CN107145102A - 一种航空电子仪器维修防静电智能系统 - Google Patents

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Abstract

一种航空电子仪器维修防静电智能系统，包括有通过LonWorks现场总线依次串联连接的：用于采集航空电子维修厂房中静电信号的静电采集模块，用于对静电采集模块采集到的静电信号进行在线分析并产生驱动控制信号的工业控制计算机，以及接收工业控制计算机所产生的驱动控制信号进行工作的防静电离子风机。本发明能有效防止航空维修车间中静电对航空电子仪器的危害，也提高了民用航空维修公司的科学技术含金量，提高了民用航空维修的服务质量。在现场可进行许多复杂计算，形成了真正分散在现场的完整的控制系统，提高控制系统运行的可靠性。同时采用工业个人计算机能实现对分散的静电分布网络的集中管理，大大提高了工作效率和质量，减少了操作人员和降低运行维护成本。

Description

一种航空电子仪器维修防静电智能系统
技术领域
本发明涉及一种航空电子仪器维修。特别是涉及一种航空电子仪器维修防静电智能系统。
背景技术
随着信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统，现场总线就是顺应这一形式发展起来的新技术，有研究人员称“现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输多分支结构的通讯网络”。现场总线技术实现了连接多个寻址现场设备，它是现代计算机、通信和控制技术的集成。
同时由于计算机技术革命来的便利，工业个人计算机(IPC)实现了工业过程自动控制、智能化闭环控制、网络化通讯和数据库管理。IPC采用“分散控制，集中管理”的原则，将分散在工业现场的静电情况连接成一个分布网络，实现集中管理，为真正的智能控制提供了技术基础。
在传统的航空电子仪器维修车间中，每台防静电离子风机负责消除单个工作区域的静电，相互之间缺乏必要的协调合作，因此，整体优化效果并不明显。随着计算机科学技术的迅速发展，工业个人计算机(IPC，Industrial Personal Computer)在智能控制系统中的应用越来越广泛，可以通过利用IPC系统强大的数据集中处理功能，将原本孤立的防静电离子风机按一定的网络拓扑结构连接在一起，借助网络控制和闭环控制技术，达到实时监测航空电子维修区的静电情况，并根据监测的静电数据，对防静电离子风机静电发生器和风扇进行控制，最终使航空电子维修区的静电量达到部件维修手册(CMM，ComponentMaintenance Manual)规定的范围内，实现对分散的静电分布网络的集中管理，大大提高工作效率和质量，减少操作人员和降低运行维护成本。
航空电子维修厂房中的静电虽然在放电的时候瞬时电压非常高，但是静电电荷变化量非常小，一般在10-7～10-3C之间，因此必须研制高精度的电荷检测电路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能有效的防止航空维修车间中静电对航空电子仪器危害的航空电子仪器维修防静电智能系统。
本发明所采用的技术方案是：一种航空电子仪器维修防静电智能系统，包括有通过LonWorks现场总线依次串联连接的：用于采集航空电子维修厂房中静电信号的静电采集模块，用于对静电采集模块采集到的静电信号进行在线分析并产生驱动控制信号的工业控制计算机，以及接收工业控制计算机所产生的驱动控制信号进行工作的防静电离子风机。
所述的静电采集模块包括有用于采集静电信号的静电传感器，及连接静电传感器的信号输出端对所采集的信号进行放大并转换为数字信号进行输出的微弱信号检测电路。
所述的微弱信号检测电路包括的依次串联连接的：由静电级运算放大电路OPA129UB构成的电荷放大器电路、由可变增益仪表放大器AD8221ARM构成电压放大电路和由低电流噪声、低输入失调电压和低输入偏流的四个AD704运算放大器构成的4极点低通滤波电路。
所述的LonWorks现场总线包括与所述的工业控制计算机相连接的3150系列Neuron芯片，所述Neuron芯片的信号输入端依次通过地址总线、输入缓冲器以及A/D转换器连接所述的静电采集模块的信号输出端，所述Neuron芯片的信号输出端依次通过地址总线、输出缓冲器以及D/A转换器连接所述的防静电离子风机，所述Neuron芯片还分别连接时钟电路和复位电路。
本发明的一种航空电子仪器维修防静电智能系统，能有效的防止航空维修车间中静电对航空电子仪器的危害，同时也提高了民用航空维修公司的科学技术含金量，提高了民用航空维修的服务质量。在现场总线LonWorks的环境下，借助设备的计算、通信能力，在现场可进行许多复杂计算，形成了真正分散在现场的完整的控制系统，提高控制系统运行的可靠性。同时采用工业个人计算机能实现对分散的静电分布网络的集中管理，大大提高了工作效率和质量，减少了操作人员和降低运行维护成本。
附图说明
图1是本发明一种航空电子仪器维修防静电智能系统的整体框图；
图2是本发明中微弱信号检测电路的整体框图；
图3是本发明中LonWorks现场总线整体框图；
图4是本发明微弱信号检测电路中4极点低通滤波电路的电路原理图。
图中
1：静电采集模块 11：静电传感器
12：微弱信号检测电路 121：电荷放大器电路
122：电压放大电路 123：4极点低通滤波电路
2：LonWorks现场总线 21：315系列Neuron芯片
22：时钟电路 23：复位电路
24：地址总线 25：输入缓冲器
26：A/D转换器 27：输出缓冲器
28：D/A转换器 3：工业控制计算机
4：防静电离子风机 41：静电发生器
42：风扇控制电路
