某型飛機起動箱檢測設備設計開發研究

萬晶晶

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

某型飛機機載起動箱設備，是我空軍目前裝備的某型飛機發動機的起動設備，主要用于燃氣渦輪起動機對發動機的自動起動，在地面維護中一直沒有操作較簡便、自動化程度較高的檢測設備。傳統的起動箱維護的主要方法是將修理過的起動箱裝配到飛機上使用，或者在地面進行手動檢測設備操作檢查，觀察其工作性能是否正常。由于起動箱需要檢查的信號較多，在地面使用手動檢測設備檢查時，需要撥動較多的開關，且需要觀察多個指示燈是否指示正常，對人員的操作能力和觀察能力都提出了較高的要求，且長時間使用容易造成人員疲勞甚至誤判，設備使用具有一定的局限性。而如果將修理過的起動箱裝配到飛機上進行試驗，如果起動箱內部有修理時未發現的故障，將很有可能在通電時損壞起動箱，甚至燒毀機上與其相連的其他機載設備。

在這種情況下，在飛機的日常維護和大修中，亟需一種在地面檢測起動箱性能的檢測設備，能夠在離機狀態對起動箱進行檢測，且要做到設備操作簡潔、提示清晰，對人員無需過高的要求即能完成整套測試工作，保證起動箱的各項性能參數符合要求，本文即提出了該種類型起動箱檢測設備的設計開發方法。本文所提出的某型飛機起動箱檢測設備設計開發，是屬于一種飛機機電一體化檢測設備的開發方法，是一種某型飛機發動機起動箱地面檢測設備的開發方法，是目前該系列機型中自動化程度最高和報警信息最全面的一種起動箱檢測設備的開發方法，且通過該設備便于故障點定位，提供排故參考依據，更快地定位和排除故障。

1 功能設計

某型飛機發動機起動箱檢測設備，包括操作面板、參數檢測模塊、加電控制模塊、判斷模塊、顯示模塊和嵌入的自動測試程序。

操作面板包括指示燈、觸摸屏、電壓表、電流表、保險絲、兩個電源開關。指示燈用于起動箱檢測過程中的信號正確性判斷；觸摸屏用于人機交互、并提供簡潔明了的測試結果；電壓表、電流表用于監測測試過程中的電壓、電流波動，防止過壓、過流造成設備與產品的損傷；保險絲有效地對檢測時部分線路故障進行隔離；兩個電源開關，一個為起動箱供電開關，為起動箱提供檢測電壓，另一個為檢測設備供電開關，為檢測設備提供工作電壓，兩路電壓獨立工作，隔離起動箱與檢測設備電路異常引起損傷交聯，避免檢測時互干擾。

參數檢測模塊用于檢測起動箱的輸出狀態信號，主要包括繼電器、微動開關的通斷信號，起動機、發動機點火附件信號，排氣門電動機構工作信號，和內部供電、顯示板、計數器和其他的中間狀態信號，將相應輸出端輸出電壓信號，通過信號生成與分析模塊，判斷這些信號輸出是否正常，并給出相應的故障信息和用指示燈顯示。

加電控制模塊能提供起動箱進入工作狀態所需的電壓信號，通過信號生成與分析模塊，模擬生成輸入電壓信號，主要包括狀態轉換開關信號、發動機綜合調節器信號、計時器信號、離合器信號、速度信號、起動方式信號、負線信號、溫度、油壓、信號，對起動箱進行加電。

判斷模塊主要用于分析采集起動箱的輸出信號是否正常，對起動箱不同的工作狀態在不同的接口輸出的信號，通過采集該信號，并經過A/D轉換為數字信號，然后，對比預先加載于判斷模塊處理器內部的標準輸出信號數據，從而判斷出該輸出信號是否正確。

操作面板按功能可以分為兩部分，一部分是位于設備面板上部的兩排LED燈泡，可以實時地顯示檢測信號的狀態，提供直觀的信號狀態顯示，另一部分是通過顯示模塊在觸摸屏上顯示檢測結果，兩部分互為熱備份。

觸摸屏的另一個功能是人機對話，可選擇進行起動箱自動測試和手動測試。

自動測試。通過觸摸屏的界面選擇，選擇自動測試項，即可起動加載設備內部的完整測試流程，測試過程中無需人為干預，即可按照預定的檢測程序進行加電和檢測起動箱輸出信號和內部單元工作狀態，檢測完畢后，得出檢測結果是否合格的信息顯示到觸摸屏。

手動測試。通過觸摸屏的界面選擇，選擇手動測試項，可人為選擇分步測試程序。在起動箱檢測設備設計時，將所有檢測項目進行分類，以盡量詳細地測量每個檢測項目，達到檢測與故障定位更準確的目的。選擇時，通過點選相應的分級目錄，即可選擇各個測試項，加載與其對應的測試程序，測試完畢，給出檢測結果顯示到觸摸屏。

圖1為起動箱檢測設備原理框圖，電纜實現對起動箱的加電和檢測，各個板卡實現加電控制信號和檢測采集信號。

2 硬件設計

根據起動箱的輸入輸出接口需求，采用微型控制器組合套件作為信號生成與分析模塊，該模塊以SR9050作為母板，SR9160為CPU板卡，I/O口擴展選定采用兩塊SR9205和一塊SR9210接口板卡的搭配方式，共形成40路輸入接口、32路輸出接口，滿足起動箱檢測需求。

