為了進(jìn)一步應(yīng)對(duì)飛機(jī)IronBirds試驗(yàn)臺(tái)各種功率設(shè)備的供配電問(wèn)題，縮減配電系統(tǒng)的占用空間，保證配電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

本文在簡(jiǎn)要介紹基于SSPC的智能配電系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對(duì)其硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并在某飛機(jī)IronBirds試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，效果良好，對(duì)后期采用SSPC的智能配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定借鑒意義。

隨著航空事業(yè)的飛速發(fā)展，“鐵鳥”(IronBirds)試驗(yàn)臺(tái)作為飛機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化、綜合調(diào)試、交付運(yùn)營(yíng)以及確保飛機(jī)持續(xù)續(xù)航的重要試驗(yàn)設(shè)備。

在該試驗(yàn)臺(tái)上有三十多個(gè)用電設(shè)備，其使用的工作電壓均為二百二十伏，額定功率大小一般在一千瓦到四千瓦之間，能夠?qū)崿F(xiàn)工作電壓監(jiān)測(cè)、設(shè)備電流檢測(cè)、過(guò)載斷路保護(hù)等功能。

以往的配電系統(tǒng)選用配電柜，每次操作時(shí)需要派遣工作人員手動(dòng)實(shí)施上電，設(shè)備一旦運(yùn)行異常，還需通知值班人員趕往現(xiàn)場(chǎng)人工開展故障排查工作。

不僅嚴(yán)重浪費(fèi)人力物力，而且當(dāng)員工粗心大意時(shí)還會(huì)導(dǎo)致惡性生產(chǎn)事故發(fā)生。為進(jìn)一步增強(qiáng)配電系統(tǒng)智能化控制運(yùn)行能力，該系統(tǒng)的發(fā)展方向應(yīng)為小型、高集成等。

基于固態(tài)功率控制器的智能配電系統(tǒng)

傳統(tǒng)的IronBirds配電系統(tǒng)大多采用繼電器對(duì)供配電進(jìn)行控制，這種方式的配電系統(tǒng)重量和體積均比較大，且智能化運(yùn)行水平較低。

不僅占據(jù)了較大的鐵鳥系統(tǒng)的設(shè)備容積，還需要指派專人全天二十四小時(shí)呆在配電柜旁手動(dòng)重復(fù)操作，更無(wú)法實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)查看各配電設(shè)備詳細(xì)工作數(shù)據(jù)。

因此，采用固態(tài)功率開關(guān)來(lái)設(shè)計(jì)新型智能配電系統(tǒng)，對(duì)于進(jìn)一步提升IronBirds配電系統(tǒng)的智能化運(yùn)行具有重大意義。

該配電系統(tǒng)可以明顯縮減IronBirds試驗(yàn)供配電系統(tǒng)的體積及質(zhì)量，還可以將該智能配電系統(tǒng)融入飛機(jī)總的控制中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控配電設(shè)施設(shè)備。

該智能配電系統(tǒng)利用先進(jìn)設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，使配電系統(tǒng)工作實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)管控及智能化管理。

不僅降低了人力成本、強(qiáng)化了供用電管理質(zhì)量、減小了電量損耗，還最大程度保證了設(shè)備運(yùn)行安全，避免較大生產(chǎn)事故的產(chǎn)生。

基于固態(tài)功率控制器的配電系統(tǒng)是以工控機(jī)充當(dāng)上位機(jī)，固態(tài)功率開關(guān)取代原有的控制繼電器充當(dāng)下位機(jī)，控制外界負(fù)載的輸出功率并監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)。

下位機(jī)中各個(gè)的SSPC之間的信號(hào)借助CAN總線的方式構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，后將控制局域網(wǎng)總線數(shù)據(jù)資料轉(zhuǎn)換為適用傳輸控制協(xié)議的網(wǎng)線來(lái)達(dá)成數(shù)據(jù)信息遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康摹?/strong>

