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【摘 要】数字化是现代试车台控制系统的发展趋势之一，操控指令数据传输的安全性和高效性是航空发动机型号研制的重要保证。本文结合试车台控制系统的现有情况，分析了发动机控制器和试车台通讯的具体需求，设计了一种基于RS-422总线通讯方式的试车台控制系统，此方法已多个型号发动机的研制进行了应用，可扩展性强、具有很好的使用价值。
【关键词】航空发动机试车台;RS-422总线;控制系统
0引言
航空发动机控制系统是航空发动机整机试车台的重要组成部分之一。在现代武器装备信息化的背景下，为了满足现代化装备需求，航空发动机试验技术需要进行改进和提升，控制技术已经突破了传统的电气控制方式，向数字化信息化方向延伸，这也对航空发动机试车台的控制系统提出了更高要求。
试车台控制系统作为航空发动机整机试车台的重要组成部分，是控制发动机工作状态和保障航空发动机试验安全的重要工具之一，其主要功能是模拟飞机对发动机的控制，实现试验操纵人员对发动机的数字指令控制和发动机的关键数据的传输。
RS-422为全双工串行数据通信接口标准，作为一种性能稳定，传输可靠，抗干扰能力强，结构相对简单的总线通讯方式，被广泛应用于飞机上各种机载设备的管理及数据传输。因此建立一套基于RS-422总线协议的试车台控制系统不仅是装备现代化要求，也对于提升航空发动机整机试车台的试验能力，提高试验效率具有十分重要的意义。
本文以航空发动机RS-422总线通讯模式为研究对象，以现有航空发动机整机试车台软硬件结构为基础，具体分析了试车台控制系统的数字化需求，设计了一种操作方便，性能稳定的发动机测控系统通讯软件，满足了航空发动机整机试车台的实际需要，为发动机新型号的研制提供可靠的保障。
1技术方案
1.1RS-422总线原理
RS-422总线是由美国电子工业协会（EIA）制定的平衡发送、平衡接收的标准异步串行总线。作为一种平衡通信总线，它采用单独的发送和接收通道，不必控制数据方向，可以将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200米。RS-422总线硬软件支持丰富，与现场仪表接口简单，易于实现和扩展，性能价格比高等优点，可满足现代远程测控系统小型化、集成化的发展要求，且由于RS-422总线的通用性，没有对插接件电缆、高层通信协议作规定，而广泛应用于飞机控制系统，发动机控制系统等各种航空机载设备的通讯中。
1.2设计原则
根据控制系统的实际需求和软件的编制规范原则，结合试车台现有的测控系统功能，试车台控制系统依据以下原则设计：
（1）功能完备性：试车台飞机模拟系统满足发动机控制系统的设计需求，不仅具备与试车台数据采集系统的通讯能力，还需要有控制指令输入/输出能力，以及关键数据的存储和展示的功能。
（2）实用性：试车台控制系统必须具有易操作性，充分考虑试车人员的现实需求，增强该系统的智能化程度，人员操作方便，显示直观。
（3）可靠性：发动机控制系统必须保证稳定运行，传输操控指令可靠，保证发动机试验安全。
（4）实时性：试车台控制系统必须具备良好实时性，以满足试验需求。
（5）可扩展性：系统必须具备良好的可扩展性。
1.3总体方案设计
航空发动机整机试车台测控系统以数据采集系统为核心，包括数据监视系统，电气控制系统，数据库系统和试车流程系统组成，其主要功能是为发动机整机试验提供相关参数采集分析、计算和处理、存储以及复放等功能。试车台各系统之间通过以太网连接，实现测量数据与控制数据的共享。试车台控制系统通过TCP/IP协议和OPC技术与数据采集系统连接，实现控制数据与台架测量数据交互，通過RS-422总线与发动机控制器进行通讯。
试车台控制系统软件依托于台架计算机，该计算机通过以太网与试车台网络交换机连接，用于获取试车台测量数据。该计算机配备多串口卡，通过RS-422总线与发动机控制器进行数据交互，控制发动机运行状态，同时获取发动机重要参数，将相关信息通过局域网传输给试车台测控系统进行存储和记录。
2详细设计
2.1通讯数据结构
根据RS-422总线的基本数据结构和发动机研制的实际功能需求，定义了控制系统的通讯数据结构。通讯数据由数据包头、测量数据、总线开出和数据校验和构成。
2.2功能设计
根据试车台控制系统的总体方案和发动机控制系统的实际需求，为系统设计了如下9种功能模块。
（1）数据大小端转化功能。一般来说计算机（Windows操作系统）的数据存储方式为小端模式，而控制器为嵌入式处理器，其数据存储模式为大端模式，因此设计了大小端自动转换功能，方便用户使用与维护。
