摘要：利用虛擬儀器軟件平臺LabVIEW 8.6開發(fā)一種飛機電氣綜合試驗自動管理系統(tǒng)操作平臺，用于測試飛機電氣各項性能指標的重要試驗環(huán)境。在詳細介紹該系統(tǒng)各組成部分的基礎(chǔ)上，重點分析了試驗自動管理系統(tǒng)的組成與功能。試驗自動管理系統(tǒng)通過高速以太網(wǎng)實現(xiàn)與各試驗子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，以達到對各子系統(tǒng)遠程控制和試驗結(jié)果的上傳。所設(shè)計的操作系統(tǒng)可針對不同的子系統(tǒng)來配置相應(yīng)的控制操作命令，并實現(xiàn)對操作命令的保存、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)的動作。經(jīng)實際運行測試，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，人機交互界面良好，操作簡便，自動化程度較高。
飛機供電系統(tǒng)是現(xiàn)代飛機的一個重要組成部分，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完整系統(tǒng)，它的作用是向飛機上所有用電設(shè)備提供電能，以保證飛機的安全飛行和完成運輸或作戰(zhàn)任務(wù)。針對于飛機供電系統(tǒng)的地面測試試驗對研究其性能和功能有著重要意義，傳統(tǒng)的飛機測試試驗主要采取試驗人員手動逐項操作完成或者測試系統(tǒng)軟件按照既定的測試步驟進行特定項目的測試試驗，試驗項目有限，試驗周期長，比較適合飛機定型后的檢測、維護試驗。針對這一情況，為了縮短設(shè)計階段的試驗周期，使試驗過程標準嚴格統(tǒng)一，試驗項目盡可能完備，提高試驗效率和精度，提出為飛機供電控制管理系統(tǒng)的綜合試驗，設(shè)計、開發(fā)一套試驗自動化管理系統(tǒng)，用以測試電網(wǎng)的協(xié)調(diào)能力和轉(zhuǎn)換時間。
針對試驗測試領(lǐng)域的特殊測試要求，采用LabVIEW 8.6集成開發(fā)環(huán)境。LabVIEW是一種圖形化的編程語言，又稱為“G”語言，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。它結(jié)合了簡單易用的圖形化開發(fā)方式和靈活強大的編程語言，提供一個直覺性環(huán)境，并通過與測量硬件的密切結(jié)合，讓用戶迅速開發(fā)出有關(guān)系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)組成原理
1.1 整個系統(tǒng)組成
整個綜合試驗管理系統(tǒng)組成如圖1所示。圖中所示的試驗系統(tǒng)主要由綜合試驗自動管理系統(tǒng)、各個子系統(tǒng)、交流電源和試驗負載組成。其中，子系統(tǒng)包括故障注入系統(tǒng)、試驗?zāi)Ｐ汀⒃囼炐盘柗治鱿到y(tǒng)、終端1、終端2、終端3以及終端4。綜合試驗管理系統(tǒng)將按照各個子系統(tǒng)所配置的操作命令通過以太網(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)的動作，并將執(zhí)行后的結(jié)果通過以太網(wǎng)反饋至綜合試驗自動管理系統(tǒng)，用以對各子系統(tǒng)的試驗結(jié)果進行綜合處理與分析。
1.2 綜合試驗管理系統(tǒng)組成
實現(xiàn)系統(tǒng)中各終端、試驗項目/流程的配置管理、試驗任務(wù)的生成、實施和控制，根據(jù)試驗任務(wù)向各終端發(fā)送遠程控制指令，采集試驗結(jié)果數(shù)據(jù)，控制試驗流程，提供人機交互界面。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，完成對試驗網(wǎng)絡(luò)各終端設(shè)備的試驗項目配置管理，并完成系統(tǒng)典型試驗流程的配置管理；按照配置好的試驗流程，通過試驗現(xiàn)場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；完成試驗結(jié)果的記錄和一致性比對，形成試驗報告；提供手動和自動兩種工作模式，完成對試驗的控制；試驗前完成試驗系統(tǒng)的自檢測。
2 綜合試驗管理系統(tǒng)設(shè)計
