某型火炮火控系統綜合控制箱測試設備的設計研究*

王海輝

(1.裝甲兵工程學院　北京　100072)(2.66382部隊　涿州　072750)

?

某型火炮火控系統綜合控制箱測試設備的設計研究*

王海輝1,2

(1.裝甲兵工程學院北京100072)(2.66382部隊涿州072750)

摘要運用虛擬儀器技術和PXI總線技術對某型火炮火控系統綜合控制箱檢測設備的設計進行了研究。設計的檢測設備能夠完成對綜合控制箱進行部件級的性能檢測、故障診斷與模擬、維修支持等功能。

關鍵詞虛擬儀器; 綜合控制箱; 測試設備

Design of Test Equipment of the Comprehensive Control Box of A Gun’s Fire Control System

WANG Haihui1,2

(1. The Academy of Armored Forces Engineering, Beijing100072)(2. No. 66382 Troops of PLA, Zhuozhou072750)

AbstractA test equipment is designed for comprehensive control box of certain gun’s fire control system based on PXI bus and virtual instrument technology. This test equipment has the function of performance test, fault diagnosis and simulation, maintenance support for comprehensive control box on component-level.

Key Wordsvirtual instrument, comprehensive control box, test equipment

Class NumberTD679

1引言

火控系統是火炮整體構成的關鍵與靈魂,在火炮“保證充分發揮火力、提高戰場生存能力”[1]等方面發揮著重要的作用。而綜合控制箱又是火控系統中的關鍵部件,能夠實現藥溫測定、引信裝定、諸元解算、操瞄調炮等功能,對火控系統正常運行起著重要作用。

現階段,針對火控系統的各種新型維修設備、電子檢測車輛也相繼問世并列裝,大大提高了對火控系統進行檢測的速度和效率,但是,現有設備中多是針對火控系統的通用部件進行檢測,專門針對綜合控制箱的檢測維修設備較少,導致了在對火控系統綜合控制箱進行檢測的過程中存在檢測能力不足、診斷方式單一、伴隨保障困難等問題,影響了基層部隊在日常訓練中對火控系統進行故障檢測的效果,也為戰時進行快速的故障檢測和維修留下了隱患。

本文對火控系統綜合控制箱自動測試設備的設計進行了研究,利用了虛擬儀器技術,將精確定位、連續檢測、平戰結合等理念引入火控系統綜合控制箱的檢測與故障診斷中,并提出了某型火炮火控系統綜合控制箱檢測設備的設計方案。

2火控系統綜合控制箱測試要求

按照“測試全面、部件診斷、資源共享”的總體原則[2],綜合控制箱測試的相關要求主要包括以下幾個方面:

1) 全方位測試

要能夠模擬指揮控制終端、引信裝定器、發火控制器、姿態角傳感器、藥溫測量裝置等單體的功能,通過向綜合控制箱傳送各單體的模擬功能信號,全面測試綜合控制箱的系統功能。

2) 無條件診斷

故障診斷要全面、徹底,要盡量減少人工干預環節[3]。診斷過程中,對于相關聯的故障,要能夠將其關聯隔離,不能因為一個故障無法排除而影響下一個可能故障的確定,要能夠按照一定邏輯推理將故障定位至所有最小可更換單元。

3) 故障模擬和查詢

要能夠完成常見故障的模擬,通過故障演示讓故障重現,供檢測維修人員分析研究和學習借鑒。要能夠進行故障診斷記錄的查詢,為同類故障的診斷、學習以及故障的維修提供支持[4]。

