用于飞机货物/货物处理系统的通信系统和方法与流程

本文描述了通信和交换信息的通信系统和方法。通信系统和方法可以用于飞机，诸如具有货物处理系统的飞机。

背景技术：

飞机中的通信系统通常依赖于用于诸如传感器和致动器的应用的工业通信标准。最古老和最主要的航空数据总线有时被称为arinc429。航空无线电inc(arinc)429是一种数字信息/数据传输系统，其是飞机航空电子技术标准，并且已用于大多数高端商用和运输飞机。这使用自计时、自同步数据总线协议。连接线包括传送平衡差分信号的双绞线。

mil-std-1553是美国国防部发布的军用标准串行数据总线，并且尽管其最初被设计为用于军用航空电子设备的航空数据总线，但是其一直被广泛地用于军用和民用飞机中的航天器机载数据处理(obdh)子系统。

arinc825是用于机载使用的控制器局域网(can)的一般标准化，并且用于向传感器和致动器传输数据。

arinc664–afdx使用基于以太网的数据网络，并且被称为航空电子全双工交换以太网(afdx)。该数据网络通常用于安全关键应用并且利用专用带宽。

arinc818–advb是在航空电子设备中使用数字视频传输，并且被称为航空电子数字视频总线(advb)。这是为航空电子系统中的高带宽数字视频和音频传输开发的视频接口和协议标准。

用于飞机中的这些已知类型的通信系统通常是稳健的，并且需要在系统内使用附加的电缆。这种专用于通信的布线通常与单独的电力线捆绑在一起，因此通常需要对电力线的附加保护。

技术实现要素：

本文描述了一种用于在飞机的货物系统的电源和功率驱动单元(pdu)之间发送信号的系统，其包括提供在所述飞机内的电源，提供在所述飞机内的第一pdu，所述电源能够经由电力线向所述至少一个pdu提供dc电力；所述电源还包括第一电力线通信(plc)节点；所述pdu还包括第二电力线通信(plc)节点；所述第一plc节点能够经由所述电力线在所述第一plc节点和所述第二plc节点之间发送所述信号。

在本文所述的任何实例中，信号可以包括信息。信息可以包括命令pdu来致动负载的命令信息。信息可以包括pdu的健康状态信息。

在本文所述的任何实例中，电源可以向货物系统提供电力。货物系统可以包括提供在所述飞机内并连接到电源的pdu。pdu可以用于移动货物并将其装载到飞机上和从飞机上卸载。

货物系统的电气部分可以连接到电源，并且也可以具有连接到它的负载。在一些实例中，负载可以包括一个或多个pdu。

在本文所述的任何实例中，第一plc节点可以包括第一plc子电路；并且所述第二plc节点可以包括第二plc子电路，并且所述第一plc子电路和所述第二plc子电路可以包括连接到模拟前端(afe)的plc调制解调器。

afe还可以包括保护电路和耦合电容器，并且调制解调器可以连接到所述保护电路，并且所述保护电路可以经由所述电容器连接到所述电力线。

在本文所述的任何实例中，电力线可以包括第一电力线和第二电力线，并且电容器中的一个可以连接到每个电力线。

afe符合所述飞机的do-160要求。

在本文所述的任何实例中，pdu可以包括电机、dc/ac电源逆变器、dcemi滤波器和输入连接器，并且电机可以连接到所述dc/ac电源逆变器。dc/ac电源逆变器可以连接到所述dcemi滤波器52，并且dcemi滤波器可以经由所述输入连接器连接到所述电力线。

在本文所述的任何实例中，位于所述pdu中的第二plc节点可以在pdu输入连接器处连接到所述电力线。

在本文所述的任何实例中，电源可以连接到ac输入源，并且其中电源可以包括ac滤波器、整流级、dc滤波器和输出连接器。ac滤波器可以能够从所述ac输入源接收ac电流，并且ac滤波器可以连接到所述整流级。整流级可以连接到所述dc滤波器，并且所述dc滤波器可以经由所述输出连接器连接到所述电力线。

