民机飞控系统数字总线应用分析
《基于EtherCAT总线的数控系统总线安全控制技术的研究与应用》
《基于EtherCAT总线的数控系统总线安全控制技术的研究与应用》一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，数控系统作为现代制造业的核心设备，其安全性和稳定性变得尤为重要。
EtherCAT （Ethernet for Control Automation Technology）总线技术以其高实时性、高传输效率和高扩展性等特点，广泛应用于数控系统中。
然而，在高速、实时的工作环境中，如何保障数控系统的总线安全成为了一个重要的研究课题。
本文将就基于EtherCAT总线的数控系统总线安全控制技术的研究与应用进行探讨。
二、EtherCAT总线技术概述EtherCAT是一种基于以太网的实时通信协议，具有高实时性、高传输效率和高扩展性等特点。
在数控系统中，EtherCAT总线技术能够有效地实现多轴运动控制、数据采集、设备诊断等功能。
此外，EtherCAT总线的开放性和可扩展性为数控系统的升级和维护提供了便利。
三、数控系统总线安全控制技术1. 网络安全控制针对数控系统的网络安全问题，可以采用防火墙、入侵检测等手段对网络进行防护。
此外，对关键数据进行加密传输和存储，防止数据被非法获取和篡改。
同时，定期对系统进行安全漏洞检测和修复，确保系统的安全性。
2. 实时性控制在数控系统中，实时性是保证系统正常运行的关键因素之一。
为了保障实时性，可以采用EtherCAT协议的实时通信功能，实现数据的快速传输和处理。
此外，对系统进行实时监控和调度，确保各个设备之间的协调运行。
3. 故障诊断与容错控制通过在数控系统中嵌入故障诊断模块，实时监测设备的运行状态。
一旦发现故障，立即进行报警并采取相应的容错措施，确保系统的稳定性和可靠性。
同时，对故障进行记录和分析，为后续的维护和升级提供依据。
四、基于EtherCAT总线的数控系统总线安全控制技术的应用基于EtherCAT总线的数控系统总线安全控制技术已广泛应用于各种数控设备中，如数控机床、工业机器人等。
民用飞机综合航电系统技术分析
I G I T C W技术 分析Technology Analysis62DIGITCW2022.121 民用飞机综合航电系统发展现状本文以波音787和空客A380的综合航电系统为例进行现状分析。
1.1 波音787波音787的综合航电系统采用开放式CCS 结构，具体构成为CDN （通用数据网）、CCR （通用计算设备）、RDC （远程数据采集器）等，构成相对复杂，结构成分较多。
其中，通用计算设备的机柜中安插若干个GCM （通用处理模块）、通用数据网（每秒100兆字节）以及LR M （可更换模块）。
波音787的综合航电系统还整合了非传统航电系统的处理与控制功能，具体包括燃油、环控、防火、电源、起落架、液压、防冰、舱门系统等。
除此之外，其计算机系统以ARINC 653为标准进行设计，以此控制系统改变流程期间的成本投入，同时提高系统的兼容属性，为日后迭代优化等工作提供支持。
该民用飞机的综合航电系统中还采用了网络技术以及与其相兼容的技术，由此可以实现数据的准确、高效传递。
数据链由核心网络、孔底数据链和通用核心系统组成，主要负责外界数据采集与上传。
其中，数据传输期间统一落实AFDX 标准，依托于LED 液晶显示屏的使用以及工业标准GUI 图形界面的设计，满足相关人员的数据查看与操控所需[1]。
1.2 空客A380空客A 380的综合航电系统以I M A 为主，所谓IMA ，是指集成模块化航空电子设备，同时辅以CTOS （商用货架产品）技术和Integeity-178B 操作系统。
在整个系统框架中，该飞机共使用32个IMA 模块，均属于场外可更换模块，分别应用于起落架、显示系统、告警系统、环控系统、引气系统、电传操纵系统、电气系统、自动驾驶系统、燃油系统和液压系统等。
