基于RS-422總線通訊的試車臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、    基于rs-422總線通訊的試車臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)    徐昊林山唐震朱赤洲【摘  要】數(shù)字化是現(xiàn)代試車臺(tái)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一，操控指令數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院透咝允呛娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)研制的重要保證。本文結(jié)合試車臺(tái)控制系統(tǒng)的現(xiàn)有情況，分析了發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和試車臺(tái)通訊的具體需求，設(shè)計(jì)了一種基于rs-422總線通訊方式的試車臺(tái)控制系統(tǒng)，此方法已多個(gè)型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制進(jìn)行了應(yīng)用，可擴(kuò)展性強(qiáng)、具有很好的使用價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái);rs-422總線;控制系統(tǒng)0引言航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試車臺(tái)的重要組成部分之一。在現(xiàn)代武器裝備信息化

2、的背景下，為了滿足現(xiàn)代化裝備需求，航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)技術(shù)需要進(jìn)行改進(jìn)和提升，控制技術(shù)已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的電氣控制方式，向數(shù)字化信息化方向延伸，這也對航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的控制系統(tǒng)提出了更高要求。試車臺(tái)控制系統(tǒng)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試車臺(tái)的重要組成部分，是控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)安全的重要工具之一，其主要功能是模擬飛機(jī)對發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)操縱人員對發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字指令控制和發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸。rs-422為全雙工串行數(shù)據(jù)通信接口標(biāo)準(zhǔn)，作為一種性能穩(wěn)定，傳輸可靠，抗干擾能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)相對簡單的總線通訊方式，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)上各種機(jī)載設(shè)備的管理及數(shù)據(jù)傳輸。因此建立一套基于rs-422總線協(xié)議的試車臺(tái)

3、控制系統(tǒng)不僅是裝備現(xiàn)代化要求，也對于提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試車臺(tái)的試驗(yàn)?zāi)芰?，提高試?yàn)效率具有十分重要的意義。本文以航空發(fā)動(dòng)機(jī)rs-422總線通訊模式為研究對象，以現(xiàn)有航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試車臺(tái)軟硬件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，具體分析了試車臺(tái)控制系統(tǒng)的數(shù)字化需求，設(shè)計(jì)了一種操作方便，性能穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)測控系統(tǒng)通訊軟件，滿足了航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試車臺(tái)的實(shí)際需要，為發(fā)動(dòng)機(jī)新型號(hào)的研制提供可靠的保障。1技術(shù)方案1.1rs-422總線原理rs-422總線是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（eia）制定的平衡發(fā)送、平衡接收的標(biāo)準(zhǔn)異步串行總線。作為一種平衡通信總線，它采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，不必控制數(shù)據(jù)方向，可以將傳輸速率提高到10mb/s，傳輸距

4、離延長到1200米。rs-422總線硬軟件支持豐富，與現(xiàn)場儀表接口簡單，易于實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展，性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，可滿足現(xiàn)代遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)小型化、集成化的發(fā)展要求，且由于rs-422總線的通用性，沒有對插接件電纜、高層通信協(xié)議作規(guī)定，而廣泛應(yīng)用于飛機(jī)控制系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)等各種航空機(jī)載設(shè)備的通訊中。1.2設(shè)計(jì)原則根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際需求和軟件的編制規(guī)范原則，結(jié)合試車臺(tái)現(xiàn)有的測控系統(tǒng)功能，試車臺(tái)控制系統(tǒng)依據(jù)以下原則設(shè)計(jì)：（1）功能完備性：試車臺(tái)飛機(jī)模擬系統(tǒng)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，不僅具備與試車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通訊能力，還需要有控制指令輸入/輸出能力，以及關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和展示的功能。（2）實(shí)用性：試

5、車臺(tái)控制系統(tǒng)必須具有易操作性，充分考慮試車人員的現(xiàn)實(shí)需求，增強(qiáng)該系統(tǒng)的智能化程度，人員操作方便，顯示直觀。（3）可靠性：發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)必須保證穩(wěn)定運(yùn)行，傳輸操控指令可靠，保證發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)安全。（4）實(shí)時(shí)性：試車臺(tái)控制系統(tǒng)必須具備良好實(shí)時(shí)性，以滿足試驗(yàn)需求。（5）可擴(kuò)展性：系統(tǒng)必須具備良好的可擴(kuò)展性。1.3總體方案設(shè)計(jì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試車臺(tái)測控系統(tǒng)以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為核心，包括數(shù)據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和試車流程系統(tǒng)組成，其主要功能是為發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)提供相關(guān)參數(shù)采集分析、計(jì)算和處理、存儲(chǔ)以及復(fù)放等功能。試車臺(tái)各系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)的共享。試車臺(tái)控制系統(tǒng)通過tcp/i

