飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现（可编辑）

飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现南京航空航天大学硕士学位论文飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现姓名罗丹申请学位级别硕士专业电路与系统指导教师吴宁201012南京航空航天大学硕士学位论文摘要液压试验台数据采集与测控系统是某重点型号高教机液压系统地面模拟试验台的重要子系统,数据采集系统与便携式测控系统是该系统的两个重要组成部分。数据采集系统主要用于飞机液压系统各测试项目中压力、流量、温度及转速等144路物理量性能参数的测量,便携式测控系统既可以作为一套独立的测控系统进行液压成附件试验,又可以通过其高速采样通道,配合数据采集系统完成高速采样功能。系统具有测量精确、实时性强、易于扩展和稳定性高等优点,对于验证飞机液压系统功能、检验各部件在各种工作状态下的安全可靠性以及评价液压系统抗故障能力,有着举足轻重的作用。论文的主要工作是在分析飞机液压试验台各种信号测量需求的基础上,研制符合试验标准的数据采集与测控系统。论文首先介绍了数据采集与测控系统的各个组成部分,并根据功能需求,给出了数据采集系统与便携式测控系统的硬件设计。数据采集系统是采用两块16路A/D采集卡和四块SCXI调理模块构成的基于PXI总线结构的144路测量系统,该系统在满足多种采样率的要求下,昀大程度实现了通道扩展。便携式测控系统则是采用研华板卡构成的基于PCI总线结构,且具有模拟量输入输出和开关量输入输出功能的测控系统。数据采集软件设计使用了多线程、内存映射文件等先进技术,并采用模块化的思想将系统分为数据实时采集与显示、传感器标定、以及系统组态等功能模块,本文重点研究了采用NI板卡与研华板卡进行数据采集的实现过程。为了对采集得到的数据文件进行回放与处理,本文还设计有一套独立的数据后处理软件,该软件能够提供多种形式的数据回放与后处理功能,论文中详细介绍了各种数据回放方式的设计与实现。论文昀后对数据采集系统的误差进行了分析与研究。经测试,本文中所设计的数采系统与便携式测控系统的各项性能指标均达到了要求,现已成功应用于飞机液压系统的各项试验中。关键字液压系统,便携式测控系统,PXI,PCI,LABWINDOWS/CVI,多线程、内存映射文件I飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现ABSTRACTTHEDATAACQUISITIONANDMEASUREMENTCONTROLSYSTEMISANIMPORTANTPARTOFTHETESTBENCHFORONEBASILICADVANCEDTRAININGPLANESOILHYDRAULICSYSTEMTHEDATAACQUISITIONSYSTEMANDTHEPORTABLEMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEMAREIMPORTANTCONSTRUCTIONSOFTHESYSTEMTHEDATAACQUISITIONSYSTEMISMAINLYUSEDTOMEASURE144DIVERSIFIEDSIGNALSINTESTITEMSTHEPORTABLEMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEMCANMEASUREALLPARTSOFTHEOILHYDRAULICSYSTEMINDIVIDUALLY,ITCANALSODOQUICKDATAACQUISITIONTOCOOPERATEWITHTHEDATAACQUISITIONSYSTEMTHESYSTEMSUPPORTSACCURATEMEASUREMENT,POWERFULREALTIMEPERFORMANCE,STRONGEXPANSIBILITYANDHIGHSTABILITYITISQUITEHELPFULTOVALIDATEFUNCTIONSOFTHEPLANESOILHYDRAULICSYSTEM,PROVETHESECURITYANDRELIABILITYOFCOMPONENTSINEACHWORKINGSTATE,ANDEVALUATETHEABILITYOFRESISTINGMALFUNCTIONSTHISPAPERMAINLYDISCUSSESTHEDESIGNOFTHEDATAACQUISITIONANDMEASUREMENTCONTROLSYSTEMBASEDONANALYZINGTHETESTREQUIREMENTSTHEPAPERFIRSTLYINTRODUCESALLPARTSOFTHESYSTEMINBRIEF,ANDPROVIDESTHEHARDWARESTRUCTUREANDTHEDESIGNINGPOINTSTHEDATAACQUISITIONSYSTEMISCOMPOSEDWITHTWOA/DBOARDSOF16CHANNELSANDFOURSCXIMODULESBASEDONPXIBUSFRAMEITSATISFIESTHEDIVERSESAMPLINGRATES,ANDREALIZESTHECHANNELEXTENDINGTHEMEASUREMENTCONTROLSYSTEMISCONSTRUCTEDBYANDVANTECHCARDSBASEDONPCIBUSFRAMEITHASANALOGUEINPUTANDOUTPUT,DIGITALINPUTANDOUTPUTCHANNELSTHEDATAACQUISITIONSOFTWAREISDESIGNEDBYTHEWAYOFMULTITHREADINGANDMEMORYMAPFILEPROGRAMMINGITDIVIDESTHESYSTEMINTODIFFERENTMODULES,SUCHASDEMARCATINGSENSORS,DISPOSALSAVEDDATAANDSETUPPINGTHECHANNELATTRIBUTESMODULETHENTHEPAPERMAINLYDISCUSSESTHEREALIZINGOFTHEDATAACQUISITIONBYANDVANTECHCARDSANDNICARDSTOPLAYBACKANDDEALWITHDATAFILE,ASPECIALSOFTWAREWASDESIGNED,WHICHCANPROVIDEMULTIPLEKINDSOFMETHODSTOPLAYBACKANDDEALWITHDATA,THEPAPERDISCUSSESTHESEMETHODSINDETAILSTHEPAPERRESEARCHESANDANALYSESTHEINACCURANCYOFTHESYSTEMATLASTTHEPERFORMANCEOFTHEDATAACQUISITIONSYSTEMHASACHIEVEDTHEEXPECTEDREQUIREMENTSNOWTHESYSTEMHASBEENWORKINGINTESTSOFTHEPLANESOILHYDRAULICPRESSURESYSTEMKEYWORDSOILHYDRAULICSYSTEM,PORTABLEMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEM,LABWINDOWS/CVI,PXI,PCI,MULTITHREADING,MEMORYMAPFILEII飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现图、表清单图11液压系统地面模拟试验台组成框图2图12数采系统工作示意图3图21测量系统层次结构示意图8图22数采系统硬件结构9图23模拟信号连接板211图24便携式测控系统硬件框图12图25便携式测控系统示意图12图26后背箱中板卡排放13图27电流/电压转换,电阻网络15图31LABWINDOWS/CVI设计出的应用程序界面16图32LABWINDOWS/CVI设计软件结构17图33研华驱动使用机制18图34系统采集软件框图19图35系统软件结构设计框图20图36系统软件模块关系图21图37通道设置界面22图38通道设置流程图22图39压力传感器标定界面