該系統(tǒng)軟件采用NI公司的LabVIEW 8.6作為開發(fā)平臺。LabVIEW具有內(nèi)置的圖形用戶界面，操作直觀，使用簡便，特別是包含豐富的數(shù)據(jù)分析處理庫函數(shù)，提供了編程巨大的靈活性和很高的可靠性，能夠充分實現(xiàn)操作靈活，功能強大和用戶界面友好的設(shè)計要求。綜合試驗自動管理系統(tǒng)計算機采用研華ACP-4320工控機，主要完成對試驗的監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄和顯示、試驗數(shù)據(jù)保存?zhèn)浞莸裙δ�，并將用戶下達的命令和配置參數(shù)傳送到各終端設(shè)備。工控機選用數(shù)據(jù)采集卡、工業(yè)級數(shù)字I/O卡和用于進行信號調(diào)理的各種功能模塊，負責(zé)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集，人性化顯示、管理和控制，并將試驗數(shù)據(jù)和當(dāng)前試驗狀態(tài)返回到主控機。各終端設(shè)備對相應(yīng)設(shè)備進行實時管理，并根據(jù)主控計算機下達的命令，完成數(shù)據(jù)采集和控制等特定功能，并將試驗數(shù)據(jù)和當(dāng)前試驗狀態(tài)返回到上位機。
2.1 操作系統(tǒng)設(shè)計
對于每一個不同的試驗，都需要針對性地確定一個獨立的測控試驗流程，每個流程都可以分為若干不同的步驟，每個步驟都用來進行產(chǎn)品的某個特定性能指標的個步驟所模擬的試驗環(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系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合試驗的自動化，見圖2。
系統(tǒng)程序可實現(xiàn)終端配置、指令配置、試驗項目配置和試驗流程配置，用戶可方便地將整個試驗劃分為若干步驟，自定義每個步驟的動作；也可將若干步驟合成試驗流程，參與循環(huán)，實現(xiàn)復(fù)雜的試驗流程配置和數(shù)據(jù)管理。該系統(tǒng)具有很好的兼容性、擴展性和通用性，更好地滿足用戶對試驗流程變化的實際需求和越來越復(fù)雜的試驗。根據(jù)綜合試驗自動管理系統(tǒng)的特點和設(shè)計目標，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、試驗項目和試驗流程的配置，隨之形成的配置信息文件分別存入配置數(shù)據(jù)庫，其中各個配置環(huán)節(jié)的信息必須保存，以便下一個配置環(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。
綜合實驗自動管理系統(tǒng)硬件設(shè)計以工業(yè)控制計算機為控制核心，系統(tǒng)硬件組成如圖4所示。完成對試驗的配置和操作，并通過網(wǎng)卡實現(xiàn)以太網(wǎng)的傳輸，發(fā)送相應(yīng)指令和配置參數(shù)到各個子系統(tǒng)的終端設(shè)備，各終端設(shè)備接收命令后進行相應(yīng)操作，并通過交換機將其實時狀態(tài)經(jīng)以太網(wǎng)傳輸給工控機，并通過虛擬儀器軟件可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理、實時顯示、試驗報告的保存和數(shù)據(jù)的打印，達到在試驗過程中由工控機對各終端進行實時管理的目的。
2.2 終端配置設(shè)計
終端配置中，選擇在一次試驗中所要發(fā)送命令的涉及到的所有終端，并將相關(guān)信息保存起來，便于下一步配置，提供試驗系統(tǒng)各遠程終端的配置與管理功能。其中，遠程終端的配置內(nèi)容包括終端ID、終端名稱、終端類型、終端描述、終端地址及端口號等屬性；運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終端后，終端列表即進行更新。試驗系統(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。
綜合試驗自動管理系統(tǒng)中所配置的信息都需要保存起來，進行下一步配置時又需要讀取上一步配置過的信息，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模塊，其功能由用戶點選路徑，選擇文件保存的位置，一般存在D盤或者C盤。其中指令配置、項目配置、流程配置、運行界面的設(shè)計與終端配置界面類似，在此不贅述。
