Bei elektrischen Systemen von Flugzeugen müssen die elektrischen Parameter während der Produktion und Wartung geprüft werden. Aufgrund der Vielfalt der Parameter sind jedoch für die Prüfung eines bestimmten Systems unterschiedliche Messgeräte erforderlich, was die Investitionen in Prüfgeräte und die Komplexität der Prüfarbeiten erhöht. Daher ist der Einsatz eines multifunktionalen Prüfsystems für elektrische Flugzeugparameter notwendig. 1. Funktionsbeschreibung des Prüfsystems: Das umfassende Prüfsystem für elektrische Flugzeugparameter ist ein Satz spezialisierter Prüfgeräte, der speziell für die Anforderungen der Konstruktion und Prüfung elektrischer Systeme von Flugzeugen entwickelt wurde. Es dient hauptsächlich der Prüfung der elektrischen Kennwerte von Bordstromversorgungssystemen, statischen Umrichtern, Transformatoren, Gleichrichtern und Transformatoren im Rahmen von Bodentests elektrischer Systeme und Produkte. Ziel ist es, zu bewerten, ob die elektrischen Eigenschaften des Prüfobjekts den Anforderungen relevanter nationaler Militärnormen und Konstruktionsspezifikationen entsprechen. Das Prüfsystem basiert primär auf der multifunktionalen Datenerfassungskarte DAQ-2204 von ADLINK und integriert virtuelle Instrumententechnologie. Das System kann Parameter messen, die spezielle Datenerfassungs- und Analysemethoden gemäß der nationalen Militärnorm GJB181-1986 und der neuesten Revision GJB181A erfordern. Es zeichnet zudem Signalverläufe mehrerer Kanäle in Echtzeit auf und ersetzt damit die Funktionen von Oszilloskopen, Multimetern und Spektrumanalysatoren bei Bodenversuchen an elektrischen Systemen von Flugzeugen. Darüber hinaus kann das System aufgezeichnete historische Daten wiedergeben und automatisch Testberichte sowie Vergleichsdiagramme der Testergebnisse gemäß den nationalen Militärnormen erstellen und ausdrucken. Die digitalen Ein- und Ausgänge der Datenerfassungskarte ermöglichen die Steuerung von Lastwechseln und die synchrone Parameterprüfung. Zur einfachen Datenweitergabe an andere Analysesysteme ist das System mit einem lokalen Netzwerk (LAN) verbunden. 2. Merkmale der Prüfung elektrischer Parameter in Flugzeugen: Obwohl sich die Prüfung von Kernkomponenten in bestehenden elektrischen Systemen der militärischen und zivilen Luftfahrt unterscheidet (hauptsächlich hinsichtlich Anregungsquelle, Anregungsort und -zeitpunkt sowie Prüfpunkten), bleibt das grundlegende Prüfprinzip gleich: Das zu prüfende System wird zu einem bestimmten Zeitpunkt und an einem bestimmten Ort angeregt. Anschließend werden entsprechende Systeminformationen zum entsprechenden Zeitpunkt und am entsprechenden Ort erfasst. Abschließend werden verschiedene Leistungsparameter des elektrischen Systems mithilfe von Analysesoftware berechnet, um die Leistung des zu prüfenden Systems zu bewerten. 3. Hardware-Implementierungsprinzip: Die Hardware dieses Prüfsystems besteht im Wesentlichen aus einem Industrie-PC, einer PCI-Datenerfassungskarte, Signalaufbereitungsschaltungen, Sensoren und einem Drucker (siehe Abbildung 1). Abbildung 1: Schematische Darstellung des integrierten Systems zur Prüfung elektrischer Parameter. 