Микропроцессорная автоматизированная система контроля авионики - МАСКА

технических средств за счет модульности схемотехнического и конструктивного исполнения аппаратных средств и программного обеспечения [2-4]. В Самарском государственном аэрокосмическом университете разработана Микропроцессорная Автоматизированная Система Контроля Авионики (МАСКА), которая является новым универсальным контрольно-измерительным комплексом наземного применения и предназначена для динамического моделирования поведения сложных систем ВС, контроля и диагностики технического состояния бортовых комплексов электрооборудования, а также для контроля логической структуры и качества сети электрических связей, измерения параметров электрических цепей объектов контроля (ОК) в эксплуатации при техническом обслуживании, ремонте и в производстве аэрокосмической техники. Система включает унифицированный системный коммутатор в составе оптимального сочетания контрольно-измерительного комплекса PXI, сетевого оборудования вычислительной CAN-сети, комплекта локальных интеллектуальных коммутаторов, реализованных на основе современных электронных компонент, измерительных средств и программного обеспечения, функционирующие в графической программной среде Lab VIEW под управлением операционной системы WINDOWS XP.

В системе МАСКА реализована «безбумажная» технология, которая предусматривает использование базы данных предприятия или эксплуатирующей организации, а также возможность создания и ведения базы данных в составе автоматизированного рабочего места (АРМ)

инженера-технолога и программного обеспече-  и программных средств, в зависимости от решения МАСКА. Система имеет гибкую структуру и  ния поставленных задач.

много вариантность комплектации технических

Контроллер PXI-xxx

АРМ инженера-технолога

ЦУП, СУБД, САПР, системная шина управления

Вариант 3

Контроллер

PXI-xxx

Контроллер РХ1

Внутриситемная шина

Вариант 1

Мультиметр

Осциллограф

Гейера гор сигналов произвольной формы

Arinc-429

(6 каналов)

Программируемый источник ни гания

Модуль генерации спец, сиг налов

Измеритель сопротивления изоляции

PXI-CAN интерфейс

Pentium-M 2 ГГц, 1 ГГб LabVIEW. Windows ХР.

Мультиплексор PXI-2503

Многофункциональная карта сбора данных PXI-4072

МКУ

МКУ

МКУ

МКУ

МКУ

Система комплектуется по заказу

Емкость системы равна Е— 100*п, где п — количество модулей

БЛОК ВС (система ОК)

Унифицирова

ОБЪЕКТ КОНТРОЛЯ

Рис. 1. Вариант структурной схемы и комплектации системы МАСКА

На рис. 1 представлен вариант структурной схемы системы, предназначенной для решения широкого круга таких задач, как:

• -    контроль логической структуры, качества проводимости и сопротивления изоляции электрических цепей, диагностика неисправностей и прогнозирование технического состояния кабельно-жгутовых изделий в цехе-изготовителе, токораспределительных сетей (фидерных схем) в цехе окончательной сборки на борту и в эксплуатации;

• -    тестовый контроль, контроль функционирования, диагностика неисправностей и прогнозирование технического состояния электросборок бортовой автоматики (распределительных коробок (РК), электрощитков (ЭЩ), электропанелей (ЭП), приборных досок (ПД) и пр.) при изготовлении и эксплуатации ВС;

• -    тестовый контроль, контроль функционирования, диагностика неисправностей и прогнозирование технического состояния блоков и готовых изделий бортовых комплексов электрооборудования при изготовлении и эксплуатации ВС, комплектуемые приборостроительными и др. заводами;

• -    моделирование и имитация неисправностей или критических режимов, а также анализ

динамики поведения блоков или сложных комплексов на стимулирующие воздействия.

АРМ инженера-технолога предназначен для формирования и хранения конструкторских и технологических документов в электронном виде, а также для обновления, ведения и пополнения хранимой информации и является одной из основных структурных компонент информационного обеспечения производственных задач монтажно-сборочного производства ВС и РКТ и эксплуатирующих организаций аэрокосмической техники. Оно составляет основу функционирования конструкторско-технологического и эксплуатационного обеспечения производства, контроля и эксплуатации бортовых комплексов авионики.

АРМ обеспечивает решение следующих задач:

• 1)    Формирование схем и таблиц соединений для проектирования контроля, диагностики и прогнозирования технического состояния ОК, а также для проектирования технологических процессов технического обслуживания ОК ВС и РКТ.

• 2)    Формирование таблиц соединений физических электрожгутов или выделенных структур.

• 3)    Формирование заказных спецификаций по комплектующим изделиям и материалам для сборочно-монтажного производства и в эксплуатации.

