某型飞机轰炸装置模拟器的设计

刘伟峰，董友亮，王玉刚，张兵

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

某型飞机轰炸装置模拟器的设计

刘伟峰，董友亮，王玉刚，张兵

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

介绍某型飞机轰炸装置训练台的设计思想和工作原理，利用PLC和触摸屏技术设计了该系统的控制系统。实际运行测试表明，该训练系统达到了功能要求，系统运行良好。

飞机轰炸装置；PLC；触摸屏；虚拟仿真

0 引言

随着我国综合国力的不断提高，一批批新装备陆续装备到部队。由于诸多原因，海军航空工程学院实验教学还不能实现完全与部队训练同步，直接影响了教学效果。为了解决这一矛盾，研制了飞机机载武器轰炸装置仿真训练系统。该系统通过半实物仿真，采用PLC和嵌入式一体机技术，将部分飞机轰炸武器实装与飞机座舱虚拟画面进行有机结合，实现了武器地面实际装挂训练、机上武器控制电路系统通电检查、机载设备性能检测和故障诊断等功能，解决了长期实验教学实装短缺的矛盾。由于其逼真的操作界面，智能提示的操作动作，使学员可以在实验室完成新型轰炸武器系统的模拟或实际操作，收到良好的效果。

1 系统功能

航空训练弹的装填和挂卸；炸弹舱门的正常收放及应急收放；模拟机上正常投弹、应急投弹和超应急投弹操纵；机上武器控制信号指示系统电路检查；某型飞机空对舰导弹发射控制电路检查；电动投弹器的脉冲数量、脉冲周期、脉冲系数及满程下脉冲总时间等性能检测。

2 系统构成

机载武器轰炸装置仿真训练系统主要由仿真训练控制台、武器接口单元和挂弹架组件等组成。

2.1 挂弹架组件

挂弹架是用来悬挂武器的一种装置，通过与机上电路连接，能够实现正常投弹、应急投弹、“爆炸—不爆炸”控制和挂弹信号灯指示。

挂弹架组件是由实装构成的组合体，主要由一个模拟炸弹舱和外挂架组成。模拟炸弹舱内装有11个炸弹架，包括6个三级框式炸弹架、4个四级框式炸弹架和1个六级梁式炸弹架。主要完成各种弹药的装挂训练和投弹检查模拟环的装挂和投放。外挂架由4个导弹发射装置组成，主要完成某型空舰训练弹的装挂。

2.2 武器接口单元

武器接口单元完成悬挂物的正常投放，完成导弹的射前检查；在正常投弹系统故障时，对悬挂物进行应急及超应急投放；控制和监视悬挂物的各种离散信号；对机上武器发控系统实施故障设置。

2.3 仿真训练控制台

仿真训练控制台由PLC、工控机和触摸屏为核心的控制部分和控制面板等组成，主要完成飞机座舱、炸弹舱及轰炸装置组件等画面的虚拟仿真，并采用PLC、工控机和触摸屏等技术，对装挂武器进行管理和故障诊断。

3 系统实现

3.1 硬件系统

系统的组成方框图见图1。控制系统由PLC、触摸屏、工控机、D/A转换器、A/D转换器、固态继电器、开关电源、接触器和断路器等组成。PLC具有高可靠性、抗干扰性强、功能完善、开发周期短和易于实现自动控制等特点，因此机载武器轰炸装置仿真训练台采用PLC完全能够满足系统的需要。该训练台以PLC、工控机和触摸屏为核心，设计仿真训练系统，对机上电路进行控制。由于采用了触摸屏作为输入、输出和显示设备，从而使操作简单、方便和易于掌握。

以外科护士年龄、职称、最高学历、工作年限、护理的VTE例数、接受培训种类数为自变量，以外科护士VTE预防知信行总分为应变量，在进入水准α=0.10、剔除水准β=0.15下进行多元线性回归分析，结果见表10。