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种航空电子仪器维修防静电智能系统做出详细说明。
本发明的一种航空电子仪器维修防静电智能系统，利用IPC系统强大的数据集中处理功能，将原本孤立的防静电离子风机按一定的网络拓扑结构连接在一起，借助网络控制和闭环控制技术，达到实时监测航空电子维修区的静电情况，并根据监测的静电数据，对防静电离子风机静电发生器和风扇进行控制，最终使航空电子维修区的静电量达到部件维修手册(CMM，Component Maintenance Manual)规定的范围内，实现了对分散的静电分布网络的集中管理，大大提高了工作效率和质量，减少了操作人员和降低运行维护成本。
如图1所示，本发明的一种航空电子仪器维修防静电智能系统，包括有通过LonWorks现场总线2依次串联连接的：用于采集航空电子维修厂房中静电信号的静电采集模块1，用于对静电采集模块1采集到的静电信号进行在线分析并产生驱动控制信号的工业控制计算机3，以及接收工业控制计算机3所产生的驱动控制信号进行工作的防静电离子风机4。
工业控制计算机3通过对采集到的静电信号的分析，来对防静电离子风机4产生的电荷量和风机风扇送风速度进行控制。工业控制计算机3主要功能有：①集中监控管理。包括启动操作系统、运行状态和参数显示、控制特性调整等。②智能闭环控制。包括优化控制、模糊控制和专家系统等。
所述的静电采集模块1包括有用于采集静电信号的静电传感器11，及连接静电传感器11的信号输出端对所采集的信号进行放大并转换为数字信号进行输出的微弱信号检测电路12。
航空电子维修厂房中的静电虽然在放电的时候瞬时电压非常高，但是静电电荷变化量非常小，一般在10-7～10-3C之间，因此必须研制高精度的电荷检测电路。本发明的微弱信号检测电路12具有高的分辨率、低的时温漂移、较强的抗杂散电容干扰和外电场干扰的能力。本发明中微弱信号检测电路12连接静电传感器的电路采用电荷放大器形式，针对静电传感器信号特点，采用先将传感器上游和下游两路微弱信号放大，然后经过A/D芯片采样转化成数字信号，经过缓冲器接入到LonWorks智能I/O模块，最后在PC的数据采集系统中进行数据处理的方法。
由于静电传感器11输出感应电荷信号是一种低频的微弱信号(频谱0～2kHz之间)，而且源阻抗较高，为了减少静电传感器输出端到放大器输入端之间分布电容的影响和外界干扰，提高信噪比，将电荷放大电路设置成前置放大器，以对静电传感器信号源起到阻抗匹配和初步的电荷放大功能。同时，放大器应当满足以下指标：高输入阻抗(约1013Ω)，高共模抑制比(约80dB)，高增益(约1000)，低温漂(小于5μV/℃)，低噪声系数(小于3)，并且具有高稳定度及合适的频带宽度和动态范围。本发明的微弱信号检测电路12如图2所示，由以下3个部分组成。
如图2所示，所述的微弱信号检测电路12包括的依次串联连接的：由具有超低偏置电流(30fA)、超高输入电阻(1013Ω)的静电级运算放大电路OPA129UB构成的电荷放大器电路121、由具有最优共模抑制性能的可变增益仪表放大器AD8221ARM构成的电压放大电路122和由低电流噪声、低输入失调电压和低输入偏流的四个AD704运算放大器构成的4极点低通滤波电路123。
电荷放大器电路121具有高的共模抑制比(100dB)和较小的漂移(5μV/℃)；如附图4所示。电荷放大器电路121允许采用1MΩ电阻器而不会牺牲该运放的1μV/℃漂移。为了增强滤波电路的带载能力，将电路中滤波电容接地端改接到集成运放输出端，得到压控电源型低通滤波电路。为了提高性能，还增加了平衡电阻网络，它由一个平衡电阻和旁路电容组成，并联接于AD8221反向输入端和输出端。
本发明采用了LonWorks现场总线技术。基于LonWorks的Neuron芯片可设计多种功能模块，与各种接口连接，并能直接接收和转换各种传感器输出的开关量、数字量和模拟量等信息，使Lon总线适应于各种自动检测、管理和控制系统。每一个I/O模块都包含一个LonNeuron芯片，它除了承担功能模块与现场设备(静电传感器、防静电风机控制执行器、防静电智能系统控制器)之间数据的输入输出任务，还通过收发器、通信总线网络与网上其它节点或功能模块进行数据通信。
如图3所示，所述的LonWorks现场总线2包括与所述的工业控制计算机3相连接的3150系列Neuron芯片21，所述Neuron芯片21的信号输入端依次通过地址总线24、输入缓冲器25以及A/D转换器26连接所述的静电采集模块1的信号输出端，所述Neuron芯片21的信号输出端依次通过地址总线24、输出缓冲器27以及D/A转换器28连接所述的防静电离子风机4，所述Neuron芯片21还分别连接时钟电路22和复位电路23。
3150系列Neuron芯片21有11个I/O管脚(IO0-IO10)。利用3150系列Neuron芯片21上的全部11个I/O管脚形成一个具有8位地址和双向数据总线的接口，其中IO0-IO7为8位地址和双向数据总线。IO8-IO10分别作为地址锁存、读写控制信号线，IO0-IO7的数据传接方向是在程序中调用io-in()与io-out()函数来实现的。LonWorks现场总线2的接口与外围电路相连。可接收经A/D变换后的航空维修区静电量的采样数据，3150系列Neuron芯片21通过运行应用程序对这些数据进行计算处理。再经D/A变换输出0-10VDC或4-20mA驱动外部执行器动作。
本发明的一种航空电子仪器维修防静电智能系统的执行机构是防静电离子风机4，LonWorks现场总线2的Neuron芯片I/O输出的信号经过D/A转换成模拟控制信号，模拟控制信号通过防静电离子风机4的静电发生器和风扇电压控制接口对执行模块进行控制。