4) 信息共享

隨著戰場環境和作戰理念的更新,網絡測試已成為測試系統發展的趨勢,實現網絡測試指導具有較強的必要性。因此,要預留通信和網絡接口,為測試提供串口傳輸和遠程技術服務。

3綜合控制箱測試設備的硬件設計

3.1測試設備硬件總體設計

測試設備的硬件由主控計算機、液晶顯示器、直流電源、測試儀器資源、信號控制器、適配器和測試電纜組成。測試設備硬件結構組成如圖1所示。

圖1　測試設備硬件結構組成圖

主控計算機是整個測試設備的核心,對各種測試儀器資源進行控制和調用;測試儀器資源通過信號控制器和適配器與綜合控制箱進行信號交互;液晶顯示器負責測試軟件的界面顯示,提供友好的人工交互環境;24V直流電源提供主控計算機、顯示器、PXI主機、信號控制器和適配器等組件的工作電壓以及被測部件的激勵電壓[5]。

3.2測試設備各硬件單元結構設計

3.2.1主控計算機性能要求

主控計算機實現對各種測試儀器資源的控制和配置,提供測試設備軟件運行的硬件平臺。技術性能指標要達到如下要求:

1) CPU:雙核2.0GHz處理器;

2) 內存:不小于2GB;

3) 內部總線:PCI總線;

4) 硬盤容量:不小于128GB;

5) 顯卡:要求其顯存不小于128MB,支持的分辨率大小為1024×768dpi;

6) 接口:包括USB口、RS232接口、網絡接口等多種借口;

7) 供電:直流24V,整機最大功耗不大于300W;

8) 操作系統:要求標準為Windows XP。

3.2.2測試儀器資源設計

測試儀器資源主要包括PXI機箱,控制模塊、數字多用表模塊、信號源模塊、A/D模塊、狀態量數字I/O模塊、矩陣開關模塊、RS232通信模塊、CAN通信模塊等組成[6]。

控制模塊是PXI機箱的核心功能模塊,主要用以接收和執行主控計算機指令,實現對測試儀器資源以及其它功能模塊的控制和配置;矩陣開關模塊用以完成開對關信號、電源信號、激勵信號等信號的控制;數字多用表模塊用以輔助測試電路板,完成電路板內部各測試點信號的數據采集與分析;A/D采集模塊用以完成數據的采集和A/D轉換[7];信號源模塊用以產生模擬信號源,為實施測試提供條件;狀態量數字I/O模塊用以輸入和輸出數字信號以及電源信號和激勵信號;RS232接口模塊和CAN通信模塊分別用以提供RS232串行通信接口和CAN總線通信接口功能。

3.2.3信號控制器設計

信號控制器主要用于測試/激勵信號的轉接和分配。信號控制器包括控制器主機和信號接口兩部分。信號接口用于適配器與測試設備信號轉接,并向適配器提供直流24V電源[8]。信號接口包括一個低頻模擬信號接口、一個數字/通信信號接口和一個直流輸出插座。

3.2.4火控適配器設計

火控適配器是綜合控制箱與測試設備的連接者,主要完成全面測試綜合控制箱所需各種測試信號的調理和轉換[9]。適配器的設計采取集成化和模塊化思想,主要由適配器接口、自檢電路、隔離調理電路、特殊功能電路和電源電路組成。適配器結構和信號流向如圖2所示,其中,特殊功能電路是針對綜合控制箱某些特定功能單元的測試。

進行測試時,適配器從信號控制器信號接口引入所需的測試資源,通過主控計算機的測試軟件控制綜合控制箱的上電測試信號的輸入和輸出等一系列動作。而后適配器將激勵信號經過適當的隔離調理后輸出給綜合控制箱,產生的測試信號經調理后由A/D采集模塊讀入PXI計算機進行分析和處理,必要時利用專用電路獲取希望輸出。測試信號經過計算機分析與處理后,測試設備對相應測試項的狀態做出判斷,并保存相關的測試數據[10]。

圖2　適配器結構和信號流向圖

4綜合控制箱測試設備的軟件設計

在軟件設計過程中,要貼合部隊實際需求,具有良好的測試界面和人機交互功能。測試功能采用模塊化設計,滿足操作簡單、維護容易的基本要求。同時還需要考慮性能優化及可靠性問題,預設一鍵恢復和還原功能。

