一種寬體客機(jī)匯流條功率控制器模擬系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣工程領(lǐng)域，尤其是涉及寬體客機(jī)飛機(jī)自動(dòng)配電控制系統(tǒng)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]寬體客機(jī)是在第一代噴氣客機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是航空技術(shù)的巨大跨越。采用新型的變頻交流電源系統(tǒng)，是寬體飛機(jī)供電系統(tǒng)發(fā)展的方向，該電源系統(tǒng)已應(yīng)用在世界上最先進(jìn)的寬體客機(jī)B787上。目前我國(guó)也在開展對(duì)變頻交流供電系統(tǒng)的研制工作，但與國(guó)外相比仍差距較大，仍處于仿真階段。這屬于國(guó)家級(jí)的重要項(xiàng)目。
[0004]飛機(jī)自動(dòng)配電系統(tǒng)主要由各匯流條、終端構(gòu)成的飛機(jī)配電網(wǎng)絡(luò)以及由相應(yīng)處理器、控制器構(gòu)成的配電控制單元組成。一次配電為從發(fā)電機(jī)到供電匯流條的部分，其控制單元是匯流條功率控制器BPOKBus Power Control Unit)，是飛機(jī)自動(dòng)配電系統(tǒng)的核心。
[0005]寬體客機(jī)電網(wǎng)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高，控制各組成部件協(xié)調(diào)工作難度大，因此對(duì)飛機(jī)自動(dòng)配電系統(tǒng)要求很高:要實(shí)現(xiàn)對(duì)寬體飛機(jī)電網(wǎng)的狀態(tài)檢測(cè)和控制，防止局部設(shè)備故障時(shí)影響到整個(gè)電網(wǎng)，智能地對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)和重構(gòu)，保證余度、容錯(cuò)和不中斷供電等等。[0006 ]針對(duì)寬體客機(jī)電網(wǎng)，采用寬體客機(jī)匯流條功率控制器(BPCU)模擬技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該電網(wǎng)的狀態(tài)檢測(cè)和控制，可以在沒(méi)有控制器實(shí)物的情況下進(jìn)行控制試驗(yàn)，大大降低供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本，同時(shí)縮短其開發(fā)周期，為未來(lái)大型客機(jī)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供依據(jù)，對(duì)研究飛機(jī)配電系統(tǒng)的控制方法具有重要作用。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在沒(méi)有寬體飛機(jī)供電系統(tǒng)實(shí)物的情況下，針對(duì)其一次配電網(wǎng)絡(luò)通道多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，提出了一種寬體客機(jī)的匯流條功率控制器模擬技術(shù)。采用該技術(shù)能夠真實(shí)模擬BPCU的工作邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)寬體飛機(jī)電網(wǎng)的狀態(tài)檢測(cè)和控制，保證飛機(jī)一次配電網(wǎng)絡(luò)的正常、可靠、安全工作，填補(bǔ)我國(guó)寬體客機(jī)電網(wǎng)一次配電技術(shù)領(lǐng)域的空白。
[0009]
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種寬體客機(jī)匯流條功率控制器模擬系統(tǒng)，其特征在于包括左匯流條功率控制器、右匯流條功率控制器;所述左匯流條功率控制器通過(guò)調(diào)理接口電路分別檢測(cè)左交流電網(wǎng)、左直流電網(wǎng)、應(yīng)急交流電網(wǎng)、應(yīng)急直流電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行邏輯運(yùn)算，分別對(duì)左交流電網(wǎng)、左直流電網(wǎng)、應(yīng)急交流電網(wǎng)、應(yīng)急直流電網(wǎng)進(jìn)行控制;所述右匯流條功率控制器通過(guò)調(diào)理接口電路分別檢測(cè)右交流電網(wǎng)、右直流電網(wǎng)、應(yīng)急交流電網(wǎng)、應(yīng)急直流電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行邏輯運(yùn)算，分別對(duì)右交流電網(wǎng)、右直流電網(wǎng)、應(yīng)急交流電網(wǎng)、應(yīng)急直流電網(wǎng)進(jìn)行控制；左、右匯流條功率控制器共同對(duì)應(yīng)急電網(wǎng)進(jìn)行雙余度控制；左、右匯流條功率控制器之間通過(guò)非相似余度的冗余通信方式進(jìn)行信息交互。 