Claims (4)

1.一种航空电子仪器维修防静电智能系统，其特征在于，包括有通过LonWorks现场总线(2)依次串联连接的：用于采集航空电子维修厂房中静电信号的静电采集模块(1)，用于对静电采集模块(1)采集到的静电信号进行在线分析并产生驱动控制信号的工业控制计算机(3)，以及接收工业控制计算机(3)所产生的驱动控制信号进行工作的防静电离子风机(4)。
2.根据权利要求1所述的一种航空电子仪器维修防静电智能系统，其特征在于，所述的静电采集模块(1)包括有用于采集静电信号的静电传感器(11)，及连接静电传感器(11)的信号输出端对所采集的信号进行放大并转换为数字信号进行输出的微弱信号检测电路(12)。
3.根据权利要求2所述的一种航空电子仪器维修防静电智能系统，其特征在于，所述的微弱信号检测电路(12)包括的依次串联连接的：由静电级运算放大电路OPA129UB构成的电荷放大器电路(121)、由可变增益仪表放大器AD8221ARM构成电压放大电路(122)和由低电流噪声、低输入失调电压和低输入偏流的四个AD704运算放大器构成的4极点低通滤波电路(123)。
4.根据权利要求1所述的一种航空电子仪器维修防静电智能系统，其特征在于，所述的LonWorks现场总线(2)包括与所述的工业控制计算机(3)相连接的3150系列Neuron芯片(21)，所述Neuron芯片(21)的信号输入端依次通过地址总线(24)、输入缓冲器(25)以及A/D转换器(26)连接所述的静电采集模块(1)的信号输出端，所述Neuron芯片(21)的信号输出端依次通过地址总线(24)、输出缓冲器(27)以及D/A转换器(28)连接所述的防静电离子风机(4)，所述Neuron芯片(21)还分别连接时钟电路(22)和复位电路(23)。
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