工控自动化应用方案：航空器增压舱功能性测试的新创意

航空器增压舱功能性测试的新创意

The Challenge:
　　通过创新测试方法降低航空器密封性检验设备的投资成本。通过自动化过程控制增加测试结果的精度及数据的可靠性。
The Solution:
　　将电子设备用于综合过程序列测试，由计算机控制测试装置。测试系统从手工改为全自动化方法模式。数据测试的记录及处理通过计算机核查。
　　"基于用户开发V I 实现的低成本虚拟仪器系统具有高性价比。LabVIEW作为其中关键，提供了测试设备中集成的DAQ硬件及自动化的测试计划和文档。LabVIEW 灵活、友好的图形化编程环境在很大程度上缩短了系统开发时间。"
　　根据FAR 25.841 规范，飞行高度超过8,000 ft 的航天器必须进行压力舱测试。直到目前这类测试都采用传统方法。测试方法不能直接得到测试结果。参数需要手写，并手工计算。
　　为了简化测试步骤，提高测试数据的精度，我们开发了基于计算机及数据采集设备（DAQ）的测试方法。LabVIEW 被用于自动操作测试数据流及数据处理。该软件应用提供了图形化可视界面及测试结果的汇总。
系统概述
　　如上文提到，旧测试方法需要手工进行数据收集及分析，所以效率很低，测试性能完全取决于操作员。操作员在所有测试过程中需要手工操作、记录数据、控制及监测测试。新测试方法实现了创新的自动化测试。我们改进了测试步骤，在单个集成系统中实现由计算机控制的数据采集及分析。
创新测试自动化过程的目标：
● 缩减测试设备的投资成本
● 简化测试方法
● 自动化的测试及控制方法提高了测试的性能及精度
● 独立控制系统监测能力
● 降低测试参数的误读
● 自动生成测试结果
● 基于Windows 的软件控制应用
● 界面用户友好
硬件实现
　　自动化泄漏测试设备的组成配置包括计算机、数据采集设备、电磁阀、气源、压力变送器及温度变送器等。系统能够精确、快速、自动地测量航天器增压舱的特定泄漏区域等级。计算机及DAQ 设备用于处理过程控制序列测试及采集数据。控制装置将状态阀控制在相应值并从传感器采集数据。泄露测试系统采用四通道DAQ设备。通道与传感器及电磁阀相连，并包裹于电缆中。
　　测试过程首先压缩舱体或被测单元，直至压力达到特定值。舱体环境的压力及温度通过传感器或变送器测量。变送器将测量值转换成电流或电压。
　　计算机处理由变送器及DAQ 设备采集的舱体压力及温度数据。当舱体压力超过临界值时，电磁阀将控制舱体压力输入的流量。图1为测试系统的框图示意。

　　　　　　　　　　　　　　　图1.泄漏测试系统的框图示意

软件实现
　　泄漏测试系统采用DAQ 设备，通过LabVIEW 软件编写虚拟仪器（VI）实现完全控制。　LabVIEW 能够控制DAQ 设备读取模拟输入信号（A/D 转换），生成模拟输出信号（D/A 转换），并读写数字信号。电压数据输入计算机上的插入式DAQ 设备，并送到存储器进行保存、处理。
我们在LabVIEW 图形化编程环境下完成软件开发，保证了软件的高度模块化及可扩展性。　LabVIEW 是层次式的，任何虚拟仪器都能快速转换为模块，作为另一个VI 的子模块。我们将软件整体配置成独立的虚拟仪器，它包括了系统控制器、数据采集、及数据分析和显示。
我们将七个VI 集成到最终的主VI 中，通过主VI 的图形化用户界面（GUI）（如图2 显示），用户能够观察增压舱的泄漏测试监测过程。在测试执行中，计算机显示主LabVIEW VI 界面，该界面包括若干菜单：用户认证、参数设置、输出波形绘制等。测试通过时界面显示“GO”，测试失败则显示“NO GO”。

　　　　　　　　　　图2.图形化用户界面及结果显示窗口
　　软件测试的操作非常简单。首先必须安装测试设备，作为测试的配置。然后初始化参数或变量，如压力、温度、舱体容量、允许泄漏区域、及测试持续时间等。完成所有配置设定后便可开始测试。软件功能包括系统控制及数据处理。软件还能控制状态阀、读取传感器数据、处理或分析采集数据。
　　为了能在计算机屏幕上监测测试状态，GUI 显示三个图表：比率曲线、参照曲线、测量结果曲线。舱体泄漏区域值及所有测试过程的结果同样可观测。操作员在测试过程中无需记录数据。
最终测试结果报告的打印很简单，用户可以轻松完成测试文档。测量过程中用到的变量及测试结果都保存在磁盘上，数据以文本格式保存，可通过Excel 或文本编辑器打开。

　　　　　　　　　　　　　　表1.新、旧测试系统间的比较
系统性能
　　我们为自动化校验开发的VI 能够满足所有需求。在达到不同功能性测试的精度要求同时，还在测试速度、成本、紧凑型等方面超越了旧测试系统。每个VI 完成数据的采集、度量，并与阈值进行比较。GO或NO GO标识控制在失败事件时关闭电源，或在存储测试结果后完成最终测试报告。上表中比较了旧测试系统及基于Vi 的新系统。
　　测试时间缩短的主要原因是能够连续执行控制系统配置、数据采集和显示及测试报告生成等步骤。
结论
　　基于用户开发V I 实现的低成本虚拟仪器系统具有高性价比。LabVIEW作为其中关键，提供了测试设备中集成的DAQ硬件及自动化的测试计划和文档。LabVIEW 灵活、友好的图形化编程环境在很大程度上缩短了系统开发时间。
　　将本研究作为铺垫，可在进一步软硬件平台开发中实现易修改的系统，甚至可集成其它类型测试或完成类似系统测试。

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