26图310传感器标定流程图27图41DAQMX采集任务流程图30图42研华板卡采集流程图32图43数据采集多任务处理框图34图44数据采集多任务处理框图36图45采集线程程序流程图37图46采集线程流程图38图48单图显示多通道42图49多图显示多通道43图410单图显示单通道43图411表格显示44VI南京航空航天大学硕士学位论文图412实时显示流程图45图413零点采集实现流程图46图414多图显示多通道47图51数据回放软件框图48图52表格回放界面51图53表格回放流程图51图54数据文件显示步骤52图55时域曲线主界面54图56时域曲线流程图54图57双内存区处理流程图55图58分段情况下比对曲线效果图56图59相关曲线流程图57图511模拟量通道重复次数为3的情况59图512开关量通道在重复次数为1的情况59图513开关量通道在重复次数为4的情况59图514全程图查看主界面62图515全程图回放流程图62图516文件处理流程图63图517文件转换流程图64图61串模干扰的2种形式67图62共模干扰示意图67图63数据表示形式68图64数采试验台细节图70图65IV变换电路70图66相邻两路模拟量连接示意图71图67地线的正确连接71图68自制转接板上跳线安装说明72VII飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现表11试验系统测试点分布表4表31采样频率和可选通道数设置表25表3201MS采集通道数和采集时间限制26表61输入电压与GAINCODE的关系72表62数采系统模拟量采集结果通道1574表63便携式测控系统模拟量采集结果通道1574VIII承诺书本人郑重声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。作者签名日期南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论11研究背景概述飞机液压系统指的是用液压泵来提高液压油的压力,用高压油液来推动飞机某一部件工作的系统。液压系统是飞机完成预定功能的关键系统之一,对飞行安全起着至关重要的作用。现代液压技术的基础理论是法国人帕斯卡于1650年提出的,其主要原理是用密闭容器中流体的静压力传递力和功率。1795年英国人约瑟夫步拉默JOSEPHBRAMAH发明了世界上第一台水压机,标志着现代液压技术工程应用的开始。第二次世界大战时期,液压系统第一次应用1于航空领域。飞机、坦克、军舰等装备和武器方面的控制系统以及雷达、声纳的驱动系统均采用液压技术。20世纪60年代以后,随着液压技术与电气电子技术和自动控制理论等相关学科的有机结合,液压技术逐渐成为机械电子工程领域的主要方向,飞机液压技术也得到了突飞2猛进的发展,担任着飞机的特定操纵与驱动任务。液压系统具有操纵效率高、传动稳定、结构紧凑、易于安装、控制速度范围宽等优点,且油液本身具有润滑作用,运动机件不易磨损,其缺点是油液容易渗漏,不耐燃烧。与其他机械如机床、船舶的液压系统相比,飞机液压系统具有动作速度快、工作温度和工作压力高等优点。现代军用和民用飞机中液压的形式多种多样,飞机液压系统通常由主液压系统也称公用系统和助力液压系统两套独立的系统组成。主液压系统主要用于操纵装置的一腔供压。助力2液压系统主要用于飞行舵面的操纵。重要的飞行控制中还设计由电动泵或风动泵驱动的应急液压系统,主要用于应急放下起落架、应急刹车、平尾助力器操纵等操作。液压系统主要由液2压动力装置、控制装置和执行装置三大部份组成。油箱、油泵、过滤器、蓄压器、安全阀及压力继电器构成液压动力装置压力、流量与方向控制阀构成控制装置动作的执行则是由作动筒、助力器、舵机、液压马达与滚珠丝杠等协同完成的。在飞机发生故障的总数中,液压系统的故障约占40,在等级严重的事故中,约有1520是由液压系统故障引起的。这就迫使人们对液压系统必须予以充分关注,提高液压系统的可靠性和可维护性,从而满足日益发展的军机作战使用和民机安全飞行的要求。为此对系统的动、静态特性进行全面测定显得非常必要。