航空接觸件離位試驗系統(tǒng)設(shè)計

劉顯明 郭 旭 姜 雷

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

本測試系統(tǒng)的核心是基于PCI總線的虛擬儀器技術(shù)。虛擬儀器把計算機硬件和儀器硬件的組合為其通用的硬件平臺，它通過計算機軟件設(shè)計，將計算機的核心硬件以及各大外圍總線與儀器硬件有機結(jié)合，并且把計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力、較快的控制速度與儀器硬件的數(shù)據(jù)采集與處理等功能緊密結(jié)合在了一起。操作者只需要在計算機軟件界面中，就可以對儀器硬件進行相關(guān)控制，并對儀器硬件進行快速的讀寫數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)處理操作。總的來說，虛擬儀器技術(shù)就是以高性能的模塊化硬件基礎(chǔ)，把高效靈活的計算機作為平臺，來完成各種測試、測量和自動化控制。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

機柜采用碳鋼型材支架結(jié)構(gòu)，由工控機控制單元、儀表控制單元、子模塊工作臺、安全防護單元以及人機交互單元等組成。

工控機控制單元的核心為一臺研華高性能工控機，用于處理采集和處理測試數(shù)據(jù)，并監(jiān)測系統(tǒng)地運行狀態(tài)與執(zhí)行流程；儀表控制單元主要包括用于檢測電連接器接觸件的瞬斷現(xiàn)象；子模塊工作臺面向不同的測試對象而設(shè)計，包括對被測件的定位與夾緊以及機械傳動裝置等，保證測量系統(tǒng)獲得良好的信號檢測；安全防護單元主要保護操作人員的人身安全；人機交互單元包括顯示屏、啟動控制按鈕、狀態(tài)指示燈以及鼠標鍵盤等，實現(xiàn)操作人員與測試系統(tǒng)的信息交互。

2 接觸件離位試驗?zāi)K

接觸件離位試驗指將接觸件壓接合適尺寸的膠合鋼纜并裝入電連接器，固定到轉(zhuǎn)盤邊緣，通過滑輪附加一個13.3N的重物，然后再步進電機的轉(zhuǎn)動下進行360度循環(huán)，在該過程中測試電連接器信號的瞬時通斷。

轉(zhuǎn)盤上將有連接器轉(zhuǎn)接板，對于不同的連接器，該轉(zhuǎn)接板的連接器安裝孔位置不一樣，以適應(yīng)換型的需要，轉(zhuǎn)盤與電機之間配以固定滑環(huán)，以指針相連，用于導(dǎo)出電信號，配合瞬斷測試儀檢測被試件的性能。

3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)基于PCI總線和LabVIEW軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的測量與控制功能。系統(tǒng)具有虛擬儀器控制和信號調(diào)理功能。工控機實現(xiàn)對虛擬儀器的控制，完成測量過程和測試結(jié)果的顯示，同時實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，根據(jù)數(shù)字I/O的狀態(tài)反饋來實現(xiàn)伺服系統(tǒng)的動作控制等。工控機提供操作系統(tǒng)和控制軟件的運行環(huán)境，通過顯示器、鍵盤、鼠標等人機交互界面、接口完成人和設(shè)備間的信息交互

3.1 伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)選用歐姆龍公 司OMNUC G5系 列R88M-K20030HBOS2-Z伺服電機和相應(yīng)的R88DKT02H-Z伺服驅(qū)動器，該伺服系統(tǒng)除位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制外，還可進行全閉環(huán)控制，電機容量200W，輸入電源AC200V，電機標準配備高分辨率的20位增量型編碼器。作為增益調(diào)整功能，配備實時自動調(diào)諧功能與自適應(yīng)濾波器功能，也可自動進行復(fù)雜的增益調(diào)整。此外，還可對用于減少動作中機械共振的陷波濾波器進行自動設(shè)定，從而可減少機械振動。另外，該伺服系統(tǒng)還配備抑振控制功能，負載剛性低、會振動的機構(gòu)可穩(wěn)定停止，完全滿足接觸件離位試驗的使用要求和環(huán)境要求。

