某型導(dǎo)彈平臺(tái)導(dǎo)通絕緣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳克雄 劉剛 邱洪亮 魯琰

海南省三亞市91515部隊(duì)，海南 572000

0 前言

目前，軍工方面的大型設(shè)備，比如飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等，電纜是其中重要的組成部分，在這些設(shè)備的傳遞數(shù)據(jù)、控制信號(hào)傳輸?shù)确矫嫫鹬匾淖饔肹1-3]。整個(gè)系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行，電纜的性能好壞起著重要作用[4]。隨著技術(shù)的發(fā)展，大型設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜，設(shè)備中的電纜越來(lái)越多[5]。電纜關(guān)系到設(shè)備能否正常運(yùn)行以及其他的使用環(huán)節(jié)。對(duì)于多芯電纜而言，其主要測(cè)試項(xiàng)目是導(dǎo)通電阻和絕緣電阻的測(cè)試，這兩個(gè)指標(biāo)分別反映電纜的通斷和絕緣程度[6]。目前，檢測(cè)多芯電纜的導(dǎo)通和絕緣特性時(shí)，依然采用人工逐點(diǎn)測(cè)量的方式[7-8]。這種方法雖然技術(shù)成熟，但存在很多缺點(diǎn)：工作量大、效率低下、精度較差、容易出現(xiàn)人為因素造成的誤判和漏判等，并且檢測(cè)結(jié)果的評(píng)定很大程度上依賴檢測(cè)人員的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗(yàn)。為了解決這些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種導(dǎo)通絕緣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，能夠快速完成電纜的導(dǎo)通和絕緣電阻測(cè)試，達(dá)到縮短測(cè)試時(shí)間，精簡(jiǎn)測(cè)試設(shè)備，減少測(cè)試人員，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高測(cè)試效率的目的。

1 設(shè)計(jì)組成

導(dǎo)通絕緣自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)主要完成導(dǎo)通性和絕緣性測(cè)試。

為提高測(cè)試系統(tǒng)可靠性程度，設(shè)計(jì)選用便攜式拉桿箱作為機(jī)箱載體，方便設(shè)備運(yùn)輸。針對(duì)自動(dòng)測(cè)試與結(jié)果的自動(dòng)判讀輸出，采用工業(yè)平板電腦作為整個(gè)系統(tǒng)核心，可以運(yùn)行Win7操作系統(tǒng)和LabVIEW軟件，方便擴(kuò)展外設(shè)和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。采用多用表完成線纜導(dǎo)通性測(cè)試，工業(yè)平板電腦通過(guò)RS485控制通道選擇核心板和節(jié)點(diǎn)功能板，通過(guò)RS232控制多用表。導(dǎo)通絕緣自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，采用鋁合金機(jī)架支撐，完成整個(gè)設(shè)備的組裝，整個(gè)設(shè)備的產(chǎn)品示意圖如圖1所示。

整個(gè)設(shè)備共分為A、B兩部分區(qū)域端口，A航插區(qū)6個(gè)連接器，B航插區(qū)8個(gè)連接器，分別對(duì)應(yīng)設(shè)備的正負(fù)兩端接口連接器。產(chǎn)品面板示意圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

導(dǎo)通絕緣自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)主要完成2個(gè)測(cè)量任務(wù)：導(dǎo)通阻值測(cè)試和絕緣阻值測(cè)試。

測(cè)試系統(tǒng)和被測(cè)設(shè)備間連接關(guān)系如圖3所示。導(dǎo)通絕緣自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)面板安裝14個(gè)連接器，分為A/B航插區(qū)：A航插區(qū)6個(gè)連接器對(duì)應(yīng)設(shè)備本體的6個(gè)連接器，B航插區(qū)8個(gè)連接器對(duì)應(yīng)電路箱的6個(gè)連接器和電源箱的2個(gè)連接器。通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)提供的線纜能夠?qū)?臺(tái)被測(cè)設(shè)備的所有被測(cè)節(jié)點(diǎn)與測(cè)試系統(tǒng)連接，信號(hào)引入測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行測(cè)試。