在本文所述的任何实例中，第一plc节点可以位于所述dc滤波器和所述连接器之间。

在本文所述的任何实例中，第一节点可以位于电源内并且可以能够向位于pdu中的第二节点发送命令信号，以致动所述pdu。

在本文所述的任何实例中，通信可以是双向的，并且位于pdu内的第二节点可以能够将返回信号发送回到位于电源内的第一节点。

在本文所述的任何实例中，系统可以包括多个所述pdu，并且第一plc节点可以能够经由所述电力线与所述多个pdu中的每个单独通信。

在本文所述的任何实例中，电力线可以包括多个分支，并且所述分支中的至少一个可以包括至少一个pdu。

在本文所述的任何实例中，电力线可以包括多个分支，并且所述分支中的至少一个可以包括多个所述pdu。

在本文所述的任何实例中，电力线可以包括多个分支，并且多个所述分支可以包括所述pdu中的至少一个。

在本文所述的任何实例中，系统可以用于飞机，并且可以用作飞机的货物系统的一部分。

本文也描述了一种用于在飞机上的货物系统的电源和功率驱动单元(pdu)之间发送信号的方法；所述方法包括：

将第一电力线通信(plc)节点连接到所述电源；

将第二电力线通信(plc)节点连接到所述pdu；以及经由电力线将dc电力从所述电源提供到所述至少一个pdu；所述第一plc节点能够经由所述电力线与所述第二plc节点通信，并且经由所述电力线在所述第一plc节点和所述第二plc节点之间发送所述信号。

方法还可以包括在所述第一plc节点中提供第一plc子电路，以及在所述第二plc节点中提供第二plc子电路，并且还可以包括提供连接到每个所述plc子电路中的模拟前端(afe)的plc调制解调器，其中所述afe包括：保护电路和耦合电容器；并且所述方法还包括将所述调制解调器连接到所述保护电路，以及经由所述电容器将所述保护电路连接到所述电力线。

电力线还可以包括第一电力线和第二电力线，并且方法还可以包括将所述电容器中的一个连接到每个所述电力线。

在本文描述的方法中使用的afe可以符合所述飞机的do-160要求。

方法还可以包括在所述pdu中提供电机、dc/ac电源逆变器、dcemi滤波器和输入连接器。方法还可以包括将所述电机连接到所述dc/ac电源逆变器，将所述dc/ac电源逆变器连接到所述dcemi滤波器，以及经由所述输入连接器将所述dcemi滤波器连接到所述电力线。

在本文所述的任何实例中，方法可以包括在所述pdu输入连接器处将所述第二plc节点连接到所述电力线。

方法还可以包括在所述电源中提供ac滤波器、整流级和dc滤波器，以及将所述电源连接到ac输入源。ac滤波器可以能够从所述ac输入源接收ac电流；并且方法还可以包括将所述ac滤波器连接到所述整流级，将所述整流级连接到所述dc滤波器，以及将所述dc滤波器连接到所述连接器。

方法还可以包括在所述dc滤波器和所述连接器之间提供所述第一plc节点。

方法还可以包括电源内的第一节点，并且将命令信号从所述第一节点发送到位于pdu中的第二节点，以致动所述pdu。

在本文所述的任何方法中，方法可以包括发送双向信号。在一些实例中，位于pdu内的第二节点将返回信号发送回到位于电源内的第一节点。

在本文所述的任何方法中，可以提供多个pdu，并且第一plc节点可以经由所述电力线与所述多个pdu中的每个单独通信。

在本文所述的任何方法中，电力线可以包括多个分支，并且所述分支中的至少一个可以包括至少一个pdu。

在本文所述的任何方法中，电力线可以包括多个分支，并且所述分支中的至少一个可以包括多个所述pdu。

附图说明

图1描绘用于飞机上的货物处理系统的已知类型的通信系统的实例的方框图。

图2描绘示出可以用于飞机中的货物处理系统的新型通信系统的实例的方框图。

图3描绘示出当位于pdu中时plc节点和plc子电路的位置的方框图。

图4描绘详细示出图2的pdu的特征的方框图。

图5描绘示出当位于图2的电源中时plc节点和plc子电路的位置的方框图。

图6描绘详细示出图2的电源的特征的方框图。

图7描绘详细示出图2的plc子电路的特征的方框图。

具体实施方式

本文参照图2至图7描述的实例描述了在飞机内并且具体来说是可以用于具有货物装载/卸载系统的飞机的货物处理系统的通信系统的实施。具体来说，参照图2至图7描述的实例在飞机的货物处理系统中的货物系统中实施电力线通信(plc)。这提供了优于用于飞机并且具体来说是飞机上的货物处理系统的已知通信系统的显著优点。

