為了進一步應(yīng)對飛機IronBirds試驗臺各種功率設(shè)備的供配電問題，縮減配電系統(tǒng)的占用空間，保證配電系統(tǒng)的安全可靠運行。

本文在簡要介紹基于SSPC的智能配電系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對其硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)進行了設(shè)計，并在某飛機IronBirds試驗臺進行相關(guān)測試，效果良好，對后期采用SSPC的智能配電系統(tǒng)設(shè)計具有一定借鑒意義。

隨著航空事業(yè)的飛速發(fā)展，“鐵鳥”(IronBirds)試驗臺作為飛機系統(tǒng)優(yōu)化、綜合調(diào)試、交付運營以及確保飛機持續(xù)續(xù)航的重要試驗設(shè)備。

在該試驗臺上有三十多個用電設(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、設(shè)備電流檢測、過載斷路保護等功能。

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

不僅嚴(yán)重浪費人力物力，而且當(dāng)員工粗心大意時還會導(dǎo)致惡性生產(chǎn)事故發(fā)生。為進一步增強配電系統(tǒng)智能化控制運行能力，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)大多采用繼電器對供配電進行控制，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呆在配電柜旁手動重復(fù)操作，更無法實時動態(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)來設(shè)計新型智能配電系統(tǒng)，對于進一步提升IronBirds配電系統(tǒng)的智能化運行具有重大意義。

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

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

不僅降低了人力成本、強化了供用電管理質(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)是以工控機充當(dāng)上位機，固態(tài)功率開關(guān)取代原有的控制繼電器充當(dāng)下位機，控制外界負(fù)載的輸出功率并監(jiān)控其運行狀態(tài)。

下位機中各個的SSPC之間的信號借助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)線來達成數(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斷路器、熔斷保護器、固態(tài)功率控制器的主觸點，最終接入IronBirds試驗臺負(fù)載；

另1路交流二百二十伏電源經(jīng)過電源開關(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)。

采集的信號通過基帶局域網(wǎng)方式傳輸至總的實驗室。

按照實際使用需求，結(jié)合我國當(dāng)前的配電系統(tǒng)的發(fā)展特點，確定該智能配電系統(tǒng)兼具監(jiān)控、檢測、計量、通訊、報警、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，實現(xiàn)工作狀態(tài)實時監(jiān)測、遠(yuǎn)程無線控制和就地故障區(qū)實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

固態(tài)功率控制器又稱為SSPC，內(nèi)置可編程代碼，可實現(xiàn)微秒級別的跳閘，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，還可以動態(tài)監(jiān)測負(fù)載的開關(guān)、工作電流、工作電壓、過載跳閘等工作數(shù)據(jù)。

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

并生成跳閘報警信息通過上位機進行顯示，大多固態(tài)功率控制器具有溫度實時監(jiān)測以及過熱保護能力。

固態(tài)功率控制器內(nèi)部溫度被24小時監(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SSPC設(shè)備串聯(lián)起來并對其加以控制。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。

考慮到高頻信號波長較短的屬性，其在傳輸過程中會引發(fā)反射波繼而對原信號帶來一定程度干擾。

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

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

針對IronBirds試驗臺的工作情況，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，一方面很大程度上降低了系統(tǒng)總體封裝所采購的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、模塊化方向又邁進一步。

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

系統(tǒng)主機柜安裝于試驗現(xiàn)場，通過基帶局域網(wǎng)與處于試驗間的人機界面連接通訊，配電機柜中安裝有固態(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)機柜需滿足長期投入使用和安全可靠運行的特點，其主要設(shè)計參數(shù)如下所示：

(1)選材：冷軋鋼板；(2)材料厚度：2mm；(3)載重：800kg；

(4)機柜通風(fēng)率：75%；(5)防護等級：IP20；

系統(tǒng)軟件設(shè)計

如圖4所示為智能配電系統(tǒng)軟件設(shè)計框架，包含登錄頁面、輸入設(shè)置、時間顯示、故障報警顯示及幫助等多個功能單元。

該軟件與固態(tài)功率控制器使用控制局域網(wǎng)總線來實現(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)置以及對各個固態(tài)功率控制器電流實施工作參數(shù)設(shè)置。

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

狀態(tài)監(jiān)測單元主要由各功率控制器的指示燈組成，通過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)存儲功能等，這就涉及到數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫的建設(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間、事件序列號、事件處理過程、故障造成影響、事件總結(jié)等項點進行羅列登記，逐一錄入，慢慢積累。

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

現(xiàn)場應(yīng)用測試

測試場地為某飛機IronBirds試驗臺，其能夠?qū)︼w機液壓系統(tǒng)各工作元件進行測試。

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

對該配電柜執(zhí)行上電操作，經(jīng)相關(guān)測試后證明該配電柜在實時監(jiān)測負(fù)載工作狀態(tài)的同時，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，可以及時智能切斷電路并對總控制中心發(fā)出告警，滿足智能配電系統(tǒng)的各項使用要求。

結(jié)語

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，然后對其控制器局域網(wǎng)總線通信接口、配電機柜等硬件系統(tǒng)進行了設(shè)計。

在硬件設(shè)計完成的基礎(chǔ)上，又對其軟件系統(tǒng)進行了搭建，最后在某飛機鐵鳥試驗臺進行應(yīng)用，結(jié)果表明試驗情況良好，一定程度上確保了配電系統(tǒng)的安全可靠運行。

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