導(dǎo)通絕緣自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。導(dǎo)通絕緣自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)由面板觸摸屏幕、A/B航插區(qū)連接器、繼電器矩陣板卡和內(nèi)部的多用表組成。面板觸摸屏安裝主控軟件為客戶提供人機(jī)接口；A/B航插區(qū)連接器為被測(cè)設(shè)備提供連接的物理接口，14個(gè)連接器與裝備本體、電路箱和電源箱的連接器一一對(duì)應(yīng)；FPGA主控為系統(tǒng)主控制器，為硬件控制核心部分；達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)陣為繼電器驅(qū)動(dòng)電路；繼電器矩陣板卡起到多路測(cè)試切換開關(guān)的作用；所有待測(cè)節(jié)點(diǎn)與A/B航插區(qū)矩陣板卡的繼電器一一對(duì)應(yīng)；節(jié)點(diǎn)隨導(dǎo)線同時(shí)接入矩陣開關(guān)的紅、黑表筆繼電器，測(cè)量時(shí)將需要使用的繼電器吸合，其他的繼電器處于默認(rèn)斷開狀態(tài)；多用表為測(cè)量核心，測(cè)量每一路電阻值，然后通過(guò)串口上傳到觸摸平板電腦，數(shù)據(jù)供軟件進(jìn)行分析、判斷、顯示等處理。

2.2 測(cè)試原理

2.2.1 導(dǎo)通阻值測(cè)試原理

測(cè)試系統(tǒng)需要完成設(shè)備本體導(dǎo)通阻值測(cè)量，原理如圖5所示。圖中A航插區(qū)部分對(duì)應(yīng)設(shè)備本體的連接器和節(jié)點(diǎn)，設(shè)備本體的每一個(gè)待測(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)A航插區(qū)繼電器矩陣中的不同繼電器開關(guān)，按照設(shè)備本體待測(cè)節(jié)點(diǎn)要求配置測(cè)試表，軟件加載配置表單控制相應(yīng)的A航插區(qū)的2個(gè)繼電器開關(guān)吸合，將待測(cè)的正負(fù)節(jié)點(diǎn)與測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部的多用表紅、黑表筆接通，軟件控制多用表讀取電阻測(cè)量值。

2.2.2 絕緣阻值測(cè)試原理

測(cè)試系統(tǒng)需要完成設(shè)備本體、電路箱和電源箱的絕緣阻值測(cè)試。與特征阻值一對(duì)一對(duì)點(diǎn)測(cè)量不同，絕緣阻值可以采用一點(diǎn)為正，其他點(diǎn)為負(fù)的多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)快速測(cè)試的目的，其原理如圖6所示。絕緣阻值測(cè)試步驟如下：

（1）通過(guò)線纜將測(cè)試系統(tǒng)與本體、電路箱和電源箱連接；

（2）軟件讀取配置表單，開始絕緣阻值測(cè)量；

（3）以本體測(cè)試為例，連接器41-1的6點(diǎn)對(duì)應(yīng)A航插區(qū)繼電器接入萬(wàn)用表紅表筆，需要進(jìn)行絕緣測(cè)試的連接器41-1的121925293337和41-2、41-3……41-6的共28個(gè)點(diǎn)分別接入萬(wàn)用表黑表筆；

（4）軟件程控萬(wàn)用表進(jìn)行電阻測(cè)量，測(cè)量值無(wú)窮即為絕緣測(cè)試合格；測(cè)量值若不是無(wú)窮，以41-1的6點(diǎn)為正，分別與這28個(gè)點(diǎn)進(jìn)行絕緣測(cè)試，定位非絕緣節(jié)點(diǎn)；

（5）電路箱和電源箱的節(jié)點(diǎn)與B航插區(qū)的繼電器一一對(duì)應(yīng)，切換不同的繼電器可以實(shí)現(xiàn)電路箱和電源箱的絕緣阻值測(cè)試。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)工業(yè)平板電腦中采用Win7_64位系統(tǒng)，內(nèi)裝開發(fā)軟件LabWindows/CVI。導(dǎo)通絕緣自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)軟件工作流程如圖7所示。