对于该综合航电系统的核心处理以及输入、输出模块而言，其统称为CPIOM ，组成要素较多，构成成分包括PCI 内部互联板、中央处理器线路板、输入线路板等。
大飞机航电系统总线研究(DOC)
大飞机航电系统总线研究夏志飞(凌云科技集团，武汉，430040)摘要：本文先介绍了大飞机航电系统采用的总线构型，再分层介绍了ARINC 429总线和AFDX总线的原理、特点和相关技术，在此基础上提出了相应的实现方案，为航电系统及其检测设备的研制提供了一定的参考。
关键词：航电系统；检测设备；ARINC 429；AFDX1 引言大飞机是我国的一个战略性工程，对未来社会、经济与国防，特别是科学技术的整体推进都将有非常重大的意义。
航电系统关系到飞机的可用性、先进性、飞行安全性和可扩展性，是重要的机载系统，而总线则是航电系统综合的核心，同样也是其检测设备不可或缺的一个组成部分。
国外大飞机如A400M、波音787、空客A380的航电系统主干连接采用AFDX总线，成熟的、低数据流量的设备采用ARINC 429总线传输数据。
图1.1是一种航电系统的构型，以AFDX交换机为中心，通过无线电接口单元、远程数据集中器完成AFDX总线数据与ARINC 429总线数据的转换。
图1.1 一种航电系统的构型图2 ARINC 429总线美国ARINC 公司为了解决航电设备信息共享、系统集成、降低维护费用等问题而制定了《MARK 33数字式信息传输系统》标准，即ARINC 429标准，我国航空工业部也推出了类似的HB-6096《SZ-01数字信息传输系统》航标[1]，该标准已得到广泛应用。
2.1 系统结构ARINC 429总线系统由发射器和接收器组成，如图2.1，每条总线上信息只能单向传输，但可一发多收，接收器不超过20个，通过两条ARINC 429总线可以同时双向传输信息。
图2.1 ARINC 429总线传输结构图图2.2 ARINC 429总线分层模型图ARINC 429总线不涉及也无需路由等功能，参考OSI模型，通过链路层、物理层模型可清晰描述其关系。
参考图2.2，链路层负责消息编码、检错等，物理层负责电器编码、传输等。
2.2 链路层ARINC 429总线中，链路层将航电系统设备或检测所用总线监控设备的数据编码后转交物理层传输，该层中，数据字是最基本的信息单元，分为5类：二进制(BNR)码、BCD码、离散、维护和AIM数据字。
总线控制技术的特点及应用分析
总线控制技术的特点及应用分析摘要：本文主要对现场总线控制系统的结构特点和优势，并对现场总线技术在火力发电厂的应用上提出几种应用思路，以及对应用过程中可能存在的问题和策略进行探讨。
关键词：现场总线控制系统；结构特点；控制策略目前在电力生产中广泛应用的是DCS系统采用分散式的体系结构，专利型的网络支撑和模拟式的现场信号，但随着各种智能传感器、变送器和执行器的出现，数字化到现场、控制功能到现场、设备管理到现场的趋势越来越明显，一种新的过程控制系统――现场总线控制系统已呈现在我们面前。
一、现场总线的结构特点和优势1 结构特点（1）现场总线最核心的部分是总线协议，总线协议是一种数字通信协议，围绕总线协议构成一种应用于生产现场、在智能化控制设备之间实行双向串行通信、多节点的数字通信系统，一种开放的、数字化的、多点通信的低层控制网络。
它使得自控系统和设备有了通信的能力。
（2）现场总线的基础部分是数字智能现场装置。
通过数字通信总线将所有的数字智能现场装置连成一个控制网络，构成现场总线的硬件支撑。
（3）现场总线的关键部分是信息管理。
上位机与数字智能现场装置在信息管理上的分工合作达到高度的集中和统一、分散和和谐。
做到信息处理现场化和信息管理系统化。
2 现场总线的优势（1）简化了控制系统的结构。
信息处理实行现场化，减少了计算机控制系统I/O卡件的使用量和简化了功能组态。
（2）提高了I/O信号的可靠性和精度。
