4。綜合試驗(yàn)管理系統(tǒng)將按照各個(gè)子系統(tǒng)所配置的操作命令通過(guò)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(dòng)作，并將執(zhí)行后的結(jié)果通過(guò)以太網(wǎng)反饋至綜合試驗(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)，用以對(duì)各子系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合處理與分析。
1.2 綜合試驗(yàn)管理系統(tǒng)組成
實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各終端、試驗(yàn)項(xiàng)目/流程的配置管理、試驗(yàn)任務(wù)的生成、實(shí)施和控制，根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)向各終端發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令，采集試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，控制試驗(yàn)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(duì)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)各終端設(shè)備的試驗(yàn)項(xiàng)目配置管理，并完成系統(tǒng)典型試驗(yàn)流程的配置管理；按照配置好的試驗(yàn)流程，通過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)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(yàn)；完成試驗(yàn)結(jié)果的記錄和一致性比對(duì)，形成試驗(yàn)報(bào)告；提供手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式，完成對(duì)試驗(yàn)的控制；試驗(yàn)前完成試驗(yàn)系統(tǒng)的自檢測(cè)。
2 綜合試驗(yàn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)軟件采用NI公司的LabVIEW 8.6作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。LabVIEW具有內(nèi)置的圖形用戶界面，操作直觀，使用簡(jiǎn)便，特別是包含豐富的數(shù)據(jù)分析處理庫(kù)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(shí)現(xiàn)操作靈活，功能強(qiáng)大和用戶界面友好的設(shè)計(jì)要求。綜合試驗(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)采用研華ACP-4320工控機(jī)，主要完成對(duì)試驗(yàn)的監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄和顯示、試驗(yàn)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(jí)數(shù)字I/O卡和用于進(jìn)行信號(hào)調(diào)理的各種功能模塊，負(fù)責(zé)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，人性化顯示、管理和控制，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和當(dāng)前試驗(yàn)狀態(tài)返回到主控機(jī)。各終端設(shè)備對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，并根據(jù)主控計(jì)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(yàn)數(shù)據(jù)和當(dāng)前試驗(yàn)狀態(tài)返回到上位機(jī)。
2.1 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)
對(duì)于每一個(gè)不同的試驗(yàn)，都需要針對(duì)性地確定一個(gè)獨(dú)立的測(cè)控試驗(yàn)流程，每個(gè)流程都可以分為若干不同的步驟，每個(gè)步驟都用來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的某個(gè)特定性能指標(biāo)的個(gè)步驟所模擬的試驗(yàn)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(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)綜合試驗(yàn)的自動(dòng)化，見(jiàn)圖2。
系統(tǒng)程序可實(shí)現(xiàn)終端配置、指令配置、試驗(yàn)項(xiàng)目配置和試驗(yàn)流程配置，用戶可方便地將整個(gè)試驗(yàn)劃分為若干步驟，自定義每個(gè)步驟的動(dòng)作；也可將若干步驟合成試驗(yàn)流程，參與循環(huán)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的試驗(yàn)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(duì)試驗(yàn)流程變化的實(shí)際需求和越來(lái)越復(fù)雜的試驗(yàn)。根據(jù)綜合試驗(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)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(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)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(kù)，其中各個(gè)配置環(huán)節(jié)的信息必須保存，以便下一個(gè)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(shí)驗(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為控制核心，系統(tǒng)硬件組成如圖4所示。完成對(duì)試驗(yàn)的配置和操作，并通過(guò)網(wǎng)卡實(shí)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(gè)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(guò)交換機(jī)將其實(shí)時(shí)狀態(tài)經(jīng)以太網(wǎng)傳輸給工控機(jī)，并通過(guò)虛擬儀器軟件可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理、實(shí)時(shí)顯示、試驗(yàn)報(bào)告的保存和數(shù)據(jù)的打印，達(dá)到在試驗(yàn)過(guò)程中由工控機(jī)對(duì)各終端進(jìn)行實(shí)時(shí)管理的目的。
2.2 終端配置設(shè)計(jì)
