基于LabVIEW直升机电源地面监控系统

程绪刚等

摘 要： 当地面电源向飞机供电时，由于情况复杂及飞机的用电需求各不相同，从而对地面电源产生影响。传统的仪器仪表不能监测地面电源工作时的整个过程，为保证地面电源有较高的供电品质和稳定的性能，基于LabVIEW软件设计飞机地面电源监控系统。从电压、频率、谐波含量等多个方面对地面电源进行实时监控并记录，参照一定的标准，对地面电源的状态进行判断，为维护地面电源的正常工作及保证飞机的用电安全提供了更有效的方法。

关键字： 地面电源； 监控系统； LabVIEW； 实时监控

中图分类号： TN710?34； TP274 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）09?0110?03

Abstract： Since the complex situation and different electricity demands of aircraft from ground power supply， the ground power supply system is affected. Traditional instruments couldnt monitor the whole working process of ground power supply， to ensure high power quality and stable performance of the ground power supply， the aircraft ground power supply monitoring system based on LabVIEW software is designed. The ground power supply is monitored and recorded in real?time by the parameters of voltage， frequency， harmonic content and so on， the status of ground power supply is judged with reference standard， an effective method is provided to maintain normal operation of the ground power supply and ensure the safety electricity of the aircraft.

Keywords： ground power； monitoring system； LabVIEW； real?time monitoring

0 引 言

飞机地面电源主要用于飞机地面起动和通电检查等场合。目前，国内飞机多采用交流主电源系统，需要对地面交流电源的相位、电压、频率、谐波含量、三相电压不平衡度等参数进行监控。当地面电源向飞机供电时，飞机不同、工作状态不同，都可能造成地面电源供电参数的瞬间变化，一旦供电指标达不到飞机的需求，地面电源控制保护装置会立即切断地面电源[1]。

常规的地面电源的监控只是根据一些国军标，利用仪器仪表对电压、电流、频率等参数进行离线测量后分析，判断地面电源是否出现故障，而且对直流和交流输出性能只能单独进行测试[2]。这些方法对于监控地面电源的稳定性等，难以达到更加精确的标准，工作量大并且不能在线实时地对地面电源供电的品质进行监控。本文基于LabVIEW软件设计了新的地面电源在线监控系统，在监控过程中实时记录各项数据，并根据地面电源的状态，判断地面电源设备性能的好坏[3]，进一步提高了地面电源和飞机之间的适应性。

监控的依据及内容：飞机地面电源监控系统执行依据按照GJB181A?2003飞机供电特性等国军标所规定的指标对地面电源供电系统进行监控、记录和分析判断，及时处理地面电源供电系统出现的异常，确保飞机地面供电系统的安全，提高地面电源供电系统的品质，可以及时地预防可能出现的故障，避免不必要的损失。因此，本文根据相关国军标对飞机地面电源供电系统以下指标进行实时监控[4]。

直流电源：稳态电压、稳态电压脉动、稳态电流等。

交流电源：瞬态/稳态电压、稳态电流、频率、单次/总谐波含量、相位差、三相不平衡度等。

1 硬件设计

监控系统的硬件设计如图1所示。其系统的主要组成部分包括嵌入式工控机、工业触控显示屏、并行高速数据采集卡、交直流电压传感器、交直流电流传感器、直流稳压电源等部分组成。

1.1 PC104系统

采用PC/104-Plus标准的嵌入式工控计算机， 它具有体积小、重量轻、功耗小等优点，可较好地满足便携式仪器设备体积及重量需求。该嵌入式工业控制计算机可安装Windows Embedded XP及多种嵌入式操作系统，具有良好的实时处理功能。计算机作为该仪器设备的测控核心，实现采样数据的处理、分析、计算、输出、存储等功能。

1.2 工业触控显示屏

采用12英寸工业级触控彩色显示屏，其工作温度为-10～+50 ℃，具有环境适应性较强的特点；其分辨率为800×600，具备较为精细的图形数据输出显示能力，满足多路波形输出显示需求；其触控功能，具有简洁的人机交互模式，可避免键盘输入、鼠标操作对仪器设备可靠性的影响，较好地适应外场工作环境需求。

1.3 8路并行A/D采样卡

地面电源供电过程测试，被测参数多，采集速度高。PC104系统具有现场实时数据采集、处理功能的特点[5]。以中频400 Hz交流电压测量为例，为能够准确记录波形的实时变化，每一个波形至少采样128次，每秒内采集的数据量高达51.2K；为了能够准确反映三相电压、电流相互之间相位关系，采集卡还需具备同时采集的能力。因此，采用8路并行A/D采集卡，每路采样能力为100 K/s。

