某型飛機(jī)轟炸裝置模擬器的設(shè)計(jì)

劉偉峰，董友亮，王玉剛，張兵

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

某型飛機(jī)轟炸裝置模擬器的設(shè)計(jì)

劉偉峰，董友亮，王玉剛，張兵

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

介紹某型飛機(jī)轟炸裝置訓(xùn)練臺(tái)的設(shè)計(jì)思想和工作原理，利用PLC和觸摸屏技術(shù)設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行測(cè)試表明，該訓(xùn)練系統(tǒng)達(dá)到了功能要求，系統(tǒng)運(yùn)行良好。

飛機(jī)轟炸裝置；PLC；觸摸屏；虛擬仿真

0 引言

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷提高，一批批新裝備陸續(xù)裝備到部隊(duì)。由于諸多原因，海軍航空工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)還不能實(shí)現(xiàn)完全與部隊(duì)訓(xùn)練同步，直接影響了教學(xué)效果。為了解決這一矛盾，研制了飛機(jī)機(jī)載武器轟炸裝置仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)半實(shí)物仿真，采用PLC和嵌入式一體機(jī)技術(shù)，將部分飛機(jī)轟炸武器實(shí)裝與飛機(jī)座艙虛擬畫面進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了武器地面實(shí)際裝掛訓(xùn)練、機(jī)上武器控制電路系統(tǒng)通電檢查、機(jī)載設(shè)備性能檢測(cè)和故障診斷等功能，解決了長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)裝短缺的矛盾。由于其逼真的操作界面，智能提示的操作動(dòng)作，使學(xué)員可以在實(shí)驗(yàn)室完成新型轟炸武器系統(tǒng)的模擬或?qū)嶋H操作，收到良好的效果。

1 系統(tǒng)功能

航空訓(xùn)練彈的裝填和掛卸；炸彈艙門的正常收放及應(yīng)急收放；模擬機(jī)上正常投彈、應(yīng)急投彈和超應(yīng)急投彈操縱；機(jī)上武器控制信號(hào)指示系統(tǒng)電路檢查；某型飛機(jī)空對(duì)艦導(dǎo)彈發(fā)射控制電路檢查；電動(dòng)投彈器的脈沖數(shù)量、脈沖周期、脈沖系數(shù)及滿程下脈沖總時(shí)間等性能檢測(cè)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

機(jī)載武器轟炸裝置仿真訓(xùn)練系統(tǒng)主要由仿真訓(xùn)練控制臺(tái)、武器接口單元和掛彈架組件等組成。

2.1 掛彈架組件

掛彈架是用來(lái)懸掛武器的一種裝置，通過(guò)與機(jī)上電路連接，能夠?qū)崿F(xiàn)正常投彈、應(yīng)急投彈、“爆炸—不爆炸”控制和掛彈信號(hào)燈指示。

掛彈架組件是由實(shí)裝構(gòu)成的組合體，主要由一個(gè)模擬炸彈艙和外掛架組成。模擬炸彈艙內(nèi)裝有11個(gè)炸彈架，包括6個(gè)三級(jí)框式炸彈架、4個(gè)四級(jí)框式炸彈架和1個(gè)六級(jí)梁式炸彈架。主要完成各種彈藥的裝掛訓(xùn)練和投彈檢查模擬環(huán)的裝掛和投放。外掛架由4個(gè)導(dǎo)彈發(fā)射裝置組成，主要完成某型空艦訓(xùn)練彈的裝掛。

2.2 武器接口單元

武器接口單元完成懸掛物的正常投放，完成導(dǎo)彈的射前檢查；在正常投彈系統(tǒng)故障時(shí)，對(duì)懸掛物進(jìn)行應(yīng)急及超應(yīng)急投放；控制和監(jiān)視懸掛物的各種離散信號(hào)；對(duì)機(jī)上武器發(fā)控系統(tǒng)實(shí)施故障設(shè)置。