（2）校验和计算功能。数据包校验和是为了保证通讯数据长距离传输的准确性和完整性，对数据包内数据进行的一种计算。系统设计了多种校验和算法可供用户选择。
（3）型号选择功能。本系统适用于多型号发动机的试验。
（4）测试数据获取。系统可通过TCP/IP协议和数据库访问功能实现与数据采集系统的通讯互联，可实时获取试车台重要测量参数。
（5）设备参数获取。系统可以通过OPC技术访问台架PLC电气系统，获取台架电气系统相关参数。
（6）与发动机控制器通讯。系统可实现与数字电子控制器（EEC）的RS-422总线通讯，可将发动机控制指令信号经RS-422总线实时传输给数字电子控制器（EEC），并可通过RS-422总线实时获取发动机控制器的监控参数和告警故障字。
（7）数据存储功能。系统可在本地记录试验过程中的所有控制指令和控制器相关的监控参数和告警故障字，同时将数据通过网络传输给数据采集系统进行存储。
（8）发动机状态显示功能。系统实时读取了数字电子控制器（EEC）的工作指示和告警字，在界面进行实时显示。
（9）数据应答响应模式。系统设计了多种数据应答模式以满足试验需求，包括定时发送模式，数据事件触发发送模式等。
2.3界面设计
根据系统的功能模块设计，在充分考虑了试验人员的用户体验和实际需求的基础上设计了系统的操作界面。界面包括型号选择，测量数据实时显示介面，系统状态指示界面等。在系统菜单上设计了板卡初始化、系统复位等功能，保障了本系统的实用性和可靠性。本系统还具有参数配置的读取与保存功能，将所需配置以数据库形式保存，同时系统以动态连接库形式预留了二次开发的软件接口，提升了系统的可扩展性。
3总结
基于RS-422总线通讯的试车台控制系统的设计与实现，完善了航空发动机试车台的功能，提升了试车台测控系统的数字化能力。该系统已应用于多个重点型号发动机的研制过程，满足航空发动机科研试验任务的需要，使用效果良好，具备较高的推广价值。
参考文献：
[1]邢达波，艾波.机载RS422 总线采集技术应用研究[J].中国科技信息，2016，21：73-74.
[2]卞学红，唐武忠，薛战军.RS-422总线测试系统校准技术研究 [J].信息化技术与控制，2011，增刊2：108-110.
[3]周星宇.基于软总线的飞行控制软件设计与开发[D].南京：南京航空航天大学，2018.
[4]谭杰.某型发动机试车台测控系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2017.
（作者单位：中国航发沈阳发动机研究所）
【关键词】航空发动机试车台;RS-422总线;控制系统
0引言
航空发动机控制系统是航空发动机整机试车台的重要组成部分之一。在现代武器装备信息化的背景下，为了满足现代化装备需求，航空发动机试验技术需要进行改进和提升，控制技术已经突破了传统的电气控制方式，向数字化信息化方向延伸，这也对航空发动机试车台的控制系统提出了更高要求。
试车台控制系统作为航空发动机整机试车台的重要组成部分，是控制发动机工作状态和保障航空发动机试验安全的重要工具之一，其主要功能是模拟飞机对发动机的控制，实现试验操纵人员对发动机的数字指令控制和发动机的关键数据的传输。
RS-422为全双工串行数据通信接口标准，作为一种性能稳定，传输可靠，抗干扰能力强，结构相对简单的总线通讯方式，被广泛应用于飞机上各种机载设备的管理及数据传输。因此建立一套基于RS-422总线协议的试车台控制系统不仅是装备现代化要求，也对于提升航空发动机整机试车台的试验能力，提高试验效率具有十分重要的意义。
本文以航空发动机RS-422总线通讯模式为研究对象，以现有航空发动机整机试车台软硬件结构为基础，具体分析了试车台控制系统的数字化需求，设计了一种操作方便，性能稳定的发动机测控系统通讯软件，满足了航空发动机整机试车台的实际需要，为发动机新型号的研制提供可靠的保障。
1技术方案
1.1RS-422总线原理
RS-422总线是由美国电子工业协会（EIA）制定的平衡发送、平衡接收的标准异步串行总线。作为一种平衡通信总线，它采用单独的发送和接收通道，不必控制数据方向，可以将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200米。RS-422总线硬软件支持丰富，与现场仪表接口简单，易于实现和扩展，性能价格比高等优点，可满足现代远程测控系统小型化、集成化的发展要求，且由于RS-422总线的通用性，没有对插接件电缆、高层通信协议作规定，而广泛应用于飞机控制系统，发动机控制系统等各种航空机载设备的通讯中。
1.2设计原则
