某型裝備電氣維修模擬訓練系統研究

程杰

海軍士官學校兵器系 安徽 蚌埠 233012

引言

當前，隨著某型裝備裝備逐步列裝，其操作、維護方式與以往有了很大差別，且職掌人員的崗位能力參差不齊、亟待提升。一是該型裝備實裝造價高昂，在培訓職掌人員的過程中，禁止在實裝上設置故障，導致無法再現故障現象和維修過程，一定程度上制約了職掌人員綜合保障能力的提升；二是為了降低實裝磨損，保證其戰技指標，在日常使用維護中也不宜進行大量的實裝拆裝訓練。而某型裝備電氣維修模擬訓練系統能夠模擬電氣設備的工作狀態，具備設置故障、檢查調整、引導受訓者分析排除故障的功能。該系統通過仿實裝的方式再現裝備電氣部分實際運行情況，不僅可用于日常操作訓練，更可對其故障排查邏輯推理能力和維修能力的訓練提供方便快捷的手段。

1 系統組成及功能

某型裝備電氣維修模擬訓練系統由硬件和軟件兩大部分組成。其具體功能如下：能逼真模擬某型裝備的各模擬操作臺位的操作；能完成規定的各種操作、維修訓練功能，整個系統具有較好的人機交互功能；能夠完成某型裝備電氣設備的理論教學功能；能夠完成某型裝備電氣設備的理論、實作（操作、維修）考核；能進行某型裝備的故障發布、故障處置記錄與評估[1]。

2 軟件設計

軟件部分主要包括系統管理軟件、維修訓練模塊、考核評估模塊、操作訓練模塊、原理教學模塊，如圖1所示。

圖1 某型裝備電氣維修模擬訓練系統軟件組成圖

2.1 系統管理模塊

系統管理模塊用于管理用戶身份信息、使用信息、設置維修故障。信息包括用戶名、密碼、用戶類型、維修訓練時間、維修訓練內容、操作訓練時間、操作訓練內容、考核結果等信息。可以對信息進行記錄、修改、刪除、統計、查詢等操作。該模塊由注冊登錄模塊、記錄模塊、統計查詢模塊、設置維修故障模塊四個子模塊組成。

2.2 維修訓練模塊

維修訓練模塊用于裝備的模擬維修訓練，由模擬維修訓練模塊和故障數據庫模塊組成。

模擬維修訓練模塊利用接口技術，通過單片機控制各分機模擬電路板，根據設定的故障在電路板上產生相應的故障現象，并且對維修結果進行判斷。

故障數據庫模塊用于存儲故障發生的原因、部位、現象等信息。給模擬維修訓練模塊提供故障信息。

2.3 考核評估模塊

考核評估模塊能夠對模擬操作、模擬維修、裝備原理進行考核。能生成整個模擬操作的動作序列，實現操作過程的監控、誤操作的記錄和辨別。能對故障維修計時，對工具使用、裝備維修和技術保障的正確性進行評估。利用試題庫對受訓者進行裝備理論知識考核，給出成績。

2.4 操作訓練軟件

實現對裝備電氣設備模擬訓練操作。

2.5 原理教學軟件

原理教學軟件主要用于武器裝備常見故障部分結構和工作原理查詢。對各部分內容的結構和工作原理綜合采用動畫、視頻、圖片、圖表和文字解說等手段。主要包括武器裝備結構和原理的多媒體自學，常見故障分析等[2]。

3 硬件設計

3.1 教控臺

教控臺用于發布訓練科目；進行理論學習；監控系統訓練過程；記錄訓練和考核評估信息。

教控臺主要用來安裝主控電腦、電源電路和接口裝置等。用來設置故障，并進行數據處理、記錄、分配和轉換等，然后輸送到各模擬設備上，也能進行各種人員信息數據管理、原理教學和訓練考核。各臺位硬件部分外殼采用鋼板沖壓而成，與實裝外形、尺寸完全一致；硬件電路采用單片機技術、數據通信技術來實現，模擬實裝的實際操作方法，同時可以模擬進行電氣部分（各插件板）的故障設置和故障排除。

教控臺用來控制整個系統，進行故障的設置以及各種數據的處理，并產生各種信號送往其他幾部分，接收各部分反饋的信息并進行綜合處理，可以進行考核信息處理。教控臺由顯示器、主機、交換機、電源電路、接口裝置和殼體部分組成，教控臺的外形如圖29所示。采用鋼板沖壓結構，著重從牢固耐用、防塵防銹、防潮散熱、電磁屏蔽、方便維修等幾個方面考慮。