目前国内外通用的办法是对全机液压系统包括气动系统进行地面模拟试验,基于先进的计算机测控技术和微电子技术,对运动过程中的压力、流量、温度、线速度、角位移等物理量的变化情况进行全面测试,以便尽早发现并改进系统在设计和工艺中存在的缺陷,进而确保系统的可靠性。1飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现本文中设计的液压试验台数据采集与测控系统主要用于飞机液压系统的可靠性测量。在飞机地面模拟试验中,数据采集与测控系统是飞机液压系统试验台不可或缺的一部分。12液压试验台数据采集与测控系统的组成某国防重点型号高教机液压系统地面模拟试验台是国内先进的试验台系统,用于验证该型号高教机液压系统功能是否满足设计要求,检验导管、成件及附件在各种工作状态下的安全可靠性,评价液压系统抗故障能力,从而为飞机实际飞行提供安全可靠依据。液压系统地面模拟试验台主要由试验台架、数据采集系统、便携式测控系统、监控系统和4监视系统组成,数据采集与测控系统包括数据采集系统、便携式测控系统和监控系统三部分。其中,数据采集系统主要完成对现场物理量的测量,监控系统同时具有测量和控制功能,便携式测控系统是一个小型的监控系统,由于其体积小、便于移动,可以方便地使用在试验现场的各个地点。整个系统的组成框图如图11所示。本文主要讨论数据采集系统与便携式测控系统的设计与实现。测输入试验量信号现场便携式测控系统与调理传感现场反馈信号控器输板制入信液数据采集系统总号压线系模输出试验执统通讯协议块信号现场行地调理传感机面器输监控系统板构模出信拟号试验台监视系统监视器架显示保存现场情况数字式硬盘录像机视频采集器图11液压系统地面模拟试验台组成框图液压系统地面模拟试验台架由试验系统、油泵驱动装置、加载系统以及舵机控制器组成。其中试验台架用安装液压与气动系统的部件与测试点试验系统由全机气动系统及控制电路组成,用于完成诸如起落架收放等操作油泵驱动装置采用直流电动机同步输出,用于驱动液压泵加载系统是依据给定的2南京航空航天大学硕士学位论文气动载荷特点设计的载荷模拟装置,用于实现台体内部的传力平衡舵机控制器按照预先设定的运动方式和速度控制各个舵机,并采集舵机运动的数据,与设定数值进行比较。监控系统控制液压试验台的整个测试流程,实时监测相关测控点的全部数据,显示试验台现场状态,并输出各种控制信号对试验系统中起落架、减速板等执行机构进行手动/自动控制。在手动方式下,控制信号的输出由监控系统操作面板或者电子面板上的按键送出自动方式下按事先设定好的控制流程由监控计算机送至试验台。数采系统用于记录飞机液压系统各测试项目中的性能参数,并提供各种显示与数据后处理方法。便携式数采控制系统便携式数采控制器可以单独成为一套液压成附件试验的测控系统,它具有AD、DA、DI和DO功能,能通过不同的测控软件完成不同液压成附件的不同试验项目。它具有高速采样功能,能够配合液压试验室改造后的采集系统,实现对瞬间变化的信号进行采集并保存的功能。监视系统监视系统具有16通道视频监视能力,通过监视器,实时观察现场试验情况,配有视频压缩卡和数字式硬盘录像机将试验过程完整的保存下来。飞机液压试验台数据采集与测控系统的工作示意图如图12所示。模拟量现场测试点各类传感器数据采集便携式数采计算机系统测控系统监控计算机系统图12数采系统工作示意图现场待测物理量通过各类传感器进行转换,其中压力、流量以及转速等物理量转换为420MA的电流信号,温度由热电偶传感器转换为电动势信号本文称为热电偶信号。试验中,数采系统和便携式测控系统均可以独立工作,也可在监控系统的控制下,联合完成对现场信号的实时采集。3飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现在液压试验台进行各项试验时,共有144个测试点的物理量需要测量,主要包括压力、流量、转速和温度等各类信号。这些测试点主要分布在飞机的主系统供压、助力系统供压、辅助供压、机轮刹车、襟翼收放、减速板收放、起落架收放、副翼舵机操纵、平尾舵机操纵、前缘襟翼操纵以及方向舵舵机操纵等部分。试验系统测试点分布如表11所示。