4.1測試軟件結構組成

測試軟件采用通用化、標準化、模塊化設計,綜合運用組態軟件技術,采用Lab Windows/CVI開放式平臺和“測試功能模塊+數據庫”的結構形式,使測試功能模塊和數據庫相對獨立,這樣一方面使程序結構得到了優化,提高了編程效率;另一方面便于測試功能模塊的添加和數據庫的管理與維護[11]。

測試軟件主要包括用戶界面、測試主程序、數據采集模塊、系統自檢模塊、儀器驅動模塊、串口通信模塊、記錄查詢模塊、數據庫、數據庫管理軟件以及測試與模擬功能模塊,測試軟件的總體框架如圖3所示。

圖3　測試軟件總體框架圖

測試軟件設計是一項整體工程,但其中各個結構又相對獨立,有著各自的功能和任務。用戶界面主要完成用戶對測試設備的使用操作,便于實現人機交互。測試主程序主要完成測試功能的選擇。數據采集模塊主要完成數據實時采集和動態存儲。系統自檢模塊主要檢測測試設備的本身電源電壓、測試通道以及系統運行狀態是否正常。儀器驅動模塊主要是完成對硬件系統的驅動,使硬件系統能夠發揮正常功能。串口通信模塊主要實現兩種功能,一種是與火控計算機和控制終端進行信息交互,完成對部件的測試[12];另一種是與外部設備進行信息交互,完成文件的發送與接收。記錄查詢模塊主要是提供歷史查詢功能。數據庫及數據庫管理模塊是軟件操作和各個功能得以實現的基礎,能夠進行數據的存儲、處理和管理。

測試功能模塊具有模塊化的特征,測試功能模塊間具有獨立性,不相互干擾,因此便于添加新的測試功能模塊,滿足對裝備測試的需要和測試功能的擴展。每個測試功能模塊又包括部件檢測模塊、故障診斷模塊、故障模擬模塊等。

4.2軟件測試流程

利用本測試設備對綜合控制箱進行測試時,首先進行準備工作,將與被測對象相對應的適配器和測試設備進行連接,開機進行用戶登錄或者注冊,若是新用戶,可以注冊后重新登錄,而后系統進行初始化。初始化過程中,系統要進行自檢。自檢完畢后選擇測試的車輛,進入測試主界面。接下來系統進行適配器的識別,識別通過后選取項目并進行測試,得到結果后進行處理與保存,完成以上環節后進入接下來的測試項目,軟件測試的主要流程如圖4所示。

4.3測試軟件界面設計

軟件界面主要包括主界面、自檢界面、項目檢測界面、故障診斷界面、故障模擬界面和記錄查詢界面等。

主界面設計直觀簡約,共設計系統自檢、項目檢測、故障診斷、故障模擬和記錄查詢五大功能選擇,同時附有相關提示信息,如檢測目的、裝備圖片、裝備信息等。項目檢測界面設計了相關功能模塊的調用接口,如部件檢測、信息存儲、故障診斷等,其中部件測試模塊采用測試項目與測試面板一一對應的模式,使得檢測內容類別清晰、層次分明。故障診斷界面設計了兩類診斷方式,分別為指導診斷和現場診斷,滿足手工輸入和檢測結果故障的診斷,達到了方便快捷的目的。故障模擬界面設計了三種模擬故障,即短路故障、斷路故障和參數故障。

5結語

針對現有檢測設備在進行火控系統綜合控制箱檢測過程中存在的困難和問題,本文利用虛擬儀器技術設計了面向某型火炮火控系統綜合控制箱的自動測試設備。該設計采用了開放式平臺結構,能夠對火控系統綜合控制箱進行部件級層次的性能檢測、故障診斷與模擬、維修支持。該設計具有專業化、易操作、易攜帶、高效率、連續檢測等優點。

參 考 文 獻

[1] 王厚鏗,王俊剛,孫勇.軍用自動測試系統(Ats)技術綜述[J].航空科學技術,2006,41(5):42-44.

