某型飛機轟炸裝置模擬器的設計

劉偉峰，董友亮，王玉剛，張兵

（海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041）

某型飛機轟炸裝置模擬器的設計

劉偉峰，董友亮，王玉剛，張兵

（海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041）

介紹某型飛機轟炸裝置訓練臺的設計思想和工作原理，利用PLC和觸摸屏技術設計了該系統的控制系統。實際運行測試表明，該訓練系統達到了功能要求，系統運行良好。

飛機轟炸裝置；PLC；觸摸屏；虛擬仿真

0 引言

隨著我國綜合國力的不斷提高，一批批新裝備陸續裝備到部隊。由于諸多原因，海軍航空工程學院實驗教學還不能實現完全與部隊訓練同步，直接影響了教學效果。為了解決這一矛盾，研制了飛機機載武器轟炸裝置仿真訓練系統。該系統通過半實物仿真，采用PLC和嵌入式一體機技術，將部分飛機轟炸武器實裝與飛機座艙虛擬畫面進行有機結合，實現了武器地面實際裝掛訓練、機上武器控制電路系統通電檢查、機載設備性能檢測和故障診斷等功能，解決了長期實驗教學實裝短缺的矛盾。由于其逼真的操作界面，智能提示的操作動作，使學員可以在實驗室完成新型轟炸武器系統的模擬或實際操作，收到良好的效果。

1 系統功能

航空訓練彈的裝填和掛卸；炸彈艙門的正常收放及應急收放；模擬機上正常投彈、應急投彈和超應急投彈操縱；機上武器控制信號指示系統電路檢查；某型飛機空對艦導彈發射控制電路檢查；電動投彈器的脈沖數量、脈沖周期、脈沖系數及滿程下脈沖總時間等性能檢測。

2 系統構成

機載武器轟炸裝置仿真訓練系統主要由仿真訓練控制臺、武器接口單元和掛彈架組件等組成。

2.1 掛彈架組件

掛彈架是用來懸掛武器的一種裝置，通過與機上電路連接，能夠實現正常投彈、應急投彈、“爆炸—不爆炸”控制和掛彈信號燈指示。

掛彈架組件是由實裝構成的組合體，主要由一個模擬炸彈艙和外掛架組成。模擬炸彈艙內裝有11個炸彈架，包括6個三級框式炸彈架、4個四級框式炸彈架和1個六級梁式炸彈架。主要完成各種彈藥的裝掛訓練和投彈檢查模擬環的裝掛和投放。外掛架由4個導彈發射裝置組成，主要完成某型空艦訓練彈的裝掛。

2.2 武器接口單元

武器接口單元完成懸掛物的正常投放，完成導彈的射前檢查；在正常投彈系統故障時，對懸掛物進行應急及超應急投放；控制和監視懸掛物的各種離散信號；對機上武器發控系統實施故障設置。

2.3 仿真訓練控制臺

仿真訓練控制臺由PLC、工控機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、工控機和觸摸屏等技術，對裝掛武器進行管理和故障診斷。

3 系統實現

3.1 硬件系統

系統的組成方框圖見圖1?？刂葡到y由PLC、觸摸屏、工控機、D/A轉換器、A/D轉換器、固態繼電器、開關電源、接觸器和斷路器等組成。PLC具有高可靠性、抗干擾性強、功能完善、開發周期短和易于實現自動控制等特點，因此機載武器轟炸裝置仿真訓練臺采用PLC完全能夠滿足系統的需要。該訓練臺以PLC、工控機和觸摸屏為核心，設計仿真訓練系統，對機上電路進行控制。由于采用了觸摸屏作為輸入、輸出和顯示設備，從而使操作簡單、方便和易于掌握。

以外科護士年齡、職稱、最高學歷、工作年限、護理的VTE例數、接受培訓種類數為自變量，以外科護士VTE預防知信行總分為應變量，在進入水準α=0.10、剔除水準β=0.15下進行多元線性回歸分析，結果見表10。

圖1 控制系統組成框圖

具體選用：PLC采用三菱公司的FX2N-48MR，該控制器具有24點輸入和24點輸出，能夠滿足控制系統所需要的輸入、輸出點數量；采用22英寸觸摸屏，使人機界面更加友好；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。