如下圖所示，配電系統(tǒng)主要分為主電源工作回路、以及控制回路兩部分。

主電源工作回路：IronBirds試驗(yàn)基地的供電系統(tǒng)為配電控制柜提供交流二百二十伏電源，該交流二百二十伏主電源進(jìn)入配控制電柜后，分流為2路。

一路交流二百二十伏分別流過(guò)斷路器、熔斷保護(hù)器、固態(tài)功率控制器的主觸點(diǎn)，最終接入IronBirds試驗(yàn)臺(tái)負(fù)載；

另1路交流二百二十伏電源經(jīng)過(guò)電源開關(guān)后被置變成直流五伏工作電源，為系統(tǒng)的控制回路提供電源，同時(shí)監(jiān)控負(fù)載工作狀態(tài)。

控制工作回路：固態(tài)功率控制器通過(guò)直流5伏電源開關(guān)控制為其內(nèi)部電路提供電源，控制固態(tài)功率控制器主觸點(diǎn)的斷開與閉合。

固態(tài)功率控制器支持CAN總線通訊，固態(tài)功率控制器通過(guò)CAN總線控制、采集固態(tài)功率控制器的工作狀態(tài)。

采集的信號(hào)通過(guò)基帶局域網(wǎng)方式傳輸至總的實(shí)驗(yàn)室。

按照實(shí)際使用需求，結(jié)合我國(guó)當(dāng)前的配電系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)，確定該智能配電系統(tǒng)兼具監(jiān)控、檢測(cè)、計(jì)量、通訊、報(bào)警、綜合管控等多種功能。

系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)流及精準(zhǔn)控制技術(shù)融合化，實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程無(wú)線控制和就地故障區(qū)實(shí)施隔離等特色化功能，滿足智能配電管理的多元化需求。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

固態(tài)功率控制器又稱為SSPC，內(nèi)置可編程代碼，可實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)別的跳閘，采用固態(tài)開關(guān)作為其控制中心。

充分保證負(fù)載設(shè)備的安全，還可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)負(fù)載的開關(guān)、工作電流、工作電壓、過(guò)載跳閘等工作數(shù)據(jù)。

固態(tài)功率控制器獨(dú)具短路保護(hù)的能力，系統(tǒng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，負(fù)載電流的過(guò)載會(huì)造成固態(tài)功率控制器馬上切斷負(fù)載。

并生成跳閘報(bào)警信息通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行顯示，大多固態(tài)功率控制器具有溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及過(guò)熱保護(hù)能力。

固態(tài)功率控制器內(nèi)部溫度被24小時(shí)監(jiān)控，倘若工作溫度大于安全設(shè)定值，固態(tài)功率控制器將關(guān)斷輸出。

相應(yīng)的TRIP腳將輸出低電平電壓，借助系統(tǒng)CAN總線相關(guān)接口可查看各自的保護(hù)狀態(tài)。

IronBirds配電系統(tǒng)選用控制器局域網(wǎng)總線將配電系統(tǒng)各個(gè)SSPC設(shè)備串聯(lián)起來(lái)并對(duì)其加以控制。與以往的通訊方式相比，CAN總線具有數(shù)據(jù)傳輸高效穩(wěn)定的特點(diǎn)。

考慮到高頻信號(hào)波長(zhǎng)較短的屬性，其在傳輸過(guò)程中會(huì)引發(fā)反射波繼而對(duì)原信號(hào)帶來(lái)一定程度干擾。

所以，必須在網(wǎng)絡(luò)總線的進(jìn)出端口加上一定阻值的電阻來(lái)屏蔽掉此類信號(hào)干擾。

控制器局域網(wǎng)收發(fā)器通常選擇型號(hào)為SN65HVD230的芯片，該芯片抗干擾能力較強(qiáng)，同時(shí)也能將控制器局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)以差分信號(hào)形式傳送到控制器局域網(wǎng)總線網(wǎng)絡(luò)里。

針對(duì)IronBirds試驗(yàn)臺(tái)的工作情況，這兩塊固態(tài)功率控制器被集成到同一PCB上，并在此板上安裝控制器局域網(wǎng)通訊電路。