在图1中示出用于飞机10的货物处理系统的已知类型的通信系统的实例。

在已知的货物系统10中，系统可以包括多个功率驱动单元(pdu)11、11'、11”，其用于移动货物并且将货物集装箱装入飞机并卸出飞机。包括can(can_hi19a和can_lo19b)和电力线(dc+、dc-和地线)的输入连接器12、12'、12”将每个pdu的电路连接到包括电力线18a、18b、18a'、18b'、18a”、18b”和通信线19a、19b、19a'、19b'、19a”、19b”的多个电线。具体来说，在图1中所示的已知系统的实例中，每个pdu11、11'、11”连接到两个通信线19a、19b、19a'、19b'、19a”、19b”。通信线形成can通信总线13，其具有到pdu的不同分支，can总线在can节点16b和终端16a之间延伸。两个电力线18a、18b、18a'、18b'、18a”、18b”也在每个pdu11、11'、11”的输入连接器12、12'、12”和电源15(产生270vdc总线的ac馈电整流器)之间延伸。通信线沿着系统的长度平行于电力线18a、18b、18a'、18b'、18a”、18b”延伸。

如在图1中可以看出，已知系统因此需要用于形成通信总线13(包括can通信线)的通信线19和电力线18两者的专用电线和电缆。这些电线用线束14保持在适当位置，线束14用于在飞机的安装中正确地附接电线。这些线束14的尺寸和数量可以相对较大。也必须使用相对较大尺寸的连接器。除此之外，以防在通信线和电力线之间存在短路，必须在pdu的通信电路上增加额外的保护。

在图2中示出可以用于飞机并且具体来说是用于飞机的货物处理系统的新型通信系统100的实例。在该实例中，通信系统利用电力线通信(plc)而不是当前用于已知系统的工业通信系统。

电力线通信(plc)是近年来一直在增长，并且先前已被用于使用具有高达200mbits/s的比特率的当前标准来提供互联网接入的技术。尽管这种技术已知用于例如房屋或建筑物中，但是其用于运输应用的用途正在增加，并且还不知道已被实施用于飞机的货物处理系统中以在位于飞机内的电源和用于移动负载(诸如装载和卸载货物集装箱)的功率驱动单元之间发送信号。由于飞机内的通信架构的固有简化，已经发现在本文所述的飞机的货物处理系统中使用plc提供了很大的优点，其中飞机和其部件的重量和尺寸对系统有很大的影响。

对于本文所述和图2至图7中所示的实例，本文所述的新系统的实例中的分布式电源架构是基于具有在分支架构中在电力线上分配的dc馈电pdu的dc电力线。在图2中，在系统的一个分支上提供三个pdu。在其他实例中，可以存在电力线的多个分支，在每个分支上具有至少一个或多个pdu。因此，dc总线连接到用于致动或移动负载(诸如装载和卸载货物集装箱)的至少一个或几个功率驱动单元(pdu)110、110'、110”。与没有分支并且系统是线性的系统相比，设计具有分支架构的plc系统通常更具挑战性。然而，由于独特的系统设计，本文参照图2至图7描述的实例使得能够经由这种分支架构在电源和pdu之间成功地传达信号，并且提供本文描述的优点。在图2中描绘使用plc的分支架构。尽管这里描绘了三个pdu，但是可以存在任何数量的pdu。

类似于图1中所示的已知实例，在图2中，输入连接器120、120'、120”经由包括两个电力线180a、180b(例如，dc总线的dc+正轨和dc总线的dc-参考轨)的电力线180将每个个别的pdu110、110'、110”连接到电源150。由于在该实例中利用电力线通信(plc)，所以可以仅使用将电源连接到pdu的电力线来实现pdu和电源150之间的通信，并且不需要额外的通信总线或通信线。在该实例中，电力线180包括连接到该分支上的三个pdu的电力线180a、180b、180a'、180b'、180a”、180b”，然而当然可以根据pdu的数量使用更多或更少的电线。如图所示，电力线/电线用一个或多个线束140保持在适当位置。与图1中所示的已知系统相比，这些线束的尺寸减小，因为使用较少的电线。出于相同的原因，与图1中所示的已知实例相比，输入连接器的尺寸也可以减小。

