飞机地面空调车多功能检测控制系统的设计与实现

曹智　杨旺

摘要：本文提出的多功能检测控制系统是基于工控机和自动化检测控制技术实现的。该系统可对空调车的相关工作参数进行采集、控制、存储和分析，并对检测的各项参数进行评估，以保证飞机在飞行保障前的可靠工作。实际使用表明该系统设计合理、运行稳定可靠，大大提高了飞机地面空调车的地面保障能力。

Abstract： Multi-purpose measurement and control system proposed in this paper is designed based on industrial control computer and automatic detection and control technology. This system could be used for air-condition working parameter acquisition， control， storage and analysis， to evaluate detection of various parameters， and to ensure the reliable work of aircraft in flight before. Practical use and verification shows that the system design is reasonable， stable and reliable， has greatly improving the ground support ability of aircraft.

关键词： 检测控制系统；工控机；数据采集；飞机地面空调车

Key words： measurement and control system；industrial controller；data acquisition；aircraft ground air conditioning carts

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）06-0208-02

0 引言

飞机地面空调车是在飞机发动机停机状态下，在地面通电检查和维修飞机电器电子设备时给飞机舱内提供干燥而洁净的给定温度和湿度的冷风、热风和通风，用来控制飞机电器电子设备工作环境条件的设备[1]。目前，飞机地面空调车被广泛应用于部队、飞机制造厂、试飞院等场所的各型飞机地面保障使用[2]，为飞机在地面进行检查、维护和维修，保障机上电子设备可靠工作提供了有力的保障。由于以往的空调车多是采用仪表和机械控制，当出现故障时除了利用经验判断外，没有快速解决故障的方法。针对上述问题，本文设计了飞机地面空调车多功能检测系统。该系统能够使工作人员对空调车的工作参数和运行状态进行全面掌握，辅助工作人员快速准确的判断故障原因并及时找到相应的解决办法。

1 方案设计

1.1 技术设计要求

①设计传感器信号采集电路，可采集4～20mA电流信号、0～5V电压信号，并确保信号无损耗的采集。②设计鼓风机变频器控制电路，保证实际所需的通风量。③设计温度控制电路，保证实际所需的供风温度。④设计风压控制电路，保证实际所需的供风压力，并在风压超限时自动停车。⑤设计参数实时显示功能，使操作人员可直观查看各项工作参数及空调车的运行状态。⑥设计信息存储功能，确保各项工作参数被实时记录。

1.2 方案设计

空调车多功能检测控制系统包括：工控机（采用嵌入式低功耗Intel X86 CPU，并可在多种环境中安全稳定、高效运行的PC/104-Plus主板模块，内部集成了32路转换精度为12位的A/D模块，可有效提高参数采集的准确性和稳定性），液晶显示屏，数据存储器、控制按钮和软件设计。工控机通过RS485串行通讯的方式，对鼓风机变频器、空调电加热器进行实时闭环回路控制，达到实际使用的需求。通过RS232串行通讯的方式，对发电机组的运行状态进行实时监控。其原理框图如图1所示。

空调车多功能检测控制系统的信号传输电路按照设计要求主要由温度、压力、流量传感器和进出风管路构成，所有传感器均按照国军标要求固定在进出风管路的各个关键位置（如进风口、鼓风机出风口、空调蒸发器出口及出风口等处）上，将各个物理量参数转换成模拟量信号。各传感器严格按照高精度、高可靠性原则进行选用，其输出的模拟量信号均为标准的4～20mA电流信号（抗干扰能力强），所有信号传输电路采用双绞屏蔽线，降低外界干扰。

2 电路设计

空调车多功能检测控制系统分为几个独立的小系统，根据其功能、运行程序将几个独立小系统串联形成一个完整的检测控制系统。因此可根据各个小系统的主要功能、总体结构和连接关系，设计相应的电路[3]。

2.1 传感器信号采集电路

所有温度、流量、压力传感器的输出信号均为4～20mA，工控机通过PC104总线进行信号读取，通过PM515信号转换模块将4～20mA电流信号转换至0～5V电压信号，提供给工控机。同时通过PM515信号转换模块的冷端补偿参数，对电流信号进行实时补偿，保证测量精度等级[4]。

2.2 变频器、温度控制电路和风压报警电路

系统将工控机的串行通讯口与变频器、电加热器、发电机组连接，通过控制程序对变频器和电加热器进行参数的写入，保证通风量和通风温度的准确输出。为使数据信号能够完全的传输、降低外界干扰，系统采用双绞屏蔽线进行直连的方式进行连接，可有效降低外界干扰[5]。风压报警电路是根据风压传感器的实时参数进行工作的，当风压值超限时工控机通过数字量输出端口控制报警器，警示操作人员空调车发出的警报，并同时通过控制电路使空调车自动停车。

2.3 参数实时显示电路

工控机有标准的VGA视频接口，通过VGA接口与液晶显示屏（具备宽温范围使用要求）连接，通过预编的控制程序将各项实时测得的工作参数进行转换和显示。同时通过程序将实时的各项参数进行存储，记录的参数有温度值、压力值、流量值等并可实现报警信息和时间的记录。

3 电源设计

空调车多功能检测控制系统的工作电源有2种：12V直流电源和5V直流电源。在电源电路设计时采用了隔离稳压电源[6]，防止两种电源地交叉产生的干扰；同时对电源电路增加保险丝，防止大电流振荡导致系统失效，影响空调车不能正常工作。

4 软件设计

本系统的软件设计是以Visual C++6.0为工具，通过C++语言进行程序的编写，将采集信号进行线性映射计算以及参数补偿，得出相关数据的真实值，最后通过MFC文件反映出系统各设备的相关状态。通过MODBUS协议（RS232，RS485接口），向各个设备发送读写命令，接收返回的MODBUS语句。把需要的数据段从MODBUS语句中提取出来，转成需要采集的数据，同时通过发送控制指令修改参数，达到对各个设备的控制目的。

5 面板设计

为了操作和维修方便，在系统面板设计时将液晶显示屏与参数设置开关设计在操作人员能直视、易于观察的位置，以满足人机工程的要求。电源开关、功能选择开关、启停开关的操作部分设计在便于操作使用的位置。系统的面板布局合理，方便简单，美观大方。

6 结论

本系统经过1600多小时的场外使用验证表明，根据参数显示要求，参数显示可达小数点后两位。经验证，其显示误差为0.1%；程序运行稳定可靠，在使用期间无程序问题导致系统不能正常运行；性能满足使用需求，达到了设计要求。该系统可提高操作人员对空调车的维修判断能力，将维修判断时间缩短为10min，并提高了空调车的可靠运行和保障能力，其MTBF约为3000h，具有明显的军事效益和经济效益。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家军用标准.GJB2643-96，飞机空调车航空通用规范[S].北京：国防科工委军标出版社，1996.

[2]宋兆华.通用型飞机地面空调车的研究与实现[J].沈阳航空航天大学学报，2013，30（3）：20-22.

[3]张国雄.测控电路[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4]张华，赵文柱.热工测量仪表.北京：冶金工业出版社，2006.

[5]张彬彬.飞机地面空调车智能温度控制算法的应用研究[D].沈阳航空航天大学，2013.

[6]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000.