表11试验系统测试点分布表测试点数压力测试点流量测试点温度测试点转速测试点试验系统各部分主系统供压部分6471助力系统供压部分6371辅助供压部分111机轮刹车部分3襟翼收放部分42减速板收放部分21起落架收放部分51副翼舵机操纵部分42平尾舵机操纵部分42前缘襟翼操纵部分43方向舵舵机操纵部分42其它部分备用18161913数据采集与测控系统设计要求和主要研究内容液压试验台数据采集与监控系统设计的基本要求就是将试验过程中需要测量的数据采集与保存,并提供符合试验标准的后处理功能。具体来说,数采系统的主要设计指标要求如下131数采系统设计需求1主要技术指标模拟量输入A通道数12816路32路温度、2路转速、62路压力、32路流量信号、16路快速信号B输入信号范围420MA电流、热电偶信号C采样周期01MS1M可调D测试分辨率16位4南京航空航天大学硕士学位论文模拟量输出通道数14路在64路420MA通道中可选越限报警报警源144路模拟量越限工作方式A自主采集B与监控系统联机采集2通道接入具有组态功能在不同试验过程中,通道接入可变化,采集系统应能够适应现场测试条件变化,具有组态功能。3具备传感器标定功能为了保证采集数据的精度,数采系统可以对液压试验台各个测量点的压力、流量和转速等物理量进行相应传感器的标定,并生成标准的传感器标定报告。依据系统要求,本文研制的数采系统基于PXIPCIEXTENSIONSFORINSTRUMENTATION总线结构,选择NI公司的嵌入式控制器PXI8186作为系统的控制核心。本文主要研究了在满足采样率的情况下,合理构建采集系统,使其获得昀大限度的通道扩展能力设计组态软件,使系统能适应现场试验条件的变化,实现系统重构实现试验中数据采集与显示、界面操作响应以及与监控系统通信等多任务并行处理。132便携式测控系统设计需求1主要技术指标外形尺寸不大于503040单位CM模拟量输入A通道数16路B输入信号范围420MA、15V电压可选C采样周期01MS1M可调D采样精度05E测试分辨率16位模拟量输出通道数12路420MA开关量输入通道48通道5飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现开关量输出通道48通道工作方式A自主采集B与监控系统联机采集2具有与数据采集系统相同的组态功能3具备与数据采集系统相同的传感器标定功能本文研制的便携式测控系统基于PCI总线结构,选择研华公司的工控机PWS1409TP作为系统的控制核心,在满足系统采样率的情况下,合理构建系统,使之具备与数采系统类似的采集功能,使得系统既能配合数采系统完成高速通道的采集,又能成为一套独立的测控系统进行6液压成附件试验,该系统能能够方便地在试验现场的不同地点移动。由于试验现场不可避免地存在各种干扰,数采系统与便携式测控系统的稳定性、可靠性与抗干扰能力也是非常重要的指标,因此,需要对系统的动、静态特性进行全面测量。133数据后处理软件设计需求要求能够用多种方式对采集的数据进行回放和处理。试验结束后可以对数据方便的进行后7处理,并生成需要的的各种报表。具体设计要求如下1能够以表格形式同时或分别显示目标数据,用户可以选择存储、打印的通道,并设定存储、打印间隔以及打印通道的顺序。2能够以时域曲线的方式显示目标数据,一次可以显示至少9条通道。3可以进行实际采集的通道曲线与过程设定文件中理论曲线的对比。4能够显示选中采集通道的全部数据,便于用户查看试验全程状态。此外,还应提供任意缩放功能,是用户能够方便地查看关心时间段的数据,并能计算当前屏幕上各通道的极值。本文主要介绍数据采集系统和便携式测控系统的软硬件实现,并对整个系统的误差进行分析与研究。第二章详细介绍了液压试验台数据采集系统和便携式测控系统的硬件设计方案和结构,并根据其构成说明各个硬件模块的性能和作用。第三章将数据采集系统和便携式测控系统的数据采集功能提取出来,设计了数据采集软件,介绍了系统的软件平台和多线程技术,详细讨论了系统采集软件的结构和模块划分,以及部分模块的功能和作用。第四章详细介绍了数采软件数据实时采集与显示模块的实现过程,重点比较了NI板卡和研华板卡的操作过程,并对多任务处理、实时保存等关键技术进行了具体的说明。6南京航空航天大学硕士学位论文第五章针对数据后处理的设计要求,分别介绍了表格回放、时域曲线、比对曲线和全程图查看等各种后处理方法的具体实现。