2.3 系統(tǒng)自檢
試驗前，綜合試驗自動管理系統(tǒng)應(yīng)能完成試驗系統(tǒng)的自檢測，包括通信檢測和協(xié)議檢測。前者，當(dāng)系統(tǒng)有終端未開機運行或通信異常時，給出提示，且與之相關(guān)的試驗項目應(yīng)給出顯示區(qū)分；后者，綜合試驗系統(tǒng)中各激勵器、仿真器、測試系統(tǒng)及故障注入系統(tǒng)等終端設(shè)備由不同單位設(shè)計開發(fā)而成，需要逐項檢測這些終端設(shè)備是否嚴格遵循協(xié)議標準，是否能夠正確響應(yīng)綜合試驗自動管理系統(tǒng)定義的控制指令。
3 以太網(wǎng)通信
3.1 系統(tǒng)通信拓撲結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸通過以太網(wǎng)實現(xiàn)，以太網(wǎng)通信采用TCP/IP通信協(xié)議實現(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進行網(wǎng)絡(luò)化管理時采用Client/Server模式，它適用于生產(chǎn)部門進行的大量數(shù)據(jù)傳輸，這種模式對客戶端的要求較之前一種要高一些，需要編寫進行數(shù)據(jù)交互的程序。
3.2 通信協(xié)議
試驗環(huán)境中綜合試驗自動管理系統(tǒng)與其他設(shè)備之間采用以太網(wǎng)的主從式通信方式(即請求-應(yīng)答方式)來完成發(fā)送指的為綜合試驗自動管理系統(tǒng)向各個終端設(shè)備傳輸指令，接收指各個終端設(shè)備向綜合試驗自動管理系統(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)包格式類似)：
其中，校驗采用CRC-8校驗方法實現(xiàn)。
3.3 以太網(wǎng)通信實現(xiàn)
在綜合自動管理系統(tǒng)的配置的最后一步是運行，其中包括通過網(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、請求類型和請求包ID經(jīng)過校驗和轉(zhuǎn)變組成TCP/IP協(xié)議可用的發(fā)送包命令，通過TCP sendpacket.vi定義要發(fā)送的遠程IP地址和端口號，向指定終端依次發(fā)送命令。
對于CRCn校驗，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最高次冪為n次的生成多項式g(x)作為除數(shù)，用待校驗字段左移n位后除以g(x)所對應(yīng)的n+1位數(shù)字代碼，會產(chǎn)生一個n位的余數(shù)，這個余數(shù)就是產(chǎn)生的CRC-n代碼。在發(fā)送的時候，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)(包括校驗字段)除以約定多項式g(x)的數(shù)字代碼，如果余數(shù)為零，證明傳輸無誤，接收。若余數(shù)不為零，則傳輸錯誤，丟棄。
4 結(jié)語
本文設(shè)計的飛機綜合試驗管理系統(tǒng)，基于LabVIEW 8.6集成開發(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)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能化分析技術(shù)，構(gòu)建了一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的分布式試驗自動控制系統(tǒng)。完成對試驗中各激勵器、仿真器、測試系統(tǒng)及故障注入系統(tǒng)等終端和對試驗網(wǎng)絡(luò)各終端設(shè)備的試驗項目以及系統(tǒng)典型試驗流程的配置管理。按照配置好的試驗流程，通過試驗現(xiàn)場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；試驗結(jié)果的記錄和一致性比對，形成試驗報告，并提供手動和自動兩種工作模式，有效地實現(xiàn)了對試驗的控制。所設(shè)計的系統(tǒng)人機界面友好、操作方便安全，測試效率較高，在實際應(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。
