戚淑芬，王少坤

（青島科技大學 自動化學院，青島 266042）

飛機的燃油系統(tǒng)是保證飛機安全飛行的重要系統(tǒng)之一[1]。如何使得該系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行變得至關重要。作為飛機維護人員培訓的核心部分，維修培訓裝置的設計也非常重要。現有的教學實習主要是通過理論講解，再配以燃油控制系統(tǒng)的各種設備儀表認知，對于線路布局、故障查找、隔離及排除等則無法實現，學員無法了解到真正的系統(tǒng)內部結構及工作原理，也不利于動手能力的提高，達不到培訓的預期效果和要求。

本文設計的新型機務培訓平臺，是要作為將外場工作中的基本工作流程遷移到實習培訓過程中，本培訓平臺貼近航空機務維護一線工作的要求，鍛煉學員的動手能力和故障分析能力，同時可以滿足各個不同層次的培訓和考核的需要。本實驗臺的建立可大大提高本專業(yè)機務培訓的水平與質量，同時對于探索整機機務模擬器具有一定的參考價值與示范意義。

由于本設計方案具有成本低、耗時少、可行性高等優(yōu)點，并可以結合學員自身實際遇到的問題制定相應的計劃[2]，故可切實地提高學員綜合排除維修故障的能力。該系統(tǒng)目前已經投入使用當中。

1 系統(tǒng)總體結構

作為一種仿真培訓裝置，該裝置以某型號戰(zhàn)斗機的燃油系統(tǒng)為設計原型，采用實物操作與軟件操作相結合的設計理念，開發(fā)過程以硬件搭建與軟件開發(fā)相結合。該系統(tǒng)對燃油系統(tǒng)控制的工作原理、通電檢查、故障排除和外場維修過程進行仿真，其構成包括：座艙模擬器、燃油系統(tǒng)操控屏、燃油系統(tǒng)設備模擬器和控制中心四個部分，其功能圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能圖Fig.1 System functions

在這四部分中，控制中心是核心，其主要的職能是與其它三部分進行信息交換，并實時監(jiān)控全套設備的運行情況[3]，負責燃油系統(tǒng)操控屏和設備模擬器設置或者是恢復相應的故障點，并接收它們的反饋信息；指令座艙模擬器和模擬屏進行相關的故障顯示，接收它們的反饋信息，接收座艙模擬器或設備模擬器的自測試指令，檢測故障點信息，在座艙模擬器和電子設備艙模擬器中顯示測試結果，指令各部分進行系統(tǒng)自測試，檢查故障診斷模擬機本身的故障情況[4]。

座艙模擬器的作用是當有故障發(fā)生時，通過與系統(tǒng)控制管理中心的數據通信，顯示相應的故障和警告提示，同時也是通電、功能檢查等的操作平臺。燃油系統(tǒng)設備艙模擬器主要是硬件仿真各種故障并可以實現相應的機器自檢功能點，它通過與系統(tǒng)控制中心通信接收指令，設置、恢復和顯示故障點的故障狀態(tài)（LRU指示燈實現），反饋故障狀態(tài)信息給系統(tǒng)控制管理中心[5]，對系統(tǒng)工作過程進行模擬和演示，同時也可用于故障的顯示。

2 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)的硬件組成如圖2所示。管理層由學員機、教師機、中控機以及模擬屏組成，主要進行命令的下達和對故障的設置與實時監(jiān)控[6]，由若干個設備模擬器和座艙模擬器組成，通過高速現場總線連接。該網絡應用西門子S7-300 PLC控制各原器件，基于現場Profibus-DP總線協(xié)議組建局域網，保證了監(jiān)控信號在橫向和縱向上的流暢傳輸[7]，同時具有足夠的帶寬和方便的擴展性。

圖2 系統(tǒng)硬件組成Fig.2 System hardware design

2.1 主控臺

主控制臺以工控機為中心，由控制訓練系統(tǒng)的主控軟件及高速通信卡組成，主控制臺主要完成以下工作：

（1）設備模擬器中仿真組件的動作控制和狀態(tài)監(jiān)控；

（2）座艙模擬器各組件控制和狀態(tài)監(jiān)控；

（3）系統(tǒng)組件的自檢。

主控制臺采用分屏顯示，通過投影儀顯示燃油系統(tǒng)電氣控制的原理電路圖，并能夠與模擬屏原理圖中的動作進行協(xié)同。

2.2 仿真模塊

仿真模塊是系統(tǒng)中重要的組成部分之一，也是本平臺最大的設計創(chuàng)新點，用以完成燃油附件機理模擬、故障模擬以及線路故障的模擬，是實現該仿真系統(tǒng)的關鍵。仿真模塊具有軟件網絡與硬件網絡兩方面的功能：軟件方面，實現了狀態(tài)信息的接收、處理、執(zhí)行、發(fā)送等任務，為用戶提供方便的控制接口；硬件方面互聯(lián)與實際系統(tǒng)一致，實現故障模擬、接口狀態(tài)的設置、信息傳輸、數據處理、信號接收與轉換，為操作維護訓練提供有效硬件支持。

