陈林，朱维玮，叶成世，孙凯革

（国营芜湖机械厂，安徽 芜湖 241007）

应急直流发电系统控制器主要用于某型飞机供电系统应急状态下液压组合驱动直流发电机进行投切、复位等，控制器内部具有电源模块、控制模块、通讯模块、接触器、汇流条等复杂电路板组件，亟需设计一套控制器的自动测试系统对产品功能、性能参数、故障情况等进行检查。

本文设计的测试系统支持对产品功能和性能指标进行检查，能够模拟产生上位机所需的输入激励信号，能够支持通讯功能综合测试、过压过流保护功能检测、产品状态工作可靠性检测等。测试系统采用标准化设计，具有人机交互功能及接口，便于人员操作，支持试验数据打印及导出。

1 测试系统需求分析

应急直流发电系统控制器的主要功能是当飞机两台交流发电机故障或三台整流装置故障时，由机电管理计算机发出自动接通信号或由飞行员手动接通座舱内应急直流发电机开关，起动液压驱动组合直流发电机发电；对液压驱动组合直流发电机实现过压、低电压、反流、过流、短路故障保护，并通过RS422 总线上传产品工作参数、状态和故障信息。

应急直流发电系统控制器的核心控制部件，由母板部件、电源板部件、配电板部件、CPU 板部件、接触器和电流传感器组成。应急直流发电系统交联框图见图1。

图1 应急直流发电系统交联框图

测试系统支持应急直流发电系统控制器系列产品的检测，可以快速定位故障元器件、验证产品电气性能指标，具有通用化、模块化的设计特点。在对控制器系统原理、接口分析基础上，确定测试系统需要达到的产品功能、性能测试指标要求，具体如下：

第一，测试系统可实现四通道大功率直流负载模拟：额定电压28V，单通道 0-260A 可调负载。其中每两通道负载可并联为520A 负载；

第二，测试系统可实现维护BIT 功能检测；被测产品接收上位机和地面检测信号接口发出的维护自检信号，开始自检后，检测被测产品内部的DS 芯片（A/D、I/O）接口输入输出、电源模块、电磁阀控制单元、接触器工作状态、通讯标志位等参数；

第三，测试系统可实现与被测产品的RS422A 和RS232通讯功能，以及被测产品的自动和手动上电控制。

2 测试系统硬件设计

自动测试系统主要由主控机柜和负载机柜两部分组成，主控机柜包括了所有信号的输入输出、调理电路、电源电路、工控机、人机交互界面等，负载机柜主要负责模拟四通道大功率可调直流负载、提供被测产品工作电源、配合主控机柜实现正反电流切换、监测被测产品输出电压电流。

2.1 主控机柜设计

主控机柜采用19寸标准机柜，配备滚轮和固定支撑架。主控机柜主要负载记录电压电流采集量、监测内部DSP 芯片输入输出、与被测产品通讯控制、保护功能测试、试验数据导出等功能。主控机柜设计原理如图2 所示。

图2 主控机柜设计原理

2.2 负载机柜设计

负载机柜主要负责模拟四通道大功率可调直流负载、提供被测产品工作电源、配合主控机柜实现正反电流切换、监测被测产品输出电压电流。

功率模拟负载分为4 组，其中2 组为100 A，1 组为0～310 A，10 A 以上负载使用接触器导通，10 A 以下负载直接通过面板上开关导通。产品额定工作电压28 V，额定输出电流210 A，反流保护为20 A，最大短路电流430A。K3 接线柱对应0 ～310 A 负载，K2 和K4 接线柱对应0 ～100 A 负载。负载机柜设计原理如图3 所示。

图3 负载机柜设计原理

2.3 测试系统主要电路

2.3.1 工控机

工控机作为测试设备的核心元件，选用浪潮新一代泰金刚加固工控机3114，支持Intel i7-8700 6 核心12 线程高性能处理器，具有2 个RS-422、4 个RS232 通讯串口（可通过板卡扩展）。