图1 控制系统组成框图

具体选用：PLC采用三菱公司的FX2N-48MR，该控制器具有24点输入和24点输出，能够满足控制系统所需要的输入、输出点数量；采用22英寸触摸屏，使人机界面更加友好；A/D模拟量输入模块采用FX2N-4AD；D/A模拟量输出模块采用FX2N-4DA；采用研华工控机。

3.2 软件系统

本训练系统采用的是自行改造的22英寸触摸屏。工控机使用组态王软件进行编程，通过FX-485BD通信模块与PLC进行通信，获取弹架系统的状态，设置必要的PLC参数，来实现对弹架系统的监视与控制。

图2为仿真训练系统的主界面，显示了某型飞机领航舱的整个虚拟画面，并将与轰炸装置相关的重点部件进行虚拟仿真，使学员可以清晰的了解每个部件。学员可以通过主画面上的相应触发按钮切换到电动投弹器界面、弹舱门操纵板界面、投弹操纵板界面、右自动保护开关板界面和左自动保护开关板界面等5个功能界面。

3.3 训练系统的故障诊断

训练系统的故障诊断由故障判断程序和故障诊断推理程序两部分组成。前一部分应尽量简单，尽量少占用CPU运行时间，以便使故障诊断专家系统的存在不至影响整个控制系统的正常运行。故障判断程序在开关量控制定时中断程序的末尾被调用，定时检测故障是否发生。而后一部分却相当复杂，它包括了故障诊断专家系统的绝大部分，被安排在PLC运行模块的故障处理程序中，并且只有当检测到故障发生时才运行。

诊断过程简要叙述如下：首先判断输出是否有故障。如有故障，则先进行逻辑推理。将错误输出的逻辑树中的每一组合与PLC存储器中的实际信号进行匹配。满足匹配的那一组合，则是引起该输出故障的原因。因此还需要根据正确的逻辑树推理来排除怀疑点，逐步缩小故障的范围，达到准确诊断的目的。另一推理的方法是对应每一步正确的输出，建立相应的正确状态输入知识库。将实际采集的输入状态与标准状态比较，则可找到错误的输入点。这种方法简单准确，但必须要在已正常运行的基础上，通过学习来得到正确输入状态知识库。

图2 仿真训练系统操纵界面

4 几个技术问题的解决

将整个座舱进行虚拟仿真，采用可编程控制器技术，在虚拟座舱与实际弹架之间建立通信信道，通过虚拟操作控制实际弹架，并将反馈信号实时传回显示屏，从而克服了无教学硬件，真实座舱成本高，空间狭小，不利于教学的困难，并且将虚拟座舱与实际弹架虚实结合的特点应用于教学中。

4.2 直流电压的智能调节

该仿真训练系统使用27 V智能电源，通过控制器输出1～5 V标准信号，即可控制电源电压的线性输出，实现该系统在电压连续变化条件下真正意义的自动检测，过程中无需手动调整电源电压，使操作简单易行，并提高了部件的控制和检测精度。

4.3 高速信号采集

目前，部队对于挂弹架上传动机构的正常、应急工作电流一直无法采集，究其原因传动机构正常、应急工作时间极短，只有0.01 s，因此，测量单元的采样频率必须高于10-2 s。本系统中采用了高速直流电流传感器，采样精度达到10-6 s，将采集到的高速直流电流信号转换成4～20 mA的标准信号，最终传到FX2N-4AD模拟量功能模块，其采样精度为10-3 s，完全能够满足测量要求。

5 结束语

机载武器轰炸装置仿真训练系统采用PLC和嵌入式一体机技术，实现了虚拟座舱、炸弹舱和部分实装的有机结合，解决了院校教学与部队装备同步发展的问题。该系统完成后，经过使用证明，其功能齐全、操作简便、自动化程度高、控制系统软、硬件性能可靠，达到设计要求，可替代实装完成相应的教学训练任务，解决了院校教学训练实装短缺的问题。

［1］肖田元.系统仿真导论［M］.北京：清华大学出版社，2000．

［2］周彦，王冬丽，何小阳．仿人智能PID控制的PLC实现及其应用［J］．微计算机信息，2005，（21）:7-1．

〔编辑 凌瑞〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.47