終端配置中，選擇在一次試驗(yàn)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(lái)，便于下一步配置，提供試驗(yàn)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(lèi)型、終端描述、終端地址及端口號(hào)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(gè)終端后，終端列表即進(jìn)行更新。試驗(yàn)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(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)中所配置的信息都需要保存起來(lái)，進(jìn)行下一步配置時(shí)又需要讀取上一步配置過(guò)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(gè)模塊，其功能由用戶點(diǎn)選路徑，選擇文件保存的位置，一般存在D盤(pán)或者C盤(pán)。其中指令配置、項(xiàng)目配置、流程配置、運(yùn)行界面的設(shè)計(jì)與終端配置界面類(lèi)似，在此不贅述。
2.3 系統(tǒng)自檢
試驗(yàn)前，綜合試驗(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)應(yīng)能完成試驗(yàn)系統(tǒng)的自檢測(cè)，包括通信檢測(cè)和協(xié)議檢測(cè)。前者，當(dāng)系統(tǒng)有終端未開(kāi)機(jī)運(yùn)行或通信異常時(shí)，給出提示，且與之相關(guān)的試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)給出顯示區(qū)分；后者，綜合試驗(yàn)系統(tǒng)中各激勵(lì)器、仿真器、測(cè)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(jì)開(kāi)發(fā)而成，需要逐項(xiàng)檢測(cè)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(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)定義的控制指令。
3 以太網(wǎng)通信
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(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，以太網(wǎng)通信采用TCP/IP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)。TCP/IP協(xié)議簇是最為著名、應(yīng)用最為廣泛且至今仍在普遍使用一個(gè)協(xié)議體系。TCP(Transmission Control Protocol，TCP)和IP(Internet Protocol)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(gè)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(shí)采用Client/Server模式，它適用于生產(chǎn)部門(mén)進(jìn)行的大量數(shù)據(jù)傳輸，這種模式對(duì)客戶端的要求較之前一種要高一些，需要編寫(xiě)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的程序。
3.2 通信協(xié)議
試驗(yàn)環(huán)境中綜合試驗(yàn)自動(dòng)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(qǐng)求-應(yīng)答方式)來(lái)完成發(fā)送指的為綜合試驗(yàn)自動(dòng)管理系統(tǒng)向各個(gè)終端設(shè)備傳輸指令，接收指各個(gè)終端設(shè)備向綜合試驗(yàn)自動(dòng)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(lèi)似)：
其中，校驗(yàn)采用CRC-8校驗(yàn)方法實(shí)現(xiàn)。
3.3 以太網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)
在綜合自動(dòng)管理系統(tǒng)的配置的最后一步是運(yùn)行，其中包括通過(guò)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(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的發(fā)送包send packet vi，其中將指令信息和版本號(hào)、請(qǐng)求類(lèi)型和請(qǐng)求包ID經(jīng)過(guò)校驗(yàn)和轉(zhuǎn)變組成TCP/IP協(xié)議可用的發(fā)送包命令，通過(guò)TCP sendpacket.vi定義要發(fā)送的遠(yuǎn)程IP地址和端口號(hào)，向指定終端依次發(fā)送命令。
對(duì)于CRCn校驗(yàn)，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(gè)最高次冪為n次的生成多項(xiàng)式g(x)作為除數(shù)，用待校驗(yàn)字段左移n位后除以g(x)所對(duì)應(yīng)的n+1位數(shù)字代碼，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)n位的余數(shù)，這個(gè)余數(shù)就是產(chǎn)生的CRC-n代碼。在發(fā)送的時(shí)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(yàn)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(yàn)字段)除以約定多項(xiàng)式g(x)的數(shù)字代碼，如果余數(shù)為零，證明傳輸無(wú)誤，接收。若余數(shù)不為零，則傳輸錯(cuò)誤，丟棄。
4 結(jié)語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)的飛機(jī)綜合試驗(yàn)管理系統(tǒng)，基于LabVIEW 8.6集成開(kāi)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(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能化分析技術(shù)，構(gòu)建了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的分布式試驗(yàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)。完成對(duì)試驗(yàn)中各激勵(lì)器、仿真器、測(cè)試系統(tǒng)及故障注入系統(tǒng)等終端和對(duì)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)各終端設(shè)備的試驗(yàn)項(xiàng)目以及系統(tǒng)典型試驗(yàn)流程的配置管理。按照配置好的試驗(yàn)流程，通過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)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(yàn)；試驗(yàn)結(jié)果的記錄和一致性比對(duì)，形成試驗(yàn)報(bào)告，并提供手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式，有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)的控制。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)人機(jī)界面友好、操作方便安全，測(cè)試效率較高，在實(shí)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。