6、p協(xié)議和opc技術(shù)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)與臺(tái)架測量數(shù)據(jù)交互，通過rs-422總線與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)行通訊。試車臺(tái)控制系統(tǒng)軟件依托于臺(tái)架計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)與試車臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，用于獲取試車臺(tái)測量數(shù)據(jù)。該計(jì)算機(jī)配備多串口卡，通過rs-422總線與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)重要參數(shù)，將相關(guān)信息通過局域網(wǎng)傳輸給試車臺(tái)測控系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)和記錄。2詳細(xì)設(shè)計(jì)2.1通訊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)rs-422總線的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)研制的實(shí)際功能需求，定義了控制系統(tǒng)的通訊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通訊數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)包頭、測量數(shù)據(jù)、總線開出和數(shù)據(jù)校驗(yàn)和構(gòu)成。2.2功能設(shè)計(jì)根據(jù)試車臺(tái)控制系統(tǒng)的總體

7、方案和發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際需求，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如下9種功能模塊。（1）數(shù)據(jù)大小端轉(zhuǎn)化功能。一般來說計(jì)算機(jī)（windows操作系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式為小端模式，而控制器為嵌入式處理器，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式為大端模式，因此設(shè)計(jì)了大小端自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，方便用戶使用與維護(hù)。（2）校驗(yàn)和計(jì)算功能。數(shù)據(jù)包校驗(yàn)和是為了保證通訊數(shù)據(jù)長距離傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性，對數(shù)據(jù)包內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行的一種計(jì)算。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多種校驗(yàn)和算法可供用戶選擇。（3）型號(hào)選擇功能。本系統(tǒng)適用于多型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)。（4）測試數(shù)據(jù)獲取。系統(tǒng)可通過tcp/ip協(xié)議和數(shù)據(jù)庫訪問功能實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通訊互聯(lián)，可實(shí)時(shí)獲取試車臺(tái)重要測量參數(shù)。（5）設(shè)備參數(shù)獲取。系統(tǒng)

8、可以通過opc技術(shù)訪問臺(tái)架plc電氣系統(tǒng)，獲取臺(tái)架電氣系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)。（6）與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器通訊。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與數(shù)字電子控制器（eec）的rs-422總線通訊，可將發(fā)動(dòng)機(jī)控制指令信號(hào)經(jīng)rs-422總線實(shí)時(shí)傳輸給數(shù)字電子控制器（eec），并可通過rs-422總線實(shí)時(shí)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的監(jiān)控參數(shù)和告警故障字。（7）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。系統(tǒng)可在本地記錄試驗(yàn)過程中的所有控制指令和控制器相關(guān)的監(jiān)控參數(shù)和告警故障字，同時(shí)將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)。（8）發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)顯示功能。系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取了數(shù)字電子控制器（eec）的工作指示和告警字，在界面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。（9）數(shù)據(jù)應(yīng)答響應(yīng)模式。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多種數(shù)據(jù)應(yīng)答模式以滿足

9、試驗(yàn)需求，包括定時(shí)發(fā)送模式，數(shù)據(jù)事件觸發(fā)發(fā)送模式等。2.3界面設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)，在充分考慮了試驗(yàn)人員的用戶體驗(yàn)和實(shí)際需求的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的操作界面。界面包括型號(hào)選擇，測量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示介面，系統(tǒng)狀態(tài)指示界面等。在系統(tǒng)菜單上設(shè)計(jì)了板卡初始化、系統(tǒng)復(fù)位等功能，保障了本系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性。本系統(tǒng)還具有參數(shù)配置的讀取與保存功能，將所需配置以數(shù)據(jù)庫形式保存，同時(shí)系統(tǒng)以動(dòng)態(tài)連接庫形式預(yù)留了二次開發(fā)的軟件接口，提升了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。3總結(jié)基于rs-422總線通訊的試車臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，完善了航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的功能，提升了試車臺(tái)測控系統(tǒng)的數(shù)字化能力。該系統(tǒng)已應(yīng)用于多個(gè)重點(diǎn)型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制過程，滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)科研試驗(yàn)任務(wù)的需要，使用效果良好，具備較高的推廣價(jià)值。參考文獻(xiàn)：1邢達(dá)波，艾波.機(jī)載rs422 總線采集技術(shù)應(yīng)用研究j.中國科技信息，2016，21：73-74.2卞學(xué)紅，唐武忠，薛戰(zhàn)軍.rs-422總線測試系統(tǒng)校準(zhǔn)