第六章在介绍了数采系统误差类型与误差避免方式的基础上,具体分析了本课题中的数据采集与便携式测控系统的误差避免设计和数据结果分析。第七章主要是基于本系统的总结与展望。7飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现第二章系统硬件设计液压系统试验台数据采集与测控系统是某高教机液压系统地面模拟试验台的重要子系统。该系统在硬件上主要由数据采集系统、便携式测控系统和监控系统组成,本章主要在硬件上介绍前两个系统的设计思想和构造方案。数据采集系统以NI公司的PXI系列产品为核心,可以对144路物理量通道进行测量。便携式测控系统以研华公司的PCI系列产品为主体,既可以进行独立的液压成附件试验,又能配合数据采集系统完成高速通道的数据采集功能。21测量系统的平台搭建测量系统自下而上主要由实际物理量、传感器、信号调理设备、数据采集与模块化仪器、9驱动引擎、软件开发平台及面向具体应用的上层软件组成,其层次结构示意图如图21所示。具体测量应用软件开发平台LABVIEW、LABWINDOWS/CVI或者其它编程环境应用程序编程接口API配置测量与自动化NIDAQMX、传统NIDAQ、NISWITCH或者其它API管理器驱动引擎NIDAQMX、传统NIDAQ、VISA等数据采集与模块化仪器PCIPXIPCMCIA信号调理设备PCI/SCXI组合机箱SCXISCC传感器和变换器现实的信号和物理量图21测量系统层次结构示意图81614南京航空航天大学硕士学位论文测量系统首先采用传感器将试验现场的物理信号转换为电信号,该信号通过信号调理电路进行放大、滤波等处理,进而由数据采集卡采集得到,采集得到的数据昀终交由上层软件进行处理。液压试验台数据采集系统底层硬件选用的是PXI系统以及SCXISIGNALCONDITIONINGEXTENSIONSFORINSTRUMENTS,仪器信号调理模块,应用程序编程接口和驱动引擎选用的是PXI设备自带的NIDAQMX。便携式测控系统底层硬件选用的是研华公司的PCI系统,应用程序编程接口和驱动引擎采用研华板卡自带的驱动库。两个系统的软件开发平台均为NI公司提供的LABWINDOWS/CVI。22数采系统硬件实现液压试验台数据采集系统的硬件主要由PXI系统、SCXI模块、模拟信号连接板以及外部设备组成。数据采集与处理系统的硬件组成如图22所示。17液晶显示器监控系统A/D板数采启/停PXI6220PXI机箱路高速PXI10318186A/D板IPXI6220路去监控台信号转接板III141进21414出模块14信号转接板I信号调理板I32SCXI机箱SCXI1102B14SCXI1000183232信号调理板信号转接板IISCXI1102B1123232由试验台来信号调理板VISCXI110232信号调理板32信号转接板IVSCXI1102B图22数采系统硬件结构本系统采用一个4槽的3UPXI机箱PXI1031做为主机机箱,置有内嵌式控制器1112PXI8186,2块PXI622016通道、16BIT、250KHZ/S的A/D板卡,作为系统的主控器9飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现13并实现数据采集功能。系统同时配有一个4槽SCXI调理机箱SCXI1000,内置四块模拟信号调理板,分别为一块SCXI110232路热电偶输入模块、带宽2HZ和三块SCXI1102B每块为32路放大器模块,带宽200HZ。飞机液压系统模拟试验台的模拟量信号共963216路经五芯航空插头引入模拟信号连接板,其中,196连接420MA电流信号,97128连接热电偶温度信号,129144连接现场需要高速采集的420MA电流信号称为快速信号。1128路模拟量由连接板连接到SCXI1102B或SCXI1102,且经SCXI1000送入PXI总线机箱的PXI6220进行A/D变换。其中,114路先进入1进2出电流隔离变换器SKP1000,将每路电流信号变换为两路后再分别送给数采和监控系统。采样间隔从1MS1分钟内可调。129144路快速信号直接由模拟信号连接板引入另一块PXI6220进行A/D变换。