2.3.2 输入输出I/O 板卡

输入输出I/O 板卡选用NI 公司PCI-6535 作为数字I/O 板卡，支持多通道隔离输入及新一代计算机总线标准PCI-E。板卡具备48 路I/O 输入，每通道数据采集速率250MB/s，传输速率2.5GT/s，具备1 个32 位定时器，1 个16 位计数器，具有10MHz 高分辨率时钟，支持3 通道16 位输出；支持热重启（不关闭电源）数据输出不中断。

2.3.3 通讯板卡

通讯板卡选用NI 公司 PCI-8838 新一代RS422 通讯板卡，负责工控机与调理箱、被测产品、检测仪表间的数据交互。板卡具备16 个串口通道，支持RS-232/422/485 串口通讯标准和PCI-E 标准总线。

2.3.4 输入信号调理电路

该电路采用PC817 光耦作为隔离元件，输入信号接到PC817 输入端，经过光耦合转换为板卡可识别信号，进而将信号送交给工控机处理。

信号输入输出实现了隔离，提高了电路的安全性和抗干扰性，可实现高电平和低电平两种信号的输出。

3 测试系统软件设计

3.1 设计思路

软件系统采用Windows 7 操作系统作为开发背景，支持鼠标键盘交互，支持多显示器多CPU 通知工作，系统成熟稳定度高；开发环境选用NI Labview，使用图形化编辑语言G 编写，集成了CPIB/RS-232/RS-422 通讯功能，便于调试。

3.2 软件测试流程

测试环境是产品功能测试的实现载体，每个子功能测试模块相对独立，进入各个子功能验证模块时，首先对系统硬件软件环境进行自检，检测该功能检测需要用到的硬件资源是否合格，通过自检后，进入测试参数设置界面，如果自检不能通过，对应的测试功能无法使用。软件测试流程见图4。

图4 软件测试流程

4 控制器性能测试验证

4.1 过压保护功能检测

该模块主要为验证在汇流条电压过高情况下，产品是否会触发过压保护，并且过压保护的动作时间符合预期。产品过压保护设计门限及动作时间见表1。

表1 过压保护及动作时间

4.2 欠压保护功能检测

该模块主要为验证在汇流条电压过低情况下，产品是否会触发欠压保护，并且欠压保护的动作时间符合预期。

欠压保护测试子功能与过压保护子功能模块流程相近，仅在测试参数设置步骤更改为设置欠电压值及输出时间。

4.3 过流保护功能检测

该模块主要为验证在输出电流过大情况下，产品是否会触发过流保护，并且过流保护的动作时间符合预期。

产品功率输出主要通过K2、K3、K4 接线柱，K2、K4接线柱配电保护元器件为50A 断路器，K3 接线柱为150A熔断器。在产品自检通过，参数设置界面内，需设置参数门限值。参考断路器和熔断器动作曲线，K2、K4 接线柱加载100A 以内负载，K3 接线柱加载220A 以内负载。

4.4 反流保护功能检测

该模块主要为验证在功率/电流流向不正常情况下，产品是否会触发反流保护，并且反流保护的动作时间符合预期。

在产品自检通过，参数设置界面内，通过K1、K3 接线柱实现反流功能测试。进入反流测试功能后，系统会自动断开K2、K4 接线柱连接，同时操作员断开K2、K4 接线柱功率线。

4.5 短路保护功能检测

该模块主要为验证在汇流条或负载短路情况下，产品是否会触发短路保护，并且短路保护的动作时间符合预期。通过K3 接线柱输出对地短路，模拟短路保护试验环境，验证保护功能。

5 结语

文中通过对某型应急直流发电系统控制器（简称控制器）信号接口、功能结构以及性能测试指标的分析研究，设计研制一套控制器的测试系统。通过试验验证，该测试系统能够满足控制器各项性能参数的测试要求。目前，该测试系统已用于应急直流发电系统控制器的测试修理中。