信息处理实行现场化，避免了小信号的长距离传送，使信号的保真度大大提高；采用数字通信技术，抗干扰能力增强了，也确保了信号的传递可靠。
（3）信息管理和控制更系统化和专业化。
通过大量的数字智能现场装置的数字通信技术，使计算机控制系统的信息管理拥有充足的信息，进一步在信息化的基础上实现信息管理系统化、控制专业化、系统诊断专家化。
二、现场总线技术在火电厂中应用目前，现场总线技术已被广泛认知，并逐步应用于部分实际工业过程控制中。
总线模块的原理和应用
总线模块的原理和应用概述总线模块是计算机硬件中一个重要的组成部分，是不同设备之间进行通信的媒介。
本文将介绍总线模块的原理以及在计算机系统中的应用。
原理总线模块是计算机内部各个部件之间进行信息传输的通道。
它通过在计算机内部建立一种规范的数据传输方式，使得不同的设备可以通过总线进行数据的读取和写入。
总线模块主要由以下几个部分组成：•控制总线：用于传输控制信号，例如时钟信号、复位信号等。
•数据总线：用于传输数据，例如传输CPU和内存之间的数据。
•地址总线：用于传输设备的地址信息，用于识别特定设备。
•电源总线：用于提供电源供应，确保设备正常工作。
总线模块的工作原理如下：1.主设备向总线发出请求信号。
2.总线控制器接收到请求信号后，通过控制总线发送相应的控制信号给其他设备，并通知其他设备数据总线和地址总线的状态。
3.从设备收到控制信号后，根据指令执行相应的操作，并将结果通过数据总线发送给主设备。
4.主设备接收从设备发送的数据，并根据需要进行相应的后续操作。
总线模块的原理是基于并行通信的方式，通过将信息分为控制、数据和地址三部分进行传输，以实现计算机内部各个设备之间的通信。
应用总线模块在计算机系统中有广泛的应用，下面将介绍几个常见的应用场景。
CPU和内存之间的通信计算机中的CPU和内存是计算机系统的核心部件，它们之间的通信是计算机系统正常工作的基础。
总线模块提供了CPU和内存之间的数据传输通道，使得CPU可以向内存读取数据，并将计算结果写入到内存中。
这种方式实现了CPU和内存之间的高速数据交换，极大地提高了计算机的运行效率。
外设和主机之间的通信计算机主机与各种外部设备（例如打印机、鼠标、键盘等）之间的通信也是通过总线模块进行的。
主机通过总线模块控制外设的工作，并通过总线模块与外设之间进行数据的读取和写入。
这样，主机可以方便地与不同的外部设备进行交互，实现各种功能。
多核处理器内部通信在现代计算机系统中，多核处理器的应用越来越广泛。
1553B航电总线在航空通信中的应用
1553B航电总线在航空通信中的应用摘要：MIL-STD-1553B总线以其传输的高可靠性、稳定性、使用简单灵活的特点，逐步从飞行控制系统，扩展到航空通信的应用。
本文通过对军用航空总线标准MIL-STD-1553B总线的硬件结构和原理，对传输协议中的字类型、通信传输格式、帧结构做了全面的介绍和剖析；并介绍了其在航空通信中的应用。
关键词：1553B总线；航空通信；协议1．引言1553B总线标准全称MIL-STD-1553B，它始于1968年初，1978年9月21日，在获得正式的书面批准后，作为美国官方的文件公布发表。
它取代了在传感器、计算机、指示器和其他飞机设备间传递数据的庞大设备，大大减少了飞机重量，并且使用简单、灵活。
航空机载数据总线本质上，是一种实时网络互连的系统工程；通过数据总线将飞机上各计算机构成信息网络，实现信息的有效传输、共享，实现座舱的综合信息显示和控制，从而有效形成综合化的航空电子系统。
2．1553B总线简介1553B总线由美国自动化工程师协会于1978年发布，全称为飞机内部时分制指令/响应型多路传输数据总线，我国与之对应的标准是GJB289A-97。
该总线采用冗余的总线型拓扑结构，传输数据率为1Mb/s。
1553B数据总线上节点分为不同的终端类型:包括总线控制器(BC)、远程终端(RT)和总线监控器(MT)。