• 4)    Проектирование стыковочных карт для подключения электрожгутов и токораспределительных сетей к системам контроля.

• 5)    Проектирование программ контроля электрожгутов и отдельных систем токораспределительной сети для контроля на борту в цехе окончательной сборки и АТБ и др. функции, указанные в описании ПО.

Блок управления, измерения и контроля (БУИК) реализован на базе стандарта PXI в операционной среде Windows с приложением прикладного графического программирования среды LabVIEW, используемой в системе МАСКА в качестве стандартного инструмента для проведения измерений, анализа их данных и последующего управления приборами и исследуемыми объектами. Назначение:

• -    централизованное управление процессами коммутации, измерения, обработки информации и взаимодействия функциональных блоков системы МАСКА;

• -    измерение параметров электрических цепей;

• -    обеспечение взаимодействия различных протоколов обмена, в частности, RS-232, USB, CAN-протокол, ARINC-429 и др.;

• -    обеспечение напряжением питания всех функциональных блоков системы.

В состав БУИК входят: шасси – PXI-1050 PXI/SCXI (комбинированное) 8/4 модулей; контроллер NI PXI-8196. Контроллер NI PXI-8196

представляет собой самый высокопроизводительный из доступных на сегодняшний день контроллеров реального времени. Его процессор Pentium M 760 2,0 ГГц позволяет увеличить среднюю производительность систем на 18% по сравнению с предыдущим лидером отрасли.

Рис. 2. Шасси PXI-1050 PXI/SCXI с контроллером NI PXI-8196

В состав унифицированного системного комплекса (УСК), показанного на рис. 3, входят:

• -    модуль коммутации и управления (МКУ);

• -    модуль коммутации стимулирующих сигналов (МКС);

• -    модуль коммутации эталонных значений конструктивных параметров электрических цепей (МКЭ);

• -    модули других различных функциональных назначений по техническим условиям поставки Заказчика.

  

  Рис. 3. Унифицированный системный комплекс УСК

  
  

УСК предназначен для:                   для определения логики функционирования и

• -    коммутации электрических цепей сложных конструктивных параметров объекта контроля;

устройств в соответствии с программой контроля

• -    управления и предварительной обработки процессов контроля по подключенным разъемам объекта контроля к МКУ;

• -    формирования стимулирующих сигналов различных форм и уровней и коммутация их по выбранным адресам в ОК;

• -    имитации конструктивных параметров электрических цепей и коммутации

их по выбранным адресам в ОК;

• -    формирования адресов ответных сигналов ОК для обработки измерительной информации и диагностики дефектов.

Локальные интеллектуальные коммутаторы (ЛИК) предназначены для организации распределенной структуры системы контроля, которая разнесена на расстояния по подключаемым разъемам ОК с помощью коротких переходных жгутов или без таковых. ЛИК обеспечивают:

• -    контроль электрических связей логической структуры бортовой токораспределительной

сети, а также кабельно-жгутовых изделий на плазовых столах или на борту в собранном виде;

• -    контроль проводимости электрических цепей для оценки их качества;

• -    контроль сопротивления изоляции бортовых систем электрических цепей.

Рис. 4. Локальный интеллектуальный коммутатор ЛИК

Рис. 5. Вариант распределенной структуры системы МАСКА для контроля токораспределительных сетей и кабельно-жгутовых изделий на борту ВС

На рис. 5 представлен вариант распределенной структуры система МАСКА с радиоканалом CAN-сети для контроля токораспределительных сетей на борту ВС или аналогичных объектов, например, на борту корабля или РКТ. Каналы ARINC-429 используются для передачи цифровых данных между элементами и блоками систем авиационной электроники. На бортах летательных аппаратов, гражданских и военных, до 75% цифрового межсистемного обмена приходится на каналы интерфейса ARINC-429, таким образом, этот интерфейс является основным связующим звеном в системах авиа электроники.

Структура программного обеспечения системы МАСКА показана на рис. 6, она включает в себя совокупность программных подсистем, обеспечивающих ведение и коррекцию базы данных, автоматизацию проектирования информационных массивов, управление и обработку контрольно-измерительной информации и формирование протоколов контроля, диагностики и прогнозирования технического состояния объектов контроля.