1.4 交直流电压传感器

采用精密电阻分压电路构成的高精度交直流电压传感器，用于将地面电源的交、直流电压瞬态信号转换为低压电压信号，传感器具备高速响应能力，响应时间小于1 ms。

1.5 交直流钳形电流传感器

采用霍尔式电流传感器，具有可开合钳口设计，在不改变地面电源电路结构的基础上，实时将地面电源的交、直流电流瞬态信号转换为低压电压信号，传感器具备高速响应能力，响应时间小于1 ms。其中，选用最大量程为3 000 A的直流电流传感器，完成起动过程的直流电流检测，选用最大量程为600 A的直流电流传感器，完成正常工作过程的直流电流检测；选用最大量程为600 A的交流电流传感器，完成正常工作过程的交流电流检测。

1.6 交直流信号调理模块

采用霍尔式电压变送器模块，用于将交直流电压电流传感器输入的低压信号调理成-10～+10 V的标准信号，供A/D采集卡进行数据采样。调理模块具有电气隔离功能，可保证仪器内部电子测试核心器件的安全。

2 软件设计

监控系统的软件设计基于LabVIEW2010编程软件。LabVIEW是美国国家仪器公司的虚拟仪器工程平台，是一种图形化编程语言，其性能高、扩展性强、开发时间短、集成度高、内置丰富的分析函数，用于数据分析和信号处理。总体软件设计流程如图2所示。软件系统设计分为两大部分。

2.1 供电过程实时监控

系统经过采集模块对各数据进行采集，实时地监控地面电源的各项参数，包括直流稳态电压、直流电压脉动、直流稳态电流及功率等。交流监控项包括交流[A、][B、]C相稳态电压、频率、波峰系数、总谐波含量、稳态电流、功率因数、有功功率及视在功率等。

在实时监控时，对应参数变化的趋势会显示在如图3所示的示波器中，通过示波器可以观察各参数的变化。同时可以点击“记录”按钮记录此时各参数的数据。如果在监控过程中有参数出现异常，则系统会自动记录下出现异常的数据及参数。

2.2 波形记录回放分析

由于在飞机地面电源供电过程中，有些故障不能复现。所以本文设计了记录数据的回放功能。在波形回放分析中有数据的整体回放和每秒钟数据的回放两部分。数据的整体回放可以回放一个完整的记录文件，用于观察参数波形的整体趋势，每秒钟数据回放，则是把一个完整的记录文件分割开，一秒一秒地进行回放，这样可以找出数据异常时刻，分析发生异常的原因，此部分应用于事后分析。

3 监控结果及分析

在对某地面电源进行实时监控实验时，地面电源的交流部分提供115 V、400 Hz的交流电，直流电源为28.5 V（实验时未接入负载）。所得结果如图3～图5所示。

从以上图形及表1监控结果可以看出，该系统可以实现对地面电源向飞机供电时的实时监控，监控内容详细精确，也可以对某些不可复现的故障进行事后分析，系统操作简单、测量准确、便携性好，达到了设计要求，满足了机务工作需要。

4 结 语

本文主要阐述飞机地面电源供电过程的实时监控的方法。从实验结果可知，本监控系统更全面有效地对地面电源供电过程进行监控，及时地反应出地面电源的品质变化，有利于维护人员对地面电源的维护，提高了飞机用电的安全性。

参考文献

[1] 司剑飞，郝世勇，战祥新.飞机地面电源供电品质在线测试系统设计[J].电子测量技术，2012，35（7）：116?118.

[2] 杨秀芹，陈友龙，邹开凤.航空地面电源检测系统软件设计[J].军民两用技术与产品，2007，46（6）：46?467.

[3] 杨中书，陈友龙，潘超.航空地面电源供电设备性能综合检测系统的设计[J].计算机测量与控制，2002，10（5）：286?288.

[4] 王亚晓.飞机电源地面试验测试系统的设计与实现[D].西安：西北工业大学，2005.

[5] 陈勇，刘晓平，应怀樵.基于PC104的高性能便携式数据采集系统[J].测控技术，2009，28（1）：25?26.

[6] 文涛，左东广，李站良.基于PC104总线的综合测试系统研究[J].现代电子技术，2014，37（18）：72?74.