3.1 Die Datenerfassungskarte und die industrielle PCI-Datenerfassungskarte sind die Kernkomponenten des Prüfsystems. Dieses System verwendet die multifunktionale Datenerfassungskarte ADLINK DAQ-2204 mit 64 unsymmetrischen oder 32 differenziellen analogen Eingangskanälen, einer maximalen Abtastfrequenz von 3 ms/s und einer Auflösung von 12 Bit. Die DAQ-2204 erfasst die Abtastdaten jedes Kanals durch Scannen. Beim Scannen der Signale der 12 differenziellen Kanäle wird eine Abtastfrequenz von über 100 kS/s pro Kanal sichergestellt. Dies gewährleistet die Durchführung von stationären Parameterprüfungen gemäß der nationalen Militärnorm GJB181. Ein weiterer Grund für die Wahl der DAQ-2204 als Datenerfassungskarte ist ihr synchroner digitaler Eingang (SDI). Die unteren 4 Bits der abgetasteten Daten der DAQ-2204 dienen als SDI-Eingangsbits. Durch die Erfassung der Trigger- und Taktsignale der Signalaufbereitungskarte über SDI lassen sich Transientenparameterprüfungen und stationäre Stoßspannungsanalysen einfach durchführen. Darüber hinaus werden die 24 universellen digitalen I/O-Kanäle des DAQ-2204 zur softwaregesteuerten Be- und Entladung elektrischer Lasten genutzt, wodurch die Steuerungsfunktionen des Systems erweitert werden. Diese Leistungsmerkmale gewährleisten die Prüfung von Übergangscharakteristika sowie verschiedener stationärer und transienter Zustände gemäß den Anforderungen der nationalen Militärnorm GJB-181. Aufgrund der erheblichen elektromagnetischen Störungen am Prüfstandort des elektrischen Systems und um eine gute Echtzeit-Datenerfassung und schnelle Analyse zu gewährleisten, wurde ein leistungsstarker Industrie-PC als Hauptsteuerung gewählt. 3.2 Sensoren und Signalaufbereitung Die in diesem Testsystem geprüften Signale umfassen verschiedene Spannungs- und Stromsignale des Bordnetzes. Spannungssignale gelangen direkt in die Aufbereitungsbox, werden durch Präzisionswiderstände geteilt und anschließend in das Testsystem eingespeist. Stromsignale werden zunächst mittels LEM-Sensoren in Spannungssignale umgewandelt und dann durch Präzisionswiderstände abgetastet, bevor sie in das Testsystem gelangen. Aufgrund der besonderen Anforderungen an die Prüfung von drei Parametern – AC- und DC-Spannungsverzerrung sowie der DC-Komponente der AC-Spannung – wurde in diesem Testsystem eine entsprechende Aufbereitungsschaltung entwickelt. Diese verbessert die Bandbreite und das dynamische Verhalten des Systems und erhöht somit dessen Gesamtleistung. 4. Software-Design: Als umfassendes System zur Prüfung elektrischer Parameter stellt dieses System hohe Anforderungen an die Analysesoftware. Es erfordert nicht nur einen robusten Betrieb, sondern auch umfassende Funktionalität, hohe Ausführungseffizienz und komfortables Datenmanagement. Daher wurde für die Anwendungssoftwareentwicklung LabVIEW 7 gewählt, eine renommierte grafische Entwicklungssoftware im Bereich Mess- und Regelungstechnik. Die gesamte Mess- und Analysesoftware wird mithilfe von virtuellen Instrumenten implementiert. LabVIEW 7 ist eine hocheffiziente grafische Entwicklungsumgebung, die eine benutzerfreundliche grafische Entwicklungsmethode, eine flexible und leistungsstarke Programmiersprache sowie umfangreiche Datenanalysemodule kombiniert. Dadurch kann der Entwicklungszyklus deutlich verkürzt und die Softwarequalität verbessert werden. Beim Kauf des DAQ-2204 liefert ADLINK zusammen mit der Platine das Treibersoftwarepaket D2K-LVIEW für die