BC是在总线上唯一被安排为执行建立和启动数据传输任务的终端，在同一时刻，总线上只允许一个BC存在;RT是用户子系统到数据总线上的接口，它在BC的控制下发送数据或接收数据;MT监控总线上的信息传输，以完成对总线上的数据源进行记录和分析，但它本身不参与总线的通信。
3．1553B总线通信系统的组成1553B总线通信系统一般由若干个子系统通过嵌入式总线接口并经过总线介质互联而成，各个子系统之间操作独立，资源和功能则可以通过网络共享。
图1 1553B总线通信系统的组成1）网络的消息传输由BC得总线表统一控制，严格定义了全网络中每条消息的长度，以及发送和接收的顺序、过程；2）传输方式为半双工方式，一个终端不能实现同时接收与发送数据；3）总线可挂接32个终端，各终端之间信息传输方式有：BC到RT,RT到BC，RT到RT，广播方式和系统控制方式；4）在1553B总线上可以有一个总线监视器，它不响应总线控制器的任何命令，用于监视总线数据及提取数据以便以后的数据分析；5）总线上的信息流由3种类型的字消息组成：命令字、数据字（最长为32字节）和状态字，并有同步位和校验位；6）采用双冗余工作方式，第二条属于备份，即当前路径不通过才启用第二条；7）1553B数据总线传输速率为1Mbit/s，标准规定了2中耦合方式：直接耦合方式和变压器耦合方式。
民用飞机电源系统总线选择和关键技术研究
民用飞机电源系统总线选择和关键技术研究作者：黄耀达来源：《中国科技博览》2017年第12期[摘要]通过分析常用的航空通信总线特点和使用范围，并结合民用飞机电源系统总线特点的需求，构建了一次配电、应急配电和二次配电通信网络网络，在其基础上分析了电源系统总线通信的关键技术和最佳的总线类型，为未来民用飞机电源系统总线类型和构架选择提供指导。
[关键词]电源系统、通信总线、实时性、可靠性、带宽中图分类号：TM710 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0391-011 引言目前先进的民用飞机逐步使用综合式航电子系统，ARINC429、ARINC825、TTP和ARINC664得到逐步应用，机载数据总线作为航空电子系统的一个重要组成部分[1]。
电源系统的一次配电、二次配电和人机接口显示功能越来越依赖于总线通信网络，它已成为电源系统的神经，对电源系统实现各项功能启动决定性作用。
电源系统通信网络包含由左/右汇流条控制器（L/R BPCU），左/右主发电机控制器（L/R GCU）和APU发电机控制器（APU GCU）组成的一次配电通信网络，远程配电装置（RPDU）组成的二次配电网络，应急汇流条控制器（ESS BPCU）组成的应急配电通信网络，如图1所示，每个配电网络还与飞机AFDX网络进行数据交互。
这三个配电通信网络承担的数据量、实时性和安全要求各不相同，因此为每个配电网络选择合适的通信构架和总线类型对飞机电源的高效、减重工作至关重要（图1）。
2 电源系统可选用的数据总线类型2.1 ARINC429总线A429该总线由于采用收发独立通道、非集中控制等，有较高的可靠性、稳定性和抗干扰能力，在航空领域得到了广泛运用，但传输速率低，因此只适用于自身具有数据处理能力的传感器子系统之间的数据传输。
2.2 ARINC664总线ARINC664 航电双全工以太网，同A429相比，AFDX网络性能有很大的提高，通信速率是ARINC429的千倍以上，能够满足航空电子系统的实时性、可靠性，具有良好的通信质量。
航空总线电子监测系统的设计
航空总线电子监测系统的设计随着航空公司的不断发展，对于安全的需求也日益增加。
为了保障航班的安全性，每架飞机都需要进行严格的检测和监测。
而航空总线电子监测系统的出现，为航空公司提供了一种全新的解决方案。
为了更好地设计航空总线电子监测系统，我们需要了解其原理和要求。
首先，总线电子监测系统的主要核心是基于总线通信原理来实现的。
