工控自動化應用方案：航空器增壓艙功能性測試的新創意

航空器增壓艙功能性測試的新創意

The Challenge:
　　通過創新測試方法降低航空器密封性檢驗設備的投資成本。通過自動化過程控製增加測試結果的精度及數據的可靠性。
The Solution:
　　將(jiang)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)用(yong)於(yu)綜(zong)合(he)過(guo)程(cheng)序(xu)列(lie)測(ce)試(shi)，由(you)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)測(ce)試(shi)裝(zhuang)置(zhi)。測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)從(cong)手(shou)工(gong)改(gai)為(wei)全(quan)自(zi)動(dong)化(hua)方(fang)法(fa)模(mo)式(shi)。數(shu)據(ju)測(ce)試(shi)的(de)記(ji)錄(lu)及(ji)處(chu)理(li)通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)機(ji)核(he)查(zha)。
　　"基於用戶開發V I 實現的低成本虛擬儀器係統具有高性價比。LabVIEW作為其中關鍵，提供了測試設備中集成的DAQ硬件及自動化的測試計劃和文檔。LabVIEW 靈活、友好的圖形化編程環境在很大程度上縮短了係統開發時間。"
　　根據FAR 25.841 規範，飛行高度超過8,000 ft 的航天器必須進行壓力艙測試。直到目前這類測試都采用傳統方法。測試方法不能直接得到測試結果。參數需要手寫，並手工計算。
　　為了簡化測試步驟，提高測試數據的精度，我們開發了基於計算機及數據采集設備（DAQ）的測試方法。LabVIEW 被用於自動操作測試數據流及數據處理。該軟件應用提供了圖形化可視界麵及測試結果的彙總。
係統概述
　　如ru上shang文wen提ti到dao，舊jiu測ce試shi方fang法fa需xu要yao手shou工gong進jin行xing數shu據ju收shou集ji及ji分fen析xi，所suo以yi效xiao率lv很hen低di，測ce試shi性xing能neng完wan全quan取qu決jue於yu操cao作zuo員yuan。操cao作zuo員yuan在zai所suo有you測ce試shi過guo程cheng中zhong需xu要yao手shou工gong操cao作zuo、記錄數據、控(kong)製(zhi)及(ji)監(jian)測(ce)測(ce)試(shi)。新(xin)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)實(shi)現(xian)了(le)創(chuang)新(xin)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)測(ce)試(shi)。我(wo)們(men)改(gai)進(jin)了(le)測(ce)試(shi)步(bu)驟(zhou)，在(zai)單(dan)個(ge)集(ji)成(cheng)係(xi)統(tong)中(zhong)實(shi)現(xian)由(you)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)的(de)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)及(ji)分(fen)析(xi)。
創新測試自動化過程的目標：
● 縮減測試設備的投資成本
● 簡化測試方法
● 自動化的測試及控製方法提高了測試的性能及精度
● 獨立控製係統監測能力
● 降低測試參數的誤讀
● 自動生成測試結果
● 基於Windows 的軟件控製應用
● 界麵用戶友好
硬件實現
　　自動化泄漏測試設備的組成配置包括計算機、數據采集設備、電磁閥、氣源、壓力變送器及溫度變送器等。係統能夠精確、快速、自動地測量航天器增壓艙的特定泄漏區域等級。計算機及DAQ 設備用於處理過程控製序列測試及采集數據。控製裝置將狀態閥控製在相應值並從傳感器采集數據。泄露測試係統采用四通道DAQ設備。通道與傳感器及電磁閥相連，並包裹於電纜中。
　　測ce試shi過guo程cheng首shou先xian壓ya縮suo艙cang體ti或huo被bei測ce單dan元yuan，直zhi至zhi壓ya力li達da到dao特te定ding值zhi。艙cang體ti環huan境jing的de壓ya力li及ji溫wen度du通tong過guo傳chuan感gan器qi或huo變bian送song器qi測ce量liang。變bian送song器qi將jiang測ce量liang值zhi轉zhuan換huan成cheng電dian流liu或huo電dian壓ya。
　　計算機處理由變送器及DAQ 設備采集的艙體壓力及溫度數據。當艙體壓力超過臨界值時，電磁閥將控製艙體壓力輸入的流量。圖1為測試係統的框圖示意。