221PXI系统与SCXI模块10本系统为一个基于PXI总线的数据采集系统。PXIPCIEXTENSIONSFORINSTRUMENTATION,面向仪器系统的PCI扩展是一种由NI公司发布的坚固的基于PC的测量和自动化平台,它继承了PCI的电气信号,从而拥有如PCI总线的极高传输数据的能力,有高达132MBYTE/S到528MBYTE/S的传输性能,形成了一种主流的虚拟仪器测试平台,是测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台,广泛用于诸如制造测试、军事和航空、机器监控、汽车生产及工业测试等各种领域中。PXI8186主要由CPU、内存、图形显示芯片组及其接口、I/O控制器芯片组及其接口和输入/输出触发器等组成。它的具体配置是PENTIUM4M220GHZCPU,256MBRAM,30GB硬盘,并提供了GPIB、USB20、串口、打印机等大量接口。内嵌的操作系统为WINDOWSXP专业版。PXI系统本身的性能优越,从而保证了数采系统的可靠性和稳定性。SCXI多通道信号调理系统适用于以ISA、PCMCIA、PCI、PXI、VXI等为采集总线的计算机系统。将SCXI做为数据采集前端,或通过并行接口与采集设备组成外挂式数据采集系统。一个SCXI系统昀多可以接入十二个调理机箱,每个调理机箱中可插入昀多四个SCXI1000或十二个SCXI1001调理模块。各种传感器信号通过接线端子或前端接入到调理模块,经调理模块调理后的信号,则通过SCXI系统总线送入相应的数据采集设备。222数采系统的数据流向数采系统的数据流向一共有以下5种。1试验台16路420MA模拟电流输入信号通过五芯航空插头,进入模拟量输入板III,进而由A/D板PXI6220I采集得到。2试验台82路420MA模拟电流输入信号通过五芯航空插头,分别通过模拟量输入板I、II、IV,进而由SCXI1102B模块I,昀终传输至PXI6220II。10南京航空航天大学硕士学位论文3试验台14路420MA模拟电流输入信号由五芯航空插头进入模拟量输入板I的一进二出模块,其中14路传输至监控系统,另14路进入SCXI1102BI,昀终传至PXI6220II。4试验台32路热电偶信号直接输入SCXI1102,昀终由PXI6220II采集得到。5监控系统与数采系统之间通过数字量IO进行通信。223模拟信号连接板设计模拟信号连接板一共设计有4块,连接板1接收132通道的信号,其中前14路信号经过一进二出模块后,一路进入信号调理板I,一路提供给试验台监控系统连接板2接收3364通道的信号,进入信号调理板连接板4接收6596通道的信号,进入信号调理板IV连接板3接收128144通道的信号,将这16路电流信号经精密电阻变换为电压信号,直接进入A/D板I。同时,在该连接板上处理与监控系统通信的数字I/O信号。以模拟信号连接板2为例,其实物图如图23所示。图23模拟信号连接板223便携式测控系统的硬件设计便携式系统可以单独成为一套液压成附件试验的测控系统。该系统体积小,可移动,操作简单,具有独立的AD、DA、DI和DO功能,能通过不同的测控软件完成各种液压成附件的不同试验项目。它具有高速采样功能,能够配合液压试验室数采台系统,实现对瞬变信号的采集与保存功能。此外,便携式测控系统也能够接收监控台发出的采集启动与停止命令,与监控系统和数采系统同步完成对试验数据的采集。便携式测控系统硬件框图如图24所示。11飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现PCI1716工控机PCI1727U121616161616模拟量输入液压试验台信号流16路420MA自制IV12转换电路板12模拟量输出12路1010V1616PCLD782H开关量输入1616路161616开关量输出PCLD88516路图24便携式测控系统硬件框图根据系统的硬件结构框图,整个系统分为三个部分机柜前端便携工控机,机柜上端接线端子和机柜后端信号调理与转接部分。