3.2 瞬斷測試儀。為了檢測電連接器在接觸件離位試驗時的電氣性能，采用日本NAC公司的瞬斷檢測儀NM-11B監(jiān)測點連接器處的電連接性，驗證瞬斷時間是否符合產(chǎn)品標準規(guī)定要求。該儀器可設(shè)定瞬斷時間，用作電連接器及其組件進行振動、沖擊、碰撞等動載荷環(huán)境試驗時的監(jiān)測儀，可根據(jù)產(chǎn)品標準規(guī)定的試驗條件，由用戶設(shè)定作為合格判據(jù)的監(jiān)測瞬斷時間為0.1～99.9μs，監(jiān)測瞬斷時間是否符合產(chǎn)品標準規(guī)定要求。該儀器設(shè)有10個獨立的數(shù)字和燈光顯示窗口，可連續(xù)監(jiān)測10個平行回路瞬斷時間，并可多臺并聯(lián)，增加監(jiān)測回路數(shù)。

NM-11B瞬斷儀參數(shù)指標： 檢查電壓：DC3.3V±5%； 檢 查 電 流：100mAmax；判定電阻：33Ω±10%/@25℃；檢查范圍：0.1μsec～99.9μsec；檢查準確度：±0.1μsec/@25℃；容許電容量：100pF以下。

3.3 多功能數(shù)據(jù)采集卡。采用美國NI公司的M系列NI6281數(shù)據(jù)采集卡，該型號采集卡集成了模擬輸入、模擬輸出、計數(shù)器/定時器和數(shù)字I/O。M系列使用新型的高速數(shù)字隔離器，消除接地回路以及抑止高共模電壓，提供更好的精確性和安全性。

NI6281數(shù)采卡參數(shù)指標：支持USB、PCI總線；模擬輸入：16單端/8差分；采樣率：625kS/s；輸入分辨率：18bit；模擬輸出：2路；輸出分辨率：16bit；更新率：2.86MS/s；DIO：24DIO；計數(shù)器：2路；支持Windows7/Vista/XP/2000操作系統(tǒng)；兼容LabVIEW等多種軟件。

4.軟件設(shè)計

4.1 開發(fā)環(huán)境。軟件設(shè)計開發(fā)環(huán)境為LabVIEW，LabVIEW是NI公司的可視化、跨平臺并使用圖標代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的虛擬儀器開發(fā)平臺。LabVIEW廣泛支持各種儀器硬件的驅(qū)動，包含大量內(nèi)置和拓展的函數(shù)庫，并且均形象地表現(xiàn)為圖形化編程語言函數(shù)。它可以提供直觀明了的圖形化開發(fā)環(huán)境，開放且符合工業(yè)標準的軟件，內(nèi)置編譯器加快運行速度，多平臺兼容，可與大量硬件接口（I/O）緊密結(jié)合。軟件基于成熟的模塊設(shè)計，具有參數(shù)設(shè)置、試驗控制、數(shù)據(jù)管理和使用幫助等功能。

4.2 結(jié)構(gòu)功能：（1）用戶管理。按權(quán)限不同把用戶分為管理員和操作員兩類。管理員不僅能夠進行操作，還能夠進行用戶管理的操作等；操作員只能進行一般操作。（2）參數(shù)設(shè)置：根據(jù)試驗要求進行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。（3）操作控制：可進行試驗的具體操作控制，主要是電機控制和數(shù)據(jù)采集等功能。（4）數(shù)據(jù)管理：實現(xiàn)對試驗項目信息、采集的數(shù)據(jù)等必要數(shù)據(jù)進行記錄、保存、提取等功能。（5）使用幫助：指導(dǎo)和提示用戶進行正確的操作和必要的日常維護。

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