主機采用研華 IPC-610工控機；CPU：X5670；內存：8G DDRⅢ；主板：8XPCI-E。

3.2 某型裝備模塊

用于模擬某型裝備電氣設備，主要包括配電箱、射擊驅動柜、火炮控制柜、隨動配電箱、射控電池箱、隨動驅動柜、炮塔模型等；實現模擬裝置的狀態響應、邏輯關系、設計布局及故障現象與實裝系統一致，并可對電氣系統中繼電器、接觸器、保險管、可更換的電路板、行程開關、按鍵開關、電機及變頻器等故障進行模擬和排除。某型裝備模塊方框圖如圖2所示。

圖2 某型裝備模塊方框圖

外部的配電箱分別給射擊驅動柜、火炮控制柜、隨動配電箱供電，射擊驅動柜又給射控電池箱充電，射控電池箱充電完成后給射擊驅動柜射控變頻器供電，隨動配電箱給隨動驅動柜中的隨動變頻器供電，火炮控制柜可控制炮臺氣閥解鎖，行軍固定器打開，接收高低和方位電機角機反饋信號和限位反饋信號，并控制射擊驅動柜和隨動驅動柜中變頻器的輸出，從而控制炮臺中高低和方位伺服電機的動作，從而控制火炮的運動和射擊。

控制柜主要由工控機、顯示器、控制面板、開關電源、低壓控制箱、控制機、火控接口板等組成。控制柜的顯示器采用CYFLY顯示器，AC220V電源，兩個視頻信號輸入接口：1個DVI接口、1個VGA接口。顯示器大小為17寸，分辨率：1268×1024。工控機采用研華ARK3500系列，采用第三代Core處理器，支持獨立三顯，4×USB3.0，8×COM，支持兩個擴展槽位。低壓控制箱為定制產品，外觀和實裝保持一致，內含PCB功能板，接線引入航插，具有易拆裝等特點。控制機為定制產品，外觀和實裝保持一致，外部航插接入，具有易拆裝等特點。開關電源采用明緯RE系列，該產品性能穩定，具有5V/15V/24V多路輸出，可分別為工控機、火控接口板等供電。接口板為定制產品，該產品采用80C96系列單片機，與工控機采用RS232通訊，控制面板中的DI/DO通過硬接線接入。控制面板外觀與實裝保持一致，由若干按鈕開關、指示燈和船型開關組成，DI/DO信號通過硬接線接入火控接口板中。

隨動驅動柜主要由變頻器、濾波器等組成。濾波器為定制產品，外觀貼近實裝，內部通過端子短接，具有體積小、易拆裝等特點。變頻器選用揚州至德定制變頻器，該產品功能和接口上按照實裝定制，該產品性能可靠，廣泛運用于各類相關項目中。

射擊驅動柜主要由充電機、射控配電板、變頻器等組成。充電機為定制設備，外觀與實裝保持一致，面板上含有電源開關、電壓/電流調節旋鈕、電壓/電流顯示面板、運行及古裝指示燈，可根據需要調節電壓/電流。射控配電板由若干繼電器、接觸器、電阻、熔斷器和變壓器組成，用于控制射控部分加電，控制射控電機按高中低三檔射擊。變頻器選用揚州至德定制變頻器，該產品功能和接口上按照實裝定制，該產品性能可靠，廣泛運用于各類相關項目中。

炮臺主要由開關電源、按鈕、指示燈等組成。炮臺作為終端受控裝置，主要可直觀反應來自于控制柜和驅動柜的射擊控制命令，并集成氣閥控制，供彈藥回路控制。同時也將架位信息，位置反饋信號分別上傳至火炮控制柜中。模擬火炮戰斗動作情況，方便受訓者更好直觀上觀察火炮旋回、俯仰和射擊動作；顯示航行固定器的開鎖解鎖；將位置狀態和反饋信息反饋給火炮控制柜。

受信儀為定制產品，該產品模擬實裝結構設計，增加可視視窗優化，便于調零和維修。

電機選用蘭州電機廠生產的定制電機，該電機具有反應靈敏、體積小、易拆裝等特點，具有過熱保護、缺相保護等功能[3]。

4 結束語

某型裝備電氣維修模擬訓練系統采用半實物模擬的手段，實現電氣設備原理演示、操作訓練、故障設置、故障排除技能訓練和訓練考核評估功能。系統能夠模擬電氣設備的工作狀態，具備設置故障、檢查調整、引導受訓者分析排除故障的功能，能夠解決裝備電氣設備技術保障教學和訓練中所面臨的各種現實問題。