PLC受控于上位機接收動作指令后經編程邏輯運算后的指令代碼下發(fā)到各個仿真模塊用以控制故障的發(fā)生，PIC單片機接受PLC下發(fā)指令代碼選擇不同的繼電器用以模擬不同的故障設置。仿真模塊的組成如圖3所示，繼電器完成狀態(tài)輸出，LED光柱可完成燈光信號的模擬，語音芯片可完成語音提示和告警功能，接口部分與實裝燃油附件完全一致[8]。

圖3 通用仿真模塊的組成Fig.3 Composition of the general simulation module

例如，2號油箱消耗艙的三相交流輸油泵仿真模塊，外接端口有5針，可以模擬真實三相電動機的正常運行情況和各種常見故障如短路、斷路、缺相等。從測量端口測量，管腳間電阻為零、管腳間電阻無窮大、管腳間電壓分別為零等。

2.3 座艙模擬器

座艙模擬器主要包括信號指示模擬板、斷路器模擬板、空中受油操作開關及信號、燃油系統(tǒng)檢查和控制操縱臺、燃油操縱盒、伙伴加油控制盒。

2.4 燃油系統(tǒng)模擬屏

綜合模擬屏采用大屏幕觸控屏，硬件結構由55吋～70吋液晶顯示器和觸摸屏組成。燃油系統(tǒng)模擬屏用以顯示燃油系統(tǒng)各分系統(tǒng)的原理圖。原理圖中應體現出相應分系統(tǒng)的管路及控制附件，實現各分系統(tǒng)的原理控制以及與仿真單體或硬件設備的信息交換與顯示[9]。模擬屏通過對相應燃油附件觸控的方式進行交互式操作和故障排除，并能夠與燃油系統(tǒng)設備模擬器進行同步交互式互動。在模擬屏上可以實現模擬燃油控制系統(tǒng)的工作過程、燃油或氣體流向、排故流程、通電過程等，并可以交互式顯示燃油附件的外形及其結構。

2.5 教員控制臺

教員控制臺包括一臺計算機終端、打印機、桌子和椅子。教員用教員機 （擁有較高的權限）來完成以下工作：

（1）監(jiān)控整個訓練過程；

（2）進行故障設置和取消；

（3）對學員的訓練情況進行打分和評審；

（4）查看訓練記錄。

2.6 學員操作臺

學員操作臺由多臺計算機終端組成，功能是培養(yǎng)學員具體燃油操作、故障診斷等技能。

3 系統(tǒng)軟件設計

該系統(tǒng)采用C#與MOVICON新款組態(tài)軟件搭建出具有3D效果的人機界面與演示畫面，采用PLC技術實現各器件的電氣邏輯控制，采用原理仿真技術實現對電路板的物理器件故障的仿真，采用故障樹的形式將案例庫存儲在SQL數據庫中，采用SQL Server安全登錄模式，確保信息的安全性。

以圖4為例來介紹該系統(tǒng)學員席端和教官席端各自可以使用的功能權限。學員席端可以申請新用戶、個人信息管理、查看個人成績、查看已學案例、排除故障、訓練保存等。教官席端則比學員席端擁有較大的優(yōu)先權與功能權限如選擇訓練案例、評定學員成績、設置故障等。

圖4 系統(tǒng)功能圖Fig.4 System function diagram

此外，該系統(tǒng)還建立了數據庫用以存儲標準案例庫、系統(tǒng)的各種歷史參數、學員操作及成績[10]。數據庫提供開放的 OPC（OLE for process control），對象的連接與嵌入在工業(yè)控制領域的應用接口，保證信息的共享性。

4 結語

本系統(tǒng)應用先進的控制理念與技術，以PLC為控制核心，合理的布局各仿真單體的位置并結合飛機特有的性能與常見故障進行模擬實驗，以使學員能夠身臨其境的進行排除故障與檢測，同時又彌補了傳統(tǒng)訓練模式的一些缺點，如訓練飛機少、維修費用高、故障風險大等。

為了使設計能夠與時俱進，滿足新型飛機燃油系統(tǒng)出現的新問題，還設計預留了一些未編程的故障發(fā)生器以供后人可以結合新型飛機出現的新型故障來進行編程控制。該系統(tǒng)還可以對各種參數（例如油耗參數）等進行深入研究，以改進優(yōu)化現役飛機的燃油系統(tǒng)，使得學員能夠綜合全面地掌握飛機燃油系統(tǒng)的故障原理與解決方案?？傊?，該系統(tǒng)成本低、研發(fā)時間短、大幅度提升了培訓質量。

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