3.1 軟件平臺(tái)

開發(fā)軟件選用NI公司推出的交互式C語(yǔ)言開發(fā)平臺(tái)LabWindows/CVI。其將功能強(qiáng)大、使用靈活的C 語(yǔ)言平臺(tái)與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測(cè)控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，極大地提高了工程師和科學(xué)家們的生產(chǎn)效率，多用來(lái)開發(fā)高性能、可靠的應(yīng)用程序。LabWindows/CVI具有開放的開發(fā)平臺(tái)，提供廣泛的軟件集成工具、運(yùn)行庫(kù)和文件格式，可以方便地與第三方設(shè)計(jì)和仿真連接；同時(shí)具有強(qiáng)大的圖形化分析、處理能力，例如高級(jí)信號(hào)處理工具包、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)工具包、調(diào)制工具包等。開發(fā)環(huán)境的編程效率極高，可以減少編程時(shí)間，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

控制軟件采用LabWindows/CVI開發(fā)環(huán)境，通過(guò)TCP的方式與繼電器板卡通信控制，通過(guò)RS232與源表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)軟件代碼編寫實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的阻值測(cè)量，然后對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成報(bào)表，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

軟件主要分為3個(gè)部分：自檢功能、測(cè)試功能，結(jié)果分析功能。自檢功能分為兩部分：第一，對(duì)連接設(shè)備的通信檢查，確保開機(jī)通信正常；第二，校準(zhǔn)功能，確保電纜的連接無(wú)誤。測(cè)試功能部分較為靈活，用戶可以采用任意節(jié)點(diǎn)測(cè)試功能來(lái)實(shí)現(xiàn)任意一對(duì)節(jié)點(diǎn)測(cè)量（任意節(jié)點(diǎn)為硬件所支持的連接節(jié)點(diǎn)）；用戶也可以直接測(cè)試默認(rèn)配置節(jié)點(diǎn)表中的數(shù)據(jù)，這個(gè)功能已經(jīng)直接封裝好；用戶還可以建立自己的測(cè)試表進(jìn)行測(cè)試，可以修改最大值和最小值來(lái)判斷自己測(cè)試表的數(shù)據(jù)是否合格。結(jié)果分析功能包括表格顯示數(shù)據(jù)和扇形圖顯示，用戶可以隨意切換查看測(cè)試結(jié)果。測(cè)試完成后，所有數(shù)據(jù)都會(huì)默認(rèn)保存。

4 檢測(cè)結(jié)果分析及性能驗(yàn)證

本研究對(duì)多組連接關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試和手動(dòng)測(cè)試，所測(cè)結(jié)果如表1 、表2所示。從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試的數(shù)據(jù)與參考值數(shù)據(jù)吻合程度很好，而且自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可以避免手動(dòng)測(cè)試帶來(lái)的人為誤差，為測(cè)試提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。從完成測(cè)試所需的時(shí)間來(lái)看，自動(dòng)測(cè)試能明顯縮短測(cè)試時(shí)間，提高測(cè)試效率。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

表2 完成測(cè)試所需時(shí)間比對(duì)表

5 結(jié)束語(yǔ)

某型導(dǎo)彈平臺(tái)導(dǎo)通絕緣自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用FPGA為主控，繼電器矩陣實(shí)現(xiàn)多路測(cè)試切換的整體架構(gòu)模式。系統(tǒng)基于FPGA的設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，速度快，能夠縮短測(cè)試時(shí)間，精簡(jiǎn)測(cè)試設(shè)備，減少測(cè)試人員，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高測(cè)試效率。同時(shí)基于FPGA的可重構(gòu)特性，系統(tǒng)具備進(jìn)一步擴(kuò)展優(yōu)化升級(jí)空間。在實(shí)際使用中，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、快速地對(duì)某型號(hào)導(dǎo)彈平臺(tái)內(nèi)部的電纜和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)通、絕緣檢測(cè)，還可以將相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)、檢測(cè)結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，便于后續(xù)故障排查和產(chǎn)品分析、改進(jìn)，