一種寬體客機(jī)匯流條功率控制器模擬方法，其特征在于設(shè)置左匯流條功率控制器對(duì)左交流電網(wǎng)、左直流電網(wǎng)進(jìn)行控制，設(shè)置右匯流條功率控制器對(duì)右交流電網(wǎng)、右直流電網(wǎng)進(jìn)行控制，左、右匯流條功率控制器共同對(duì)應(yīng)急電網(wǎng)進(jìn)行雙余度控制；左、右匯流條功率控制器之間通過(guò)非相似余度的冗余通信方式進(jìn)行信息交互;左、右匯流條功率控制器軟件均采用基于LabVIEW環(huán)境下、狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)為主、多線程并發(fā)的編程方式實(shí)現(xiàn)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:提出了一種寬體客機(jī)匯流條功率控制器模擬系統(tǒng)及方法，基于冗余通信技術(shù)和雙功率控制器分布控制，可以真實(shí)模擬匯流條功率控制器的工作邏輯。采用該技術(shù)設(shè)計(jì)的模擬器可以實(shí)現(xiàn)寬體客機(jī)電網(wǎng)正常及故障情況下的電網(wǎng)狀態(tài)的檢測(cè)、重構(gòu)控制和故障保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的可靠供電，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性。
[0011]
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明所針對(duì)的寬體客機(jī)電網(wǎng)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明匯流條功率控制器(BP⑶)模擬器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明匯流條功率控制器(BPCU)模擬器非相似余度冗余通信示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明匯流條功率控制器(BP⑶)模擬器調(diào)理電路模塊化設(shè)計(jì)示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明匯流條功率控制器(BPCU)模擬器LabVIEW環(huán)境下基于狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)的多線程編程方法示意圖。
[0017]圖6(a)是匯流條功率控制器(BP⑶)模擬器LabVIEW環(huán)境下狀態(tài)機(jī)多線程并發(fā)示意圖。
[0018]圖6(b)所示，為邏輯運(yùn)算和電網(wǎng)控制模塊狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明提出的寬體客機(jī)匯流條功率控制器(BPCU)模擬器進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
如圖1所示，是本發(fā)明所針對(duì)的寬體客機(jī)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖，該電網(wǎng)包括四臺(tái)主起動(dòng)/發(fā)電機(jī)，兩臺(tái)APU起動(dòng)/發(fā)電機(jī)，一臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)(RAT)，四臺(tái)地面電源以及蓄電池和若干變換器(圖中未畫出)。電網(wǎng)主要分為左交流電網(wǎng)、右交流電網(wǎng)、左直流電網(wǎng)、右直流電網(wǎng)以及應(yīng)急交流電網(wǎng)、應(yīng)急直流電網(wǎng)。雖然寬體客機(jī)電網(wǎng)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高，但就拓?fù)浣嵌榷?，電網(wǎng)左、右兩部分基本對(duì)稱，控制方式類似，設(shè)定整個(gè)自動(dòng)配電系統(tǒng)中含有2個(gè)匯流條功率控制器BP⑶，并且按左右區(qū)分，分別命名為左匯流條功率控制器LBPCU及右匯流條功率控制器RBPCU，左交流通道與左直流通道由左功率控制器控制，右交流通道與右直流通道由右功率控制器控制。對(duì)于應(yīng)急配電部分，左右兩個(gè)功率控制器均可控制，提高了應(yīng)急配電部分控制上的可靠性。