在这些实例中，电力线180因此用于传送电力以及用作通信信道两者。可以看出，当将图2与图1比较时，在图2的实例中，其中plc被用作通信系统，对通信总线13的需要已经被完全消除。这提供了以下优点：需要更少的线束140，并且将电线保持在适当位置所需的线束140也可以更轻，尺寸也可以更小。将电力线180a、180b连接到电源和pdu所需的pdu上的输入连接器120和电源(后面描述)上的连接器160可以更小，因为存在更少的连接到pdu110、110'、110”的电线。由于电力和通信两者都在相同的电力线180中的事实，所以系统的安装也简单得多，并且电线的认证比在已知系统中更加直接。除了所有这些之外，由于不存在通信线，所以不需要由于通信线和电力线的接近而在通信子电路上的pdu110内通常需要的附加保护电路。

现在将更详细地描述通信系统和方法。图3和图5中所示的plc节点201、202包括plc子电路203、204(如图7中所示)，其使得货机的货物系统能够使用电力线通信来发送和交换包含诸如命令的信息的信号(例如，以激活pdu和移动负载)，或健康状态信号(以指示问题)。

飞机的货物处理系统的货物系统可以被描述为将托盘(例如，货箱)移入和移出飞机的货物处理系统的货舱的系统。系统的pdu是飞机的一部分并且因此保持在飞机上并且用于致动货物的运动。因此，本文描述的通信系统不依赖于飞机外部的电源，也不旨在与飞机外部的设备通信。因此，本文描述的通信系统可以被描述为包含在飞机内。

第一plc节点202和相应的子电路204可以集成到电源150中，并且第二plc节点201和相应的子电路203可以集成到本文参照图2至图7描述的任何实例的每个pdu110、110'、110”中。例如，pdu可以包括致动器箱，并且第二plc节点(201)可以集成在pdu的致动器箱中。如下所述，第一(即，命令)plc节点203可以将信号发送到第二或多个(即，接收)plc节点201，反之亦然。

在本文所述的实例中，包括电源150中的plc子电路204的节点202可以充当将命令信号发送到pdu110、110'、110”的节点201中的子电路203的中心或命令节点，由此致动pdu。该通信是双向的，并且pdu110、110'、110”中的接收节点也能够将信号发送回到电源150中的中心节点202，例如，以将“健康状态”提供回到中心节点202。“健康状态”信号可以包括从pdu发送回到中心节点的命令，并且例如可以包括关于在任何pdu中的信号中是否存在任何错误的任何信息(以及其他信息)。在一个实例中，如果在一个pdu上存在过电压状态，则指示这一点的信号将被发送回到命令节点。因此，所有plc节点都能够发送和接收命令/信号/信息。在图2至图7中所示的实例中，每个pdu可以包括接收plc节点201，使得每个pdu可以接收要被致动的命令信号，并且也将健康状态信号发送回到中心节点202以用于监视目的。

图7是详细描绘plc子电路203、204的方框图，plc子电路203、204可以与pdu110、110'、110”和/或电源150集成/位于pdu110、110'、110”和/或电源150内。plc子电路203、204包括plc调制解调器210，其创建要在节点201、202之间发送的rf通信信号。由于plc调制解调器210是低电压部件并且需要被保护以防止dc总线上的异常操作条件，所以在plc子电路中还提供保护电路。具体来说，本文描述的实例的plc子电路还可以包括为该特定应用专门设计的“模拟前端”(afe)215，并且包括保护电路220和电容器230(在该实例中，每个电路中有两个电容器，每个电线有一个电容器)。调制解调器210直接连接到保护电路220，保护电路220又通过电线180a、180b连接到pdu或电源150。由于在将plc调制解调器210连接到电力线180的电线180a、180b的任何电线上需要电流隔离，所以将电容器提供在电线180a、180b上，电线180a、180b将保护电路220连接到其中定位plc子电路的pdu110或电源150。保护电路220提供在调制解调器210之前(即，在调制解调器210和电力线180之间)，由此保护调制解调器210，以防存在经过耦合电容器的过电压状态。

用于plc子电路203、204的电容器230必须在考虑电线类型和几何形状、pdu110和电源150的数量和位置的情况下进行选择和设计。因此，本文所述的实例的afe215(即，耦合电容器230连同保护电路220)被设计为符合飞机的do-160要求。这使本文所述的耦合器设计与其他耦合器设计不同。

图4是更详细地示出可以用于图2至图7中所示的任何实例的pdu110、110'、110”的电路的方框图。电源是dc电源。从图中可以看出，电机50(例如，三相电机)可以连接到dc/ac电源逆变器51。由于逆变器和电机将产生噪声，因此在这些部件和电力线之间提供emi滤波器，以便避免噪声失真向上传播到电力线或电源。因此，dc/ac电源逆变器51(即，电机驱动器)连接到dcemi滤波器52。然后，如图2和图4中所示，emi滤波器52经由输入连接器120、120'连接到电力线180的电力线180a、180b。