圖1 起動箱檢測設備設計原理框圖

根據微型控制器組合套件的數字電路與起動箱內部模擬信號的關系，自行設計制作了A/D、D/A轉換模塊，設計的主要思想是使用繼電器來實現電路之間的隔離與控制。在實現起動箱的控制信號時，通過編寫相應的程序，使微型控制器執行在相應端口輸出高低電平，驅動對應繼電器觸點的閉合與斷開，從而實現檢測電路的通斷，模擬機上各個機載設備對起動箱電壓信號的輸入；在檢測信號時，通過在與起動箱連接的檢測線路上接入繼電器和LED燈泡，當起動箱的該線路上具有電壓信號時，就能控制繼電器的閉合與斷開，一方面可以點亮LED燈泡；另一方面，繼電器的觸點接在I/O板卡的輸入端，實現了I/O口上高低電平的轉換，從而實現了處理器對信號狀態的讀入，可以進行數據的判讀，實現了余度控制下的起動箱的各項狀態的監控。輸入與輸出接口均采用了繼電器隔離，既保證了電路的正常工作，又降低了電路的硬件需求，并杜絕了電路損傷的連鎖反應，保護了硬件設施。通過該轉換模塊，實現了控制信號和檢測信號的生成與檢測。

微型控制器組合套件外部接口采用RS-232/485接口，用來連接外接液晶顯示屏或數據下載線，液晶顯示屏采用8英寸彩色液晶顯示屏，便于顯示起動箱檢測結果與報警信息提示，簡潔直觀，方便開發使用。

3 軟件設計

根據起動箱本身的功能檢測需求以及在機上的使用狀態，將起動箱的所有需檢測項目進行分類，以盡量詳細地測量每個檢測項目，達到檢測與故障定位更準確的目的。

利用微型控制器支持的編程語言根據硬件架構和起動箱檢測流程，編制專用的測試軟件程序。該測試程序以最小化的單步測試為基點，編制各個測試函數，然后，進行相應的組合，以達到能夠實現起動箱的單步測試、自動測試、選擇測試等功能，選擇性較強，特別是對于一些需要提供信號較多的測試步驟，解決了人工測量時既需要不停地掰開關，又要檢查信號燈容易造成人為誤差的難題，以較快捷的方式實現了整個性能參數的檢測，并且在檢測遇到故障時，能夠實時提供全面的報警信息，為故障的排除提供精確的定位，故障信息通過8英寸觸摸屏顯示，并能實現對話控制，方便直觀。

圖2為起動箱的軟件設計流程圖，在軟件設計過程中，分為自動測試和手動測試，其中，手動測試可以根據起動箱本身的功能檢測需求，進行各個分類的測試功能選擇。

圖2 起動箱檢測設備檢測流程圖

根據起動箱檢測設備制作軟件流程圖，進行操作界面的設計制作，設計出的操作界面簡潔明了，全流程化界面，大小項分類明確、查找簡便，軟件操作性強，有良好的人機界面，對人員技能和操作要求較低。在遇到性能檢測故障時，能夠提供全面的報警信息，報警提示信息能定位到起動箱檢測時的最細化的測試流程，以提供排故參考。

4 結語

本文所提出的某型飛機起動箱檢測設備設計開發方法，解決了原來的起動箱檢測設備可操作性差、對人員要求高、易造成人為誤差等方面的問題，可以實現在離機狀態對起動箱進行自動檢測，控制檢查起動箱各種輸入輸出信號狀態，判斷起動箱各項性能參數是否符合要求。設備具有良好的人機交互界面，操作簡潔，能有效減少人為誤差，操作性大大提高。當檢測到起動箱性能參數與正常數據偏離時，能夠自動出現報警提示信息，且報警提示信息能定位到最細化測試流程，以便于故障點定位，提供排故參考依據。

本文所提出的起動箱檢測設備設計開發方法，難點和創新點主要有以下幾點：

第一，起動箱的加電控制信號與各種狀態信號數量較多，選用微型控制器組合套件的形式，形成強大的多信道并行處理能力，滿足了起動箱輸入輸出接口數量較多的需求。

第二，起動箱自身無檢測結果顯示功能，且在機上檢測時顯示數據不詳盡，因此，采用連接外接液晶顯示屏和LED燈泡雙備份顯示，可以詳細地顯示檢測流程與結果，大大提高了檢測的可靠性，并且方便開發使用。其中，液晶顯示屏為觸摸屏，還需要自行編制專門的針對起動箱檢測流程的操作軟件和界面設計，并與單板機共同編制適當的接口程序。

第三，檢測電路的設計主要是使用繼電器來實現電路之間的隔離與控制。在控制工作開關和檢測信號狀態時，采用單片機輸入輸出接口驅動，實現加電電路的通斷和對信號狀態的讀入。輸入與輸出接口均采用了繼電器隔離，既保證了電路的正常工作，又降低了電路的硬件需求，并杜絕了電路損傷的連鎖反應，保護了硬件設施。

本文所提出的起動箱檢測設備設計開發方法中的難點和創新點，可以作為典型檢測設備開發過程的借鑒和參考。