[0021]如圖2所示，是本發(fā)明的BPCU模擬器的整體結(jié)構(gòu)框圖，主要包括兩臺(tái)PCI工控機(jī)、輸入/輸出板卡、通信板卡、接口電路箱(調(diào)理箱)、模擬電網(wǎng)組成。PCI工控機(jī)模擬的是電氣綜合管理系統(tǒng)，左、右兩臺(tái)工控機(jī)分別模擬左、右匯流條功率控制器(LBP⑶和RBPCU)，內(nèi)插有數(shù)字量輸入輸出板卡和模擬量輸入板卡，作為工控機(jī)與外部信號(hào)的接口 ；插有RS 422通信板卡用于兩臺(tái)工控機(jī)的通信。模擬電網(wǎng)中電壓、電流信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理電路，通過(guò)模擬量輸入板卡輸入到BPCU中。同時(shí)，通過(guò)數(shù)字量輸入板卡，檢測(cè)到模擬電網(wǎng)中各個(gè)接觸器輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)，這些檢測(cè)到的信號(hào)通過(guò)工控機(jī)軟件的處理及其邏輯運(yùn)算，通過(guò)數(shù)字量輸出板卡輸出數(shù)字信號(hào)來(lái)控制電網(wǎng)中接觸器的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的控制，在發(fā)生故障時(shí)達(dá)到電網(wǎng)重構(gòu)的目的，實(shí)現(xiàn)余度供電。
[0022]如圖3所示，是本發(fā)明匯流條功率控制器(BPCU)模擬器非相似余度冗余通信示意圖。BPCU模擬器是將RS422通信作為首要通訊方式，CAN通信做為熱備份。當(dāng)RS422通訊發(fā)生故障時(shí)，軟件自動(dòng)識(shí)別故障并且切換為CAN通信，使得兩個(gè)控制器之間的信號(hào)傳輸不中斷，提高了通信的穩(wěn)定性和可靠性。此外，RS232通信作為第三種通訊方式，用于傳輸對(duì)方BPCU是否開機(jī)運(yùn)行的信號(hào)。在編程時(shí)，將這三種通信狀態(tài)組合為一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，再將該二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)值，該數(shù)值定義為通訊狀態(tài)，不同的通訊狀態(tài)對(duì)應(yīng)執(zhí)行不同的電網(wǎng)控制策略，這樣即使通訊狀態(tài)發(fā)生變化，控制器也能根據(jù)此刻的通訊狀態(tài)及時(shí)對(duì)電網(wǎng)執(zhí)行相應(yīng)的操作。RS422和CAN兩種通訊方式的互為備份以及RS232通訊的輔助，保證了電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0023]如圖4所示，是本發(fā)明匯流條功率控制器(BPCU)模擬器信號(hào)調(diào)理電路模塊化設(shè)計(jì)示意圖。寬體客機(jī)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，需要采集處理分析的信號(hào)種類、數(shù)量龐大，所需要的方法不盡相同。若每個(gè)信號(hào)都單獨(dú)設(shè)計(jì)，工作量極大，也不利于后期維護(hù)。本發(fā)明中包括兩個(gè)調(diào)理箱，左調(diào)理箱和右調(diào)理箱，分別對(duì)應(yīng)左右匯流條功率控制器(L/RBP⑶)。每個(gè)調(diào)理箱中根據(jù)LBPCU和RBPCU所檢測(cè)和控制的信號(hào)量的種類和數(shù)量，放置信號(hào)調(diào)理電路和繼電器驅(qū)動(dòng)電路，如圖2所示。本發(fā)明采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，將每塊信號(hào)調(diào)理電路板根據(jù)不同信號(hào)的采集需求，劃分為有效值檢測(cè)電路，峰值檢測(cè)電路，電流檢測(cè)電路和相序檢測(cè)電路，圖4所顯示了信號(hào)調(diào)理電路板的功能模塊分布。以有效值檢測(cè)電路為例，采用芯片LM358P，每塊芯片集成兩個(gè)運(yùn)算放大器，可設(shè)計(jì)兩路有效值檢測(cè)電路，左側(cè)1-1和右側(cè)1-2各一路。設(shè)計(jì)統(tǒng)一的對(duì)外接口(包括電網(wǎng)接口和工控機(jī)板卡接口)以及統(tǒng)一的電路板編號(hào)。相同規(guī)格的電路板和對(duì)外接口方便統(tǒng)一安裝和統(tǒng)一維護(hù)。