這樣一來(lái)，一方面很大程度上降低了系統(tǒng)總體封裝所采購(gòu)的PCB板數(shù)量。

另一方面，大量縮減了系統(tǒng)接口數(shù)量，最終使配電系統(tǒng)整體性能向著智能化、模塊化方向又邁進(jìn)一步。

通信板工作原理圖如圖2所示，系統(tǒng)PCB板設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

系統(tǒng)主機(jī)柜安裝于試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)基帶局域網(wǎng)與處于試驗(yàn)間的人機(jī)界面連接通訊，配電機(jī)柜中安裝有固態(tài)功率控制器、基帶局域網(wǎng)轉(zhuǎn)CAN模塊、電源模塊等。

所以，系統(tǒng)機(jī)柜需滿足長(zhǎng)期投入使用和安全可靠運(yùn)行的特點(diǎn)，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下所示：

(1)選材：冷軋鋼板；(2)材料厚度：2mm；(3)載重：800kg；

(4)機(jī)柜通風(fēng)率：75%；(5)防護(hù)等級(jí)：IP20；

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

如圖4所示為智能配電系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框架，包含登錄頁(yè)面、輸入設(shè)置、時(shí)間顯示、故障報(bào)警顯示及幫助等多個(gè)功能單元。

該軟件與固態(tài)功率控制器使用控制局域網(wǎng)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集傳輸。

輸入控制單元中包含控制器局域網(wǎng)通訊設(shè)置、開閉固態(tài)功率控制器設(shè)置以及對(duì)各個(gè)固態(tài)功率控制器電流實(shí)施工作參數(shù)設(shè)置。

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元囊括所有固態(tài)功率控制器的ID值、數(shù)據(jù)流向、發(fā)送對(duì)象的數(shù)據(jù)類型及具體值等。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元主要由各功率控制器的指示燈組成，通過(guò)各指示燈的顯示狀態(tài)判別功率控制器的工作狀態(tài)及電流反饋情況。

此外，該軟件還包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能等，這就涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)是重中之重，需要保證數(shù)據(jù)收集及錄入的準(zhǔn)確性和完整性。

可將配電系統(tǒng)建設(shè)中及后期使用中的故障按照故障時(shí)間、事件序列號(hào)、事件處理過(guò)程、故障造成影響、事件總結(jié)等項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行羅列登記，逐一錄入，慢慢積累。

逐步完善智能配電系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)的維護(hù)信息，很多故障數(shù)據(jù)凝結(jié)了作業(yè)人員工作經(jīng)驗(yàn)，可以作為技術(shù)培訓(xùn)資料使用，同時(shí)也為系統(tǒng)后期優(yōu)化升級(jí)提供參考資料。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試

測(cè)試場(chǎng)地為某飛機(jī)IronBirds試驗(yàn)臺(tái)，其能夠?qū)︼w機(jī)液壓系統(tǒng)各工作元件進(jìn)行測(cè)試。

該試驗(yàn)臺(tái)配置三十個(gè)供電設(shè)備，按照要求將其劃分為二十路和十路2個(gè)配電柜分別實(shí)施控制。其中二十路智能配電柜見下圖5。

對(duì)該配電柜執(zhí)行上電操作，經(jīng)相關(guān)測(cè)試后證明該配電柜在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載工作狀態(tài)的同時(shí)，還能精準(zhǔn)控制其輸出功率。

且在負(fù)載設(shè)備工作異常時(shí)，可以及時(shí)智能切斷電路并對(duì)總控制中心發(fā)出告警，滿足智能配電系統(tǒng)的各項(xiàng)使用要求。

結(jié)語(yǔ)

本文首先介紹了基于固態(tài)功率控制器的智能配電系統(tǒng)發(fā)展概況，然后對(duì)其控制器局域網(wǎng)總線通信接口、配電機(jī)柜等硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

在硬件設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上，又對(duì)其軟件系統(tǒng)進(jìn)行了搭建，最后在某飛機(jī)鐵鳥試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果表明試驗(yàn)情況良好，一定程度上確保了配電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

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