它采用了传感器、信号处理器、通信模块等技术，将每个飞机上的相关信号和数据经过处理后传递给地面监测中心进行分析和诊断。
在设计航空总线电子监测系统时，我们需要考虑以下方面的要求：1. 系统的稳定性和可靠性。
因为每架飞机上都会配置该系统，所以其稳定性和可靠性非常重要，任何故障都可能导致严重后果。
2. 系统的安全性和防范性。
在信息传输过程中，需要设置一系列的安全措施，确保信息不会被非法获取或篡改。
3. 系统的快速响应能力。
如果出现了危机情况，航空公司需要迅速响应并做出应对措施，因此系统的响应速度必须很快。
4. 系统的灵活性和可拓展性。
航空公司未来的规模会不断扩大，因此系统需要有一定的灵活性和可拓展性，便于升级和调整。
基于以上要求，我们可以设计出如下的航空总线电子监测系统：1. 系统的整体设计系统主要由三部分组成：在飞机上安装的监测器设备、卫星通信设备和地面监测设备。
监测器设备负责采集飞机上各种传感器的监测数据，并将其通过通信模块传输给卫星通信设备。
卫星通信设备将数据上传到地面监测设备进行分析和诊断。
2. 系统的安全措施为确保信息的安全性，我们可以采用SSL协议以及加密传输技术，更换登录密码以及设置多重验证方式等手段，对数据传输过程中的安全问题进行保障。
因此，只有在满足安全要求的情况下才能获取和处理信息。
3. 系统的灵活性和可拓展性我们可以采用模块化设计的方式，使得系统的每个部分都可以独立运作，既降低了整个系统实现的风险，也方便了之后的升级和更新。
航空公司未来的需求也可以通过添加新的模块或扩张卫星通信设备的数量进行满足。
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民机飞控系统数字总线应用分析
随着经济的不断发展，人们出行需求的不断增加，民机数量也在不断增多。
现阶段我国的科学技术不断发展，在民机电传飞控系统中逐渐应用数字总控，使
民机电传飞控系统与数字总线的发展变得息息相关，两者相互影响、相互促进。
本文主要对民机飞控系统数字总线应用进行分析，旨在提高我国民机飞控产品开
发。
标签： 民机飞控系统；数字总线；应用分析
一、民机机载设备概述
随着全球经济的不断发展，世界上的民机数量正在不断增加。就中国而言，
中国民航需要补充各型民用客机，约为3000多架，可见民机市场较为广阔。民
机的逐渐增多带动了民机机载设备的发展，其中飞控系统是民机中比较常用的机
载设备，飞控系统的应用使飞机性能得到改善，同时保障了飞机的飞行安全，现
代民用飞机先进水平体现在飞控系统技术水平上，可见，民机飞控机载设备拥有
广阔的市场。
民机飞控系统发展经历了控制增稳操纵系统、模拟电传飞控系统、机械操纵
系统、数字电传飞控系统等阶段。随着集成电路以及计算机等技术逐渐在航空领
域中应用，在飞控系统数据传输中逐渐应用数字通信总线。通过控制信号或者是
信息交互来实现飞控系统与其它机载设备系统之间的互相联系，进而使各个机载
设备之间的功能相互协调、相互融合，从而使飞行器系统性能得到了优化，使减
轻驾驶员负担的目的得以实现，是未来民机飞控系统发展的趋势。要想实现各项
机载设备相互联系、相互协调的目标，就需要稳定可靠、高速率的数据传输。在
民机中最常用的数字通讯网络拓扑是总线，本文中所说的总线就是通讯网络拓扑
结构。
二、民机飞控系统对数字总线的需求
民机飞控系统在设计时一般少与其它机载设备进行物理连接，这是为了民机
飞控系统的安全性考虑，但是民机又需要获取其它机载传感器的信息。要想避免
区域内某个单点故障可能对整个飞控系统造成的不利影响，需要将飞控系统和控
制通道进行分散布置，并且得控制通道内的各个部件也应该分布在不同的区域。
随着数字通信的不断发展，数字通信变得更加可依赖、可靠，维护工作也相对较
少，并且可以减少配线的使用，相对模拟信号而言消耗的功率更少。飞控系统的
数据交换越来越倾向于高性能总线通信。下面将列出飞控系统对通信总线的需