图3是更详细地描绘图2的pdu110、110'、110”中的一个的特征的方框图，并且具体地，其中如果plc节点201和子电路203位于pdu110内，则可以将其定位/集成。

在该实例中，因此，包括plc子电路203的plc节点201可以在输入连接器120、120'、120”处或正好在输入连接器120、120'、120”之前连接到电力线180的电力线180a、180b。通过将plc节点201和子电路203定位在输入连接器120处(换句话说，在emi滤波器52的电力线侧)，由此降低了如果plc子电路位于pdu内部时可能发生的通信性能的任何劣化。在该实例中，因此，plc节点位于emi滤波器52和连接器120、120'、120”之间，因此位于pdu110的emi滤波器52和电源150之间。

图6是更详细地示出可以用于图2至图7中所示的任何实例的电源150的方框图。具体来说，电源150可以包括经由ac滤波器740连接到整流级720的ac输入源710，整流级720又连接到dc滤波器730。dc滤波器然后连接到dc电力线180的电线180a、180b。输出连接器160然后提供在电力线180的电力线180a、180b上。

当包括plc子电路204的主plc节点202被集成到电源150中时，电源中的主plc节点子电路204将控制命令发送到pdu中的接收plc子电路203，例如，以向前或向后移动货物。

图5是更详细地描绘图2的电源150的方框图，并且具体地，其中如果plc节点202和子电路204位于电源150内/与电源150组合，则可以将plc节点202和子电路204集成。参看图5和图6，可以看出，从dc滤波器延伸的电力线180(包括电力线180a、180b)还连接到第二连接器160，如上所述。在一些实例中，plc子电路因此可以连接到电源150，使得其被提供在电力线180、180a、180b上并且定位在电源的dc滤波器730和电源的连接器160之间。在一些实例中，plc节点202可以定位在输出连接器160本身。通过将plc节点202定位在该位置(即，在电源150的电力线侧)，避免了电源对通信性能的任何影响。除此之外，可以在连接器点处测量电源的阻抗，并且分析该阻抗以设计电容器类型和值。

如上所述，电力线通信在plc子电路之间发送rf通信信号。也如上面参照图7所描述的，plc节点201、202的plc子电路203、204因此可以包括plc调制解调器210，其将产生、接收和处理双向通信所需的rf信号。然后，上述命令plc节点的plc子电路的模拟前端(afe)将信号耦合到电力线180。afe级(即，定位在调制解调器210和电力线180之间，包括保护电路220和耦合电容器230的模拟部件)也将对信号进行滤波，并且包含过压保护电路以保护plc调制解调器210。

在使用中，位于命令节点(例如，电源150中的命令plc节点202)中的调制解调器210将因此产生将经由命令plc节点202的afe215耦合到电力线180的rf通信信号。在接收器侧(例如，在pdu110中的接收plc节点201中)的afe215然后可以提取信号，并将其馈送到其将被处理所处的接收plc节点201的调制解调器120。因此，pdu110、110'、110”中的接收plc子电路203接收控制命令，并且反过来可以将健康状态消息发送回到主plc节点201。

如这些图中所示和本文中所述，因此在电源150和每个负载之间存在直接电气连接(经由pdu)。这允许在主plc节点202(其可以与电源150集成/位于电源150内，并且在emi滤波器52之后连接到电力线180)和也包括plc子电路203(其可以与pdu110集成/位于pdu110内)的一个或多个接收plc节点201之间传输通信信号。

如上所述，在用参照图2至图7所描述的基于plc的系统代替已知系统的有线通信系统时，飞机的货物处理系统具有若干益处。直接益处和优点包括需要更少的电缆(在777f中约800m以下)的事实。因此，这导致更小的电缆截面和更轻的重量。除此之外，需要更少和更轻的线束来将电线和电缆保持在适当位置。这些益处在飞机上具有更高的影响，其中重量和体积是关键因素。另一益处是pdu110、110'、110”的输入连接器120将需要较少的输入引脚，这将简化并降低pdu的成本。另外，电缆的减少将降低安装复杂性，并使认证过程更快更容易。因此，该系统将更加稳健，并且故障率将降低。