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

本文在簡要介紹基于SSPC的智能配電系統基礎上，對其硬件系統及軟件系統進行了設計，并在某飛機IronBirds試驗臺進行相關測試，效果良好，對后期采用SSPC的智能配電系統設計具有一定借鑒意義。

隨著航空事業的飛速發展，“鐵鳥”(IronBirds)試驗臺作為飛機系統優化、綜合調試、交付運營以及確保飛機持續續航的重要試驗設備。

在該試驗臺上有三十多個用電設備，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，能夠實現工作電壓監測、設備電流檢測、過載斷路保護等功能。

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

不僅嚴重浪費人力物力，而且當員工粗心大意時還會導致惡性生產事故發生。為進一步增強配電系統智能化控制運行能力，該系統的發展方向應為小型、高集成等。

基于固態功率控制器的智能配電系統

傳統的IronBirds配電系統大多采用繼電器對供配電進行控制，這種方式的配電系統重量和體積均比較大，且智能化運行水平較低。

不僅占據了較大的鐵鳥系統的設備容積，還需要指派專人全天二十四小時呆在配電柜旁手動重復操作，更無法實時動態查看各配電設備詳細工作數據。

因此，采用固態功率開關來設計新型智能配電系統，對于進一步提升IronBirds配電系統的智能化運行具有重大意義。

該配電系統可以明顯縮減IronBirds試驗供配電系統的體積及質量，還可以將該智能配電系統融入飛機總的控制中心，實現遠程動態監控配電設施設備。

該智能配電系統利用先進設備、通訊網絡技術等，使配電系統工作實現集中監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量、減小了電量損耗，還最大程度保證了設備運行安全，避免較大生產事故的產生。

基于固態功率控制器的配電系統是以工控機充當上位機，固態功率開關取代原有的控制繼電器充當下位機，控制外界負載的輸出功率并監控其運行狀態。

下位機中各個的SSPC之間的信號借助CAN總線的方式構建通信網絡，后將控制局域網總線數據資料轉換為適用傳輸控制協議的網線來達成數據信息遠距離傳輸的目的。

如下圖所示，配電系統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、固態功率控制器的主觸點，最終接入IronBirds試驗臺負載；

另1路交流二百二十伏電源經過電源開關后被置變成直流五伏工作電源，為系統的控制回路提供電源，同時監控負載工作狀態。

控制工作回路：固態功率控制器通過直流5伏電源開關控制為其內部電路提供電源，控制固態功率控制器主觸點的斷開與閉合。

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

采集的信號通過基帶局域網方式傳輸至總的實驗室。

按照實際使用需求，結合我國當前的配電系統的發展特點，確定該智能配電系統兼具監控、檢測、計量、通訊、報警、綜合管控等多種功能。

系統信息數據流及精準控制技術融合化，實現工作狀態實時監測、遠程無線控制和就地故障區實施隔離等特色化功能，滿足智能配電管理的多元化需求。

系統硬件設計

固態功率控制器又稱為SSPC，內置可編程代碼，可實現微秒級別的跳閘，采用固態開關作為其控制中心。

充分保證負載設備的安全，還可以動態監測負載的開關、工作電流、工作電壓、過載跳閘等工作數據。

固態功率控制器獨具短路保護的能力，系統線路發生短路故障時，負載電流的過載會造成固態功率控制器馬上切斷負載。

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

固態功率控制器內部溫度被24小時監控，倘若工作溫度大于安全設定值，固態功率控制器將關斷輸出。

相應的TRIP腳將輸出低電平電壓，借助系統CAN總線相關接口可查看各自的保護狀態。

IronBirds配電系統選用控制器局域網總線將配電系統各個SSPC設備串聯起來并對其加以控制。與以往的通訊方式相比，CAN總線具有數據傳輸高效穩定的特點。

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

所以，必須在網絡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。

控制器局域網收發器通常選擇型號為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節點發送的數據以差分信號形式傳送到控制器局域網總線網絡里。

針對IronBirds試驗臺的工作情況，這兩塊固態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通訊電路。

這樣一來，一方面很大程度上降低了系統總體封裝所采購的PCB板數量。

另一方面，大量縮減了系統接口數量，最終使配電系統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PCB板設計圖如圖3所示。

系統主機柜安裝于試驗現場，通過基帶局域網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功率控制器、基帶局域網轉CAN模塊、電源模塊等。

所以，系統機柜需滿足長期投入使用和安全可靠運行的特點，其主要設計參數如下所示：

(1)選材：冷軋鋼板；(2)材料厚度：2mm；(3)載重：800kg；

(4)機柜通風率：75%；(5)防護等級：IP20；

系統軟件設計

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

該軟件與固態功率控制器使用控制局域網總線來實現數據信息的采集傳輸。

輸入控制單元中包含控制器局域網通訊設置、開閉固態功率控制器設置以及對各個固態功率控制器電流實施工作參數設置。

數據監測單元囊括所有固態功率控制器的ID值、數據流向、發送對象的數據類型及具體值等。

狀態監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判別功率控制器的工作狀態及電流反饋情況。

此外，該軟件還包含數據存儲功能等，這就涉及到數據庫，數據庫的建設是重中之重，需要保證數據收集及錄入的準確性和完整性。

可將配電系統建設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建設運營的維護信息，很多故障數據凝結了作業人員工作經驗，可以作為技術培訓資料使用，同時也為系統后期優化升級提供參考資料。

現場應用測試

測試場地為某飛機IronBirds試驗臺，其能夠對飛機液壓系統各工作元件進行測試。

該試驗臺配置三十個供電設備，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。

對該配電柜執行上電操作，經相關測試后證明該配電柜在實時監測負載工作狀態的同時，還能精準控制其輸出功率。

且在負載設備工作異常時，可以及時智能切斷電路并對總控制中心發出告警，滿足智能配電系統的各項使用要求。

結語

本文首先介紹了基于固態功率控制器的智能配電系統發展概況，然后對其控制器局域網總線通信接口、配電機柜等硬件系統進行了設計。

在硬件設計完成的基礎上，又對其軟件系統進行了搭建，最后在某飛機鐵鳥試驗臺進行應用，結果表明試驗情況良好，一定程度上確保了配電系統的安全可靠運行。

參考文獻

1.Yang Xiutao, Zhou Zhen. Design of Small Intelligent Distributor Based on Multi-channel SSPC [J]. Electromechanical Engineering Technology, 2021,50(5):148+151.

2.Liang Wei, Zhao Jiandong. The application of solid-state power controller technology in aviation power distribution system [C]//. Proceedings of the 17th China Aviation Survey and Control Technology Annual Conference, 2020:417-420.

3.Jiang Zhijun, Wu Xuanhui, Chen Chunhai, et al. Research on graphic configuration technology of SSPC protection curve [J]. Computer and Information Technology, 2021,29(3):46-49.

4.Zhao Yan, Yang Youchao, Zhang Xiang, et al. Design of highly reliable intelligent power supply and distribution system for spacecraft [J]. Measurement and Control, 2015,23(8):2776-2778.

5.Wei Wei, Rebecca, Liu Hongning. Measurement and control technology of solid state power controller measurement and control system based on LabVIEW [J]. Digital technology and application, 2020,38(2):114+116.