　　　　　　　　　　　　　　　圖1.泄漏測試係統的框圖示意

軟件實現
　　泄漏測試係統采用DAQ 設備，通過LabVIEW 軟件編寫虛擬儀器（VI）實現完全控製。　LabVIEW 能夠控製DAQ 設備讀取模擬輸入信號（A/D 轉換），生成模擬輸出信號（D/A 轉換），並讀寫數字信號。電壓數據輸入計算機上的插入式DAQ 設備，並送到存儲器進行保存、處理。
我們在LabVIEW 圖形化編程環境下完成軟件開發，保證了軟件的高度模塊化及可擴展性。　LabVIEW 是層次式的，任何虛擬儀器都能快速轉換為模塊，作為另一個VI 的子模塊。我們將軟件整體配置成獨立的虛擬儀器，它包括了係統控製器、數據采集、及數據分析和顯示。
我們將七個VI 集成到最終的主VI 中，通過主VI 的圖形化用戶界麵（GUI）（如圖2 顯示），用戶能夠觀察增壓艙的泄漏測試監測過程。在測試執行中，計算機顯示主LabVIEW VI 界麵，該界麵包括若幹菜單：用戶認證、參數設置、輸出波形繪製等。測試通過時界麵顯示“GO”，測試失敗則顯示“NO GO”。

　　　　　　　　　　圖2.圖形化用戶界麵及結果顯示窗口
　　軟件測試的操作非常簡單。首先必須安裝測試設備，作為測試的配置。然後初始化參數或變量，如壓力、溫度、艙體容量、允許泄漏區域、及測試持續時間等。完成所有配置設定後便可開始測試。軟件功能包括係統控製及數據處理。軟件還能控製狀態閥、讀取傳感器數據、處理或分析采集數據。
　　為了能在計算機屏幕上監測測試狀態，GUI 顯示三個圖表：比率曲線、參照曲線、測量結果曲線。艙體泄漏區域值及所有測試過程的結果同樣可觀測。操作員在測試過程中無需記錄數據。
最zui終zhong測ce試shi結jie果guo報bao告gao的de打da印yin很hen簡jian單dan，用yong戶hu可ke以yi輕qing鬆song完wan成cheng測ce試shi文wen檔dang。測ce量liang過guo程cheng中zhong用yong到dao的de變bian量liang及ji測ce試shi結jie果guo都dou保bao存cun在zai磁ci盤pan上shang，數shu據ju以yi文wen本ben格ge式shi保bao存cun，可ke通tong過guoExcel 或文本編輯器打開。

　　　　　　　　　　　　　　表1.新、舊測試係統間的比較
係統性能
　　我們為自動化校驗開發的VI 能夠滿足所有需求。在達到不同功能性測試的精度要求同時，還在測試速度、成本、緊湊型等方麵超越了舊測試係統。每個VI 完成數據的采集、度量，並與閾值進行比較。GO或NO GO標識控製在失敗事件時關閉電源，或在存儲測試結果後完成最終測試報告。上表中比較了舊測試係統及基於Vi 的新係統。
　　測試時間縮短的主要原因是能夠連續執行控製係統配置、數據采集和顯示及測試報告生成等步驟。
結論
　　基於用戶開發V I 實現的低成本虛擬儀器係統具有高性價比。LabVIEW作為其中關鍵，提供了測試設備中集成的DAQ硬件及自動化的測試計劃和文檔。LabVIEW 靈活、友好的圖形化編程環境在很大程度上縮短了係統開發時間。
　　將本研究作為鋪墊，可在進一步軟硬件平台開發中實現易修改的係統，甚至可集成其它類型測試或完成類似係統測試。

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