根据控制系统的实际需求和软件的编制规范原则，结合试车台现有的测控系统功能，试车台控制系统依据以下原则设计：
（1）功能完备性：试车台飞机模拟系统满足发动机控制系统的设计需求，不仅具备与试车台数据采集系统的通讯能力，还需要有控制指令输入/输出能力，以及关键数据的存储和展示的功能。
（2）实用性：试车台控制系统必须具有易操作性，充分考虑试车人员的现实需求，增强该系统的智能化程度，人员操作方便，显示直观。
（3）可靠性：发动机控制系统必须保证稳定运行，传输操控指令可靠，保证发动机试验安全。
（4）实时性：试车台控制系统必须具备良好实时性，以满足试验需求。
（5）可扩展性：系统必须具备良好的可扩展性。
1.3总体方案设计
航空发动机整机试车台测控系统以数据采集系统为核心，包括数据监视系统，电气控制系统，数据库系统和试车流程系统组成，其主要功能是为发动机整机试验提供相关参数采集分析、计算和处理、存储以及复放等功能。试车台各系统之间通过以太网连接，实现测量数据与控制数据的共享。试车台控制系统通过TCP/IP协议和OPC技术与数据采集系统连接，实现控制数据与台架测量数据交互，通過RS-422总线与发动机控制器进行通讯。
试车台控制系统软件依托于台架计算机，该计算机通过以太网与试车台网络交换机连接，用于获取试车台测量数据。该计算机配备多串口卡，通过RS-422总线与发动机控制器进行数据交互，控制发动机运行状态，同时获取发动机重要参数，将相关信息通过局域网传输给试车台测控系统进行存储和记录。
2详细设计
2.1通讯数据结构
根据RS-422总线的基本数据结构和发动机研制的实际功能需求，定义了控制系统的通讯数据结构。通讯数据由数据包头、测量数据、总线开出和数据校验和构成。
2.2功能设计
根据试车台控制系统的总体方案和发动机控制系统的实际需求，为系统设计了如下9种功能模块。
（1）数据大小端转化功能。一般来说计算机（Windows操作系统）的数据存储方式为小端模式，而控制器为嵌入式处理器，其数据存储模式为大端模式，因此设计了大小端自动转换功能，方便用户使用与维护。
（2）校验和计算功能。数据包校验和是为了保证通讯数据长距离传输的准确性和完整性，对数据包内数据进行的一种计算。系统设计了多种校验和算法可供用户选择。
（3）型号选择功能。本系统适用于多型号发动机的试验。
（4）测试数据获取。系统可通过TCP/IP协议和数据库访问功能实现与数据采集系统的通讯互联，可实时获取试车台重要测量参数。
（5）设备参数获取。系统可以通过OPC技术访问台架PLC电气系统，获取台架电气系统相关参数。
（6）与发动机控制器通讯。系统可实现与数字电子控制器（EEC）的RS-422总线通讯，可将发动机控制指令信号经RS-422总线实时传输给数字电子控制器（EEC），并可通过RS-422总线实时获取发动机控制器的监控参数和告警故障字。
（7）数据存储功能。系统可在本地记录试验过程中的所有控制指令和控制器相关的监控参数和告警故障字，同时将数据通过网络传输给数据采集系统进行存储。
（8）发动机状态显示功能。系统实时读取了数字电子控制器（EEC）的工作指示和告警字，在界面进行实时显示。
（9）数据应答响应模式。系统设计了多种数据应答模式以满足试验需求，包括定时发送模式，数据事件触发发送模式等。
2.3界面设计
根据系统的功能模块设计，在充分考虑了试验人员的用户体验和实际需求的基础上设计了系统的操作界面。界面包括型号选择，测量数据实时显示介面，系统状态指示界面等。在系统菜单上设计了板卡初始化、系统复位等功能，保障了本系统的实用性和可靠性。本系统还具有参数配置的读取与保存功能，将所需配置以数据库形式保存，同时系统以动态连接库形式预留了二次开发的软件接口，提升了系统的可扩展性。
3总结
基于RS-422总线通讯的试车台控制系统的设计与实现，完善了航空发动机试车台的功能，提升了试车台测控系统的数字化能力。该系统已应用于多个重点型号发动机的研制过程，满足航空发动机科研试验任务的需要，使用效果良好，具备较高的推广价值。
参考文献：
[1]邢达波，艾波.机载RS422 总线采集技术应用研究[J].中国科技信息，2016，21：73-74.
[2]卞学红，唐武忠，薛战军.RS-422总线测试系统校准技术研究 [J].信息化技术与控制，2011，增刊2：108-110.
[3]周星宇.基于软总线的飞行控制软件设计与开发[D].南京：南京航空航天大学，2018.
[4]谭杰.某型发动机试车台测控系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2017.
（作者单位：中国航发沈阳发动机研究所）