WANG Houqiang, WANG Jungang, SUN Yong. Technology Overview of Military Automatic Test System(Ast)[J]. Aviation Science and Technology,2006,41(5):42-44.

[2] 朱競夫,趙碧君,王欽釗.現代火箭炮火控系統[M].北京:國防工業出版社,2003:1-9.

ZHU Jinfu, ZHAO Bijun, WANG Qinzhao. Modern Rocket Fire Control System[M]. Beijing: National Defence Industry Press,2003:1-9.

[3] 周啟煌,常天慶,等.戰車火控系統與指控系統[M].北京:國防工業出版社,2003:1-17.

ZHOU Qihuang, CHANG Tianqing, et al. Fire Control System and Command System of The Tank[M]. Beijing: National Defence Industry Press,2003:1-17.

[4] 廖開俊,劉志飛.虛擬儀器技術綜述[J].國外電子測量技術,2006,25(2):6-8.

LIAO Kaijun, LIU Zhifei. Overview of Virtual Instrument Technology[J]. Foreign Electronic Measurement Technology,2006,25(2):6-8.

[5] 朱旖,杜建軍.國外軍用電子自動測試系統發展綜述[J].電子測量技術,2008,31(8):1-3.

ZHU Yi, DU Jianjun. Development of Foreign Electronic Automatic Test System[J]. Electronic Measurement Technology,2008,31(8):1-3.

[6] 于勁松,李行善.美國軍用自動測試系統的發展趨勢[J].測控技術,2001,20(12):1-3.

YU Jinsong, LI Xingshan. The Development Trend of the US Military Automatic Test System[J]. Measurement and Control System,2001,20(12):1-3.

[7] 于勁松,李行善.下一代自動測試系統體系結構與關鍵技術[J].計算機測量與控制,2005(1):1-3.

YU Jinsong, LI Xingshan. The Architecture and Key Technology of The Next Generation of Automatic Test System[J]. Computer Measurement and Control,2005(1):1-3.

[8] 巫景燕,余小華.軍用航空電子自動測試系統的發展[J].直升機技術,2007(1):58-61.

WU Jingyan, YU Xiaohua. The Development of Military Aviation Electronic Automatic Test System[J]. Helicopter Technology,2007(1):58-61.

[9] 張敏,張劼,張宗麟.軍用自動測試系統的發展及關鍵技術[J].航空維修與工程,2005(2):49-51.

ZHANG Min, ZHANG Jie, ZHANG Zonglin. The Development and Key Technology of Military Automatic Test System[J]. Aviation Maintenance and Engineering,2005(2):49-51.

[10] 杜里,張其善.電子裝備自動測試系統發展綜述[J].計算機測量與控制,2009,17(6):1019-1021.

DU Li, ZHANG Qishan. Overview of the Development of Electronic Equipment Automatic Test System[J]. Computer Measurement and Control,2009,17(6):1019-1021.

[11] 張劼,景博.軍用網絡化測試技術探究[J].微計算機信息,2003,19(7):38-39.

ZHANG Jie, JING Bo. Recarch On Military Network Test Technology[J]. Micro Computer Information,2003,19(7):38-39.

[12] 韓慶田,盧洪義,楊興根.軍用裝備測試性技術發展趨勢分析[J].儀器儀表學報,2006,27(6):364-366.

HAN Qingtian, LU Hongyi, YANG Xinggen. The Development Trend of Military Equipment Testing Technology[J]. Journal of Instrument and Meter,2006,27(6):364-366.

中圖分類號TD679

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.03.018

作者簡介:王海輝,男,碩士研究生,研究方向:自動檢測及故障診斷。

收稿日期:2015年9月4日,修回日期:2015年10月21日