其中,便携式测控系统采用的工控机是研华工控机PWS1409TP,其外形尺寸为421282230MM,CPU为28G的P4处理器,内存2G,另外带有500G的硬盘,141寸液晶显示器和COMBO光驱,满足系统设计需求。研华板卡PCI1716和PLI1727U安装在前端便携式工控机上。系统另外设计有一个独立的后备箱,安装在工控机的后盖板上与其之连为一体,使整个系统能够方便地在试验现场进行搬移,做到真正的“便携”。后备箱上部为所有输入输出通道的接线端子,左侧设计有2个D型电缆插座,分别通过68芯和37芯扁平电缆与工控机内的研华板卡相连。便携式测控系统示意图如图25所示。接线端子接线端子H50把手把手外部用电缆连接计算机侧盖板电流采集座电压输出座屏幕33024060后背箱394A便携式数据采集器左侧示意图B数据采集器后视图图25便携式测控系统示意图12南京航空航天大学硕士学位论文信号分选转接板、继电器PCLD885和数字量输入卡PCLD782H是现场输入/输出信号与计算机板卡之间的桥梁,协同完成不同信号的分选和转接功能,它们位于自制后备箱中,本系统中的后备箱实物图如下图26所示。20芯扁平电缆20芯扁平电缆去工控机去工控机图26后背箱中板卡排放231研华数据板卡介绍14PCI1716是一款强大的高分辨率多功能数据采集卡,它带有一个250KS/S的16位A/D转换器,可提供16路单端模拟量输入或8路差分模拟量输入。另外带有2个16位D/A输出通道、16位数字量输入输出通道和一个10MHZ的16位计数器通道。PCI1716的主要特征是16位高分辨率,16路模拟量输入,带1K的FIFO,250KS/S采样率,PCI总线数据传输,自动校准功能。15PCI1727U提供12路14位模拟量输出,其管脚与ISAPCI727卡兼容,易于整合。它支持/10V,020MA电流环。卡上的DC/DC转换器能够确保将可靠的10V模拟量输出。每个模拟量输出通道都带有一个保险丝,对电路、PC及外部设备起到保护作用。PCI1727U对需求多个PID控制回路的应用是一项理想的解决方案。PCI1727U的主要特征是12路独立D/A输出,保险丝所有通道,支持5V和33V的通用PCI,BOARDDTM开关,同步输出功能,支持PCI727兼容模式。16PCLD782H是一款光隔离数字量输入卡。在这款输入板的所有输入通道上,都提供了高电压1500VDC光隔离保护。卡上带有一个20针接口和一个50针接口,20针接口用于提供16路输入通道50针接口提供24路输入通道。光隔离信号调理能够避免漂移电压和接地回路产生的故障,防止输入电路被损坏。它不仅能够提供不同通道之间的隔离,还可以提供输13飞机液压试验台数据采集与测控系统的设计与实现入通道与PC之间的隔离。为了显示各通道的工作状态,每个输入通道都带有一个红色的LED指示灯,当LED变亮时,表示输入为高电平。PCLD782H输入范围024V。本系统开关量输入信号为16路,选用板卡的CN120针作为输入口。17PCLD885是一款功率继电器输出卡。它带有16个SPST继电器通道,同时拥有昀大的额定接触功率250VAC5A或30VDC5A。PCLD885可以通过20芯扁平电缆接口或50脚的OPTO22接口连接到PCLABCARD数字量输出端口来直接驱动,本系统选择的是20芯通道。PCI1716卡的DO端输出的开关量信号昀终送至PCLD885中,控制PCLD885的继电器工作。232便携式测控系统数据流向试验信号是经过后背箱上的接线端子进入系统的,模拟量输入信号以及开关量输入输出信号都是由PCI1716控制的,PCI1727U负责模拟量的输出。便携式数采控制系统的数据流向一共有以下4种流向。1试验台16路420MA模拟电流输入信号通过接线端子,接入自制IV转换板,经IV转换后,通过68芯扁平电缆传送给PCI1716,进而由工控机进行处理。2由用户控制产生的12路1010V的模拟电压输出信号,首先传输到模拟量输出板PCI1727U,通过37芯电缆传输到自制IV板,昀终由与IV板相连的模拟量输出端子输出到执行机构。3试验台16路开关量输入信号,通过开关量输入端子传输到数字量输入卡PCLD782H,进而传输到开关量转接板,通过板上的68芯引脚中的开关量输入引脚传输到PCI1716的开关量输入端。4便携式测控系统软