Система управления базой данных (СУБД) и программное обеспечение (ПО МАСКА-ЭС) предназначена для автоматизированного ведения базы данных и обеспечивает решение следующих задач:

• -    подготовку и ввод данных по номерам изделий, а также коррекцию данных с учетом текущих изменений и доработок;

• -    автоматизированное формирование рабочих файлов для контроля и диагностики монтажа электрической сети по следующим идентификаторам: по номерам позиций и/или по маркировки провода и/или по сборочным единицам и номерам изделий и/или по системам и/или др. признакам, если это необходимо;

  

  Рис. 6. Структура программного обеспечения варианта системы МАСКА-ЭС для контроля электросборок

  
  

• -    автоматизированный расчет активного сопротивления электрической цепи с учетом сечения и длины ее проводников и переходных сопротивлений промежуточных и внешних соединителей (клеммных монтажных колодок, болтовых соединений, промежуточных и выходных разъёмов и т.п.) для контроля качества проводимости электрических цепей;

• -    автоматизированное проектирование стыковочных карт и программ контроля для сформированных рабочих файлов;

• -    автоматизированное проектирование программ управления и контроля монтажными операциями на борту;

• -    управление, загрузку локальных контроллеров, обработку контрольно-измерительной информации и формирование протоколов по результатам контроля;

• -    управление процессами монтажа на борту с пооперационном контролем монтажных соединений в распределительных коробках, клеммных, болтовых и прочих соединениях, при использовании специального программного обеспечения.

Сетевое программное обеспечение предназначено для организации информационного обмена в распределенной структуре системы контроля токораспределительных сетей и электросборок. Драйверы системы МАСКА прошиты в ПЗУ каждого модуля системы и обеспечивают физическую, логическую и программную совместимость взаимодействия всех функциональных элементов в общей структуре системы МАСКА. Тестовое программное обеспечение выполняет тестирование системы на различных уровнях:

• -    тестирование точек коммутации;

• -    тестирование точек коммутации с контрольно-технологическим жгутом;

• -    тестирование сопротивления изоляции коммутаторов УСК и ЛИК.

Инструментальная структура приборной панели управления системы МАСКА реализована в программной графической среде Lab VIEW, с помощью которой можно создавать приложения, используя графическое представление всех элементов алгоритмов контроля функционирования, диагностирования, моделирования и прогнозирования технического состояния ОК. На практике для различных вариантов систем МАСКА разрабатывается своя панель управления, наиболее в полной мере отвечающая требованиям конкретного варианта системы. На рис. 7 представлена панель управления системы МАСКА для контроля электросборок. Функционально приборная панель системы МАСКА состоит из трех частей, выстроенных по вертикали, каждая часть из которых содержит:

• -    первая – функциональная часть по вертикали панели управления представляет входную информацию и стимулирующие воздействия на объект контроля:

«Вкл/Выкл. МАСКА», «Разработчик», «Программа контроля», «Входной стимулирующий сигнал» и пр.;

• -    вторая часть панели представляет все элементы управления взаимодействия системы, загрузку системы решаемыми задачами, установку режимов работы, состояние ОК в текущий момент времени контроля и пр. функции по управлению системой и ОК: «Вход в систему», «Контроль», «Режим работы системы МАСКА», «Режим контроля», «Режим имитации контроля», «Выбор объекта контроля», «Выбор объекта имитации», «Тест», «Тестирование», «Режим тестирования», «Режим имитации тестов», «Состояние схемы контролируемого объекта»;

• -    третья часть панели представляет работу и состояние коммутаторов, наличие стимулирующих воздействий, форму и уровень ответных

сигналов, и др. информацию по выходным параметрам ОК: «Состояние коммутатора», «Выходной контролируемый сигнал» и пр.

Таким образом, панель разбита на три информационных составляющих: о взаимодействии входных воздействий на объект контроля в виде программы контроля и характеристикой стимулирующих сигналов, режимов работы системы МАСКА и состояние схемы контролируемого объекта в текущий момент времени, состояние коммутатора и характеристику контролируемого сигнала. Но такое функциональное разделение полей панелей управления является рекомендуемым и по согласованию с пользователем системы МАСКА могут быть реализованы различные варианты панелей управления, в зависимости от требований Заказчика.

Рис. 7. Унифицированная панель управления системы МАСКА ЭС для контроля электросборок

Выводы: аппаратно-программный комплекс МАСКА, реализующий локальную вычислительную сеть интеллектуальных средств на базе новых CAN – технологий с применением перспективных контрольно-измерительных комплексов международного стандарта PXI и унифицированных коммутационных систем, функционирующие под управлением операционной системы WINDOWS, представляет собой легко осваиваемый инструментарий по решению всех возникающих задач контроля, диагностики технического состояния и функционирования объектов электрооборудования, измерения различных физических параметров, генерации сигналов различных форм и амплитуд для воздействия на ОК, а также может быть использован для виртуального и реального моделирования различных процессов, как электрической, так и другой физической природы.