2.3 仿真訓(xùn)練控制臺(tái)

仿真訓(xùn)練控制臺(tái)由PLC、工控機(jī)和觸摸屏為核心的控制部分和控制面板等組成，主要完成飛機(jī)座艙、炸彈艙及轟炸裝置組件等畫面的虛擬仿真，并采用PLC、工控機(jī)和觸摸屏等技術(shù)，對(duì)裝掛武器進(jìn)行管理和故障診斷。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件系統(tǒng)

系統(tǒng)的組成方框圖見(jiàn)圖1。控制系統(tǒng)由PLC、觸摸屏、工控機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、固態(tài)繼電器、開關(guān)電源、接觸器和斷路器等組成。PLC具有高可靠性、抗干擾性強(qiáng)、功能完善、開發(fā)周期短和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等特點(diǎn)，因此機(jī)載武器轟炸裝置仿真訓(xùn)練臺(tái)采用PLC完全能夠滿足系統(tǒng)的需要。該訓(xùn)練臺(tái)以PLC、工控機(jī)和觸摸屏為核心，設(shè)計(jì)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，對(duì)機(jī)上電路進(jìn)行控制。由于采用了觸摸屏作為輸入、輸出和顯示設(shè)備，從而使操作簡(jiǎn)單、方便和易于掌握。

以外科護(hù)士年齡、職稱、最高學(xué)歷、工作年限、護(hù)理的VTE例數(shù)、接受培訓(xùn)種類數(shù)為自變量，以外科護(hù)士VTE預(yù)防知信行總分為應(yīng)變量，在進(jìn)入水準(zhǔn)α=0.10、剔除水準(zhǔn)β=0.15下進(jìn)行多元線性回歸分析，結(jié)果見(jiàn)表10。

圖1 控制系統(tǒng)組成框圖

具體選用：PLC采用三菱公司的FX2N-48MR，該控制器具有24點(diǎn)輸入和24點(diǎn)輸出，能夠滿足控制系統(tǒng)所需要的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)量；采用22英寸觸摸屏，使人機(jī)界面更加友好；A/D模擬量輸入模塊采用FX2N-4AD；D/A模擬量輸出模塊采用FX2N-4DA；采用研華工控機(jī)。

3.2 軟件系統(tǒng)

本訓(xùn)練系統(tǒng)采用的是自行改造的22英寸觸摸屏。工控機(jī)使用組態(tài)王軟件進(jìn)行編程，通過(guò)FX-485BD通信模塊與PLC進(jìn)行通信，獲取彈架系統(tǒng)的狀態(tài)，設(shè)置必要的PLC參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)彈架系統(tǒng)的監(jiān)視與控制。

圖2為仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的主界面，顯示了某型飛機(jī)領(lǐng)航艙的整個(gè)虛擬畫面，并將與轟炸裝置相關(guān)的重點(diǎn)部件進(jìn)行虛擬仿真，使學(xué)員可以清晰的了解每個(gè)部件。學(xué)員可以通過(guò)主畫面上的相應(yīng)觸發(fā)按鈕切換到電動(dòng)投彈器界面、彈艙門操縱板界面、投彈操縱板界面、右自動(dòng)保護(hù)開關(guān)板界面和左自動(dòng)保護(hù)開關(guān)板界面等5個(gè)功能界面。

3.3 訓(xùn)練系統(tǒng)的故障診斷

訓(xùn)練系統(tǒng)的故障診斷由故障判斷程序和故障診斷推理程序兩部分組成。前一部分應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，盡量少占用CPU運(yùn)行時(shí)間，以便使故障診斷專家系統(tǒng)的存在不至影響整個(gè)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。故障判斷程序在開關(guān)量控制定時(shí)中斷程序的末尾被調(diào)用，定時(shí)檢測(cè)故障是否發(fā)生。而后一部分卻相當(dāng)復(fù)雜，它包括了故障診斷專家系統(tǒng)的絕大部分，被安排在PLC運(yùn)行模塊的故障處理程序中，并且只有當(dāng)檢測(cè)到故障發(fā)生時(shí)才運(yùn)行。