3.2 軟件系統

本訓練系統采用的是自行改造的22英寸觸摸屏。工控機使用組態王軟件進行編程，通過FX-485BD通信模塊與PLC進行通信，獲取彈架系統的狀態，設置必要的PLC參數，來實現對彈架系統的監視與控制。

圖2為仿真訓練系統的主界面，顯示了某型飛機領航艙的整個虛擬畫面，并將與轟炸裝置相關的重點部件進行虛擬仿真，使學員可以清晰的了解每個部件。學員可以通過主畫面上的相應觸發按鈕切換到電動投彈器界面、彈艙門操縱板界面、投彈操縱板界面、右自動保護開關板界面和左自動保護開關板界面等5個功能界面。

3.3 訓練系統的故障診斷

訓練系統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。前一部分應盡量簡單，盡量少占用CPU運行時間，以便使故障診斷專家系統的存在不至影響整個控制系統的正常運行。故障判斷程序在開關量控制定時中斷程序的末尾被調用，定時檢測故障是否發生。而后一部分卻相當復雜，它包括了故障診斷專家系統的絕大部分，被安排在PLC運行模塊的故障處理程序中，并且只有當檢測到故障發生時才運行。

診斷過程簡要敘述如下：首先判斷輸出是否有故障。如有故障，則先進行邏輯推理。將錯誤輸出的邏輯樹中的每一組合與PLC存儲器中的實際信號進行匹配。滿足匹配的那一組合，則是引起該輸出故障的原因。因此還需要根據正確的邏輯樹推理來排除懷疑點，逐步縮小故障的范圍，達到準確診斷的目的。另一推理的方法是對應每一步正確的輸出，建立相應的正確狀態輸入知識庫。將實際采集的輸入狀態與標準狀態比較，則可找到錯誤的輸入點。這種方法簡單準確，但必須要在已正常運行的基礎上，通過學習來得到正確輸入狀態知識庫。

圖2 仿真訓練系統操縱界面

4 幾個技術問題的解決

將整個座艙進行虛擬仿真，采用可編程控制器技術，在虛擬座艙與實際彈架之間建立通信信道，通過虛擬操作控制實際彈架，并將反饋信號實時傳回顯示屏，從而克服了無教學硬件，真實座艙成本高，空間狹小，不利于教學的困難，并且將虛擬座艙與實際彈架虛實結合的特點應用于教學中。

4.2 直流電壓的智能調節

該仿真訓練系統使用27 V智能電源，通過控制器輸出1～5 V標準信號，即可控制電源電壓的線性輸出，實現該系統在電壓連續變化條件下真正意義的自動檢測，過程中無需手動調整電源電壓，使操作簡單易行，并提高了部件的控制和檢測精度。

4.3 高速信號采集

目前，部隊對于掛彈架上傳動機構的正常、應急工作電流一直無法采集，究其原因傳動機構正常、應急工作時間極短，只有0.01 s，因此，測量單元的采樣頻率必須高于10-2 s。本系統中采用了高速直流電流傳感器，采樣精度達到10-6 s，將采集到的高速直流電流信號轉換成4～20 mA的標準信號，最終傳到FX2N-4AD模擬量功能模塊，其采樣精度為10-3 s，完全能夠滿足測量要求。

5 結束語

機載武器轟炸裝置仿真訓練系統采用PLC和嵌入式一體機技術，實現了虛擬座艙、炸彈艙和部分實裝的有機結合，解決了院校教學與部隊裝備同步發展的問題。該系統完成后，經過使用證明，其功能齊全、操作簡便、自動化程度高、控制系統軟、硬件性能可靠，達到設計要求，可替代實裝完成相應的教學訓練任務，解決了院校教學訓練實裝短缺的問題。

［1］肖田元.系統仿真導論［M］.北京：清華大學出版社，2000．

［2］周彥，王冬麗，何小陽．仿人智能PID控制的PLC實現及其應用［J］．微計算機信息，2005，（21）:7-1．

〔編輯 凌瑞〕

E926

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.47