LabVIEW-Entwicklungsplattform. Dies gewährleistet, dass Anwender voll funktionsfähige Testsystem-Softwaremodule durch einfaches Design implementieren können, ohne Low-Level-Treiber für die Platine entwickeln zu müssen. Dank der Unterstützung von D2K-LVIEW müssen Anwender bei der Entwicklung von LabVIEW-basierter Mess- und Steuerungssoftware nicht viel Zeit für die Entwicklung entsprechender Platinentreiber aufwenden. Die Verwendung von ADLINK-Produkten ist genauso komfortabel wie die von NI-Produkten. Die Test- und Analysesoftware ist entsprechend den unterschiedlichen Testinhalten in zwei Teile gegliedert: Parameterprüfung gemäß der nationalen Militärnorm GJB181-1986 und Parameterprüfung gemäß der nationalen Militärnorm GJB181A. Der erste Teil ist in mehrere Submodule unterteilt, die auf den unterschiedlichen Testinhalten basieren, darunter: ein Modul zur Einstellung der Testkanalparameter, ein Modul zur Analyse der dreiphasigen Wechselspannung im stationären Zustand, ein Modul zur Analyse der Wechselspannungsmodulation, ein Modul zur Analyse der Wechselspannungsstoßspannung im stationären Zustand, ein Frequenzanalysemodul, ein Modul zur Analyse der Gleichspannung im stationären Zustand, ein Modul zur Messung von Leistung und Leistungsfaktor sowie ein Modul zur Prüfung von Anregungsparametern. Der Abschnitt GJB181A umfasst unter anderem ein Modul zur Prüfung von Wechselstrom- und Gleichstromverzerrungen. Jedes Prüfmodul wird vom Hauptsteuermodul einheitlich gesteuert und implementiert Funktionen wie die Speicherung und Wiedergabe von Prüfdaten sowie die Erstellung und den Druck von Prüfberichten. Abbildung 2 und 3 zeigen das Software-Strukturdiagramm des integrierten Prüfsystems für elektrische Parameter bzw. die Schnittstelle zur Analyse der dreiphasigen Wechselspannung im stationären Zustand. Abbildung 2: Software-Strukturdiagramm des integrierten Prüfsystems für elektrische Parameter. Abbildung 3: Schnittstelle zur Analyse der dreiphasigen Wechselspannung im stationären Zustand. 5. Fazit: Dieses integrierte Prüfsystem für elektrische Flugzeugparameter wurde speziell für die Eigenschaften von Flugzeugelektriksystemen entwickelt. Es dient hauptsächlich der Inspektion und Prüfung während der Produktion und Wartung von Flugzeugelektriksystemen. Die Messgenauigkeit für Wechsel- und Gleichspannung im stationären Zustand sowie für Phasenverschiebungen beträgt 0,2 %, die Genauigkeit bei Transientenmessungen 0,5 % und die Frequenzgenauigkeit 0,02 %. Es erfüllt die Prüfanforderungen der nationalen Militärnormen GJB181-1986 und GJB181A vollständig. Es wurde von zahlreichen Herstellern elektrischer Systeme für die Luftfahrt und Forschungsinstituten mit zufriedenstellenden Ergebnissen eingesetzt. Referenzen: [1] DAQ-2204/2205/2206 Benutzerhandbuch. ADLINK Technology Inc., 2002, (1). [2] Lü Yongjian, Wang Jin, Xie Wenjun. Anwendung einer intelligenten Schnittstelle in einem automatischen Testsystem für die Stromversorgung von Flugzeugen. Mess- und Regelungstechnik, 2002, (9). [3] Yang Leping, Li Haitao et al. Fortgeschrittene LabVIEW-Programmierung. Tsinghua University Press, 2003.4. Zugehörigkeit des Autors: Beijing Yiheng Yingtong Technology Co., Ltd. Adresse: 3A10, Gebäude B2, Changyuan Tiandi, Nr. 18 Suzhou Straße, Bezirk Haidian, Peking 100080. E-Mail: [email protected]