求。
1.实时性。
民机飞控系统属于实时嵌入式控制系统，通常包含高速率控制回路，因此，
就要求数字通信系统具有较低的信息传输抖动、较低的传输時延，民机飞控系统
引入的相位滞后由于较高的数据传输速率得以降低。
2.信息传输的可靠性。
通信链路的数据传输要有较高的可靠性，这样才能达到民机飞控系统的要
求。民机中大量使用复合材料导致数据传输线路更容易受电磁干扰的影响，因此，
通信系统应该采取各种技术措施使信息传输的可靠性得以提高，从而使可信的数
据传输得以保证。
3.通信效率。
民机飞控系统与其它航电子系统相比，控制系统信息的数据量较小，但是其
重复率却很高，数字通信信息可以使用高效的编码机制使重复率得以降低。
4.总线扩展能力。
飞控系统中不同通讯功能、不同部件的通信速率、安全等级以及数据量都有
较大差别，这就需要通信系统具有更好的兼容性，并提供不同类型数据通信能力。
除此之外，通信系统应该同时具备扩展能力，这对于飞控系统修改以及升级更加
有利，同时通信系统中应该加入新的设备接口。
5.经济性。
要想使民机飞控系统成本得以降低，就需要飞控系统对数字通信系统充分利
用，使民机各种传感器、作动器以及计算机等部件的硬件和功能综合得以加强，
进而使产品的重量得以减少。除此之外，机载设备使用的通信总线种类应该尽量
减少，将相关记载设备的通信线缆连线和布线的接口重量、接口的硬件数进行简
化，进而使数字通信功率消耗得以降低。数字通信中应用高传输宽带可以为数据
共享能力提供保障，使飞控系统和其它机载设备的功能得以充分利用。在民机中
使用总线时，不仅要考虑到民机机载设备的兼容性，还要考虑到技术是否先进与
成熟。
6.安全性。
民机通信网络以及飞控通信总线应该具有较高的可靠性，不仅可以使系统出
现故障时通信可靠性要求得以满足，还使飞控系统各部件正常的通信可靠性要求
得以满足。对于安全性方面的具体要求，民机更强调技术是否成熟以及是否经过
大量的验证。
民机机载产品应该满足适航要求，通信协议、信号传输链路设计以及飞控系
统通信端口都应该考虑非相似特性，避免相似余度设计导致的共因故障或单点故
障使整个通信能力丧失。应该将单个故障对飞控系统通信网络拓扑和协议的影响
范围降低，使通信系统的其它部分不受到影响。
三、波音777飞控系统总线应用分析
波音公司对于新总线有以下几点要求：第一点，总线应当是双向的，这就可
以从多个发送器进行数据传输。要想具有多个发送器，总线的存取就需要选取某
些方式的协调机制。第二点，自主控制更适用于一个主总线控制器，如果功能相
对集中就可能容易发生单点故障并且难以做到故障容错。第三点，总线的共享性
要求数据传输速率较快。第四点，总线还需要具备较高的综合性使飞行关键功能
的LRU进行通信得以实现。第五点，新总线的灵活性应该更高，可以支持运行
不同类型、不同功能的LRU。
波音777在波音公司所研制大型客机中是首次配备全时、全权限数字式电传
飞控系统，该系统使用的新技术有：延迟维护设计、629总线、电传飞行控制。
该大型客机的电传飞控系统使用3个主飞行计算机分别通过4个作动器和3路
629总线控制电子装置通信，电子装置控制并行工作的作动器驱动舵面。为了使
飞控系统的安全性要求得以保障，629总线、电子装置、飞行计算机的不同余度
装置都被分配到不同的机舱位置中。
四、结束语
随着民机的不断发展，民机的电传飞控系统对数字通信的要求不断提高。为
了满足民机电传飞控系统的需求，民机飞控系统以及机载设备功能相综合，使系
统得以升级，各项功能更加优化，进而使数字总线具有良好的可扩展能力、兼容
能力以及可修改性。机载设备的不断发展与创新，使民机飞控系统得到了更好的
发展，进而使民机的运行安全性以及可靠性得到大大提升。
参考文献
[1] 陈雷. 民用支线飞机飞控系统构架研究[A]. 中国航空学会、中国航空研
究院.第六届民用飞机航电国际论坛论文集[C].中国航空学会、中国航空研究院：，
2017：8.