診斷過(guò)程簡(jiǎn)要敘述如下：首先判斷輸出是否有故障。如有故障，則先進(jìn)行邏輯推理。將錯(cuò)誤輸出的邏輯樹中的每一組合與PLC存儲(chǔ)器中的實(shí)際信號(hào)進(jìn)行匹配。滿足匹配的那一組合，則是引起該輸出故障的原因。因此還需要根據(jù)正確的邏輯樹推理來(lái)排除懷疑點(diǎn)，逐步縮小故障的范圍，達(dá)到準(zhǔn)確診斷的目的。另一推理的方法是對(duì)應(yīng)每一步正確的輸出，建立相應(yīng)的正確狀態(tài)輸入知識(shí)庫(kù)。將實(shí)際采集的輸入狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)比較，則可找到錯(cuò)誤的輸入點(diǎn)。這種方法簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，但必須要在已正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)得到正確輸入狀態(tài)知識(shí)庫(kù)。

圖2 仿真訓(xùn)練系統(tǒng)操縱界面

4 幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題的解決

將整個(gè)座艙進(jìn)行虛擬仿真，采用可編程控制器技術(shù)，在虛擬座艙與實(shí)際彈架之間建立通信信道，通過(guò)虛擬操作控制實(shí)際彈架，并將反饋信號(hào)實(shí)時(shí)傳回顯示屏，從而克服了無(wú)教學(xué)硬件，真實(shí)座艙成本高，空間狹小，不利于教學(xué)的困難，并且將虛擬座艙與實(shí)際彈架虛實(shí)結(jié)合的特點(diǎn)應(yīng)用于教學(xué)中。

4.2 直流電壓的智能調(diào)節(jié)

該仿真訓(xùn)練系統(tǒng)使用27 V智能電源，通過(guò)控制器輸出1～5 V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，即可控制電源電壓的線性輸出，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)在電壓連續(xù)變化條件下真正意義的自動(dòng)檢測(cè)，過(guò)程中無(wú)需手動(dòng)調(diào)整電源電壓，使操作簡(jiǎn)單易行，并提高了部件的控制和檢測(cè)精度。

4.3 高速信號(hào)采集

目前，部隊(duì)對(duì)于掛彈架上傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正常、應(yīng)急工作電流一直無(wú)法采集，究其原因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)正常、應(yīng)急工作時(shí)間極短，只有0.01 s，因此，測(cè)量單元的采樣頻率必須高于10-2 s。本系統(tǒng)中采用了高速直流電流傳感器，采樣精度達(dá)到10-6 s，將采集到的高速直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，最終傳到FX2N-4AD模擬量功能模塊，其采樣精度為10-3 s，完全能夠滿足測(cè)量要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)載武器轟炸裝置仿真訓(xùn)練系統(tǒng)采用PLC和嵌入式一體機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了虛擬座艙、炸彈艙和部分實(shí)裝的有機(jī)結(jié)合，解決了院校教學(xué)與部隊(duì)裝備同步發(fā)展的問(wèn)題。該系統(tǒng)完成后，經(jīng)過(guò)使用證明，其功能齊全、操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高、控制系統(tǒng)軟、硬件性能可靠，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可替代實(shí)裝完成相應(yīng)的教學(xué)訓(xùn)練任務(wù)，解決了院校教學(xué)訓(xùn)練實(shí)裝短缺的問(wèn)題。

［1］肖田元.系統(tǒng)仿真導(dǎo)論［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2000．

［2］周彥，王冬麗，何小陽(yáng)．仿人智能PID控制的PLC實(shí)現(xiàn)及其應(yīng)用［J］．微計(jì)算機(jī)信息，2005，（21）:7-1．

〔編輯 凌瑞〕

E926

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.47