一款飛機(jī)電氣模擬培訓(xùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)

蘇鎖柱 汪天京 劉一瑋 汪鋒

摘要：介紹了“飛機(jī)電氣模擬培訓(xùn)設(shè)備”的構(gòu)成及其在機(jī)務(wù)人員電氣維修技能培訓(xùn)中的作用，該模擬器將技術(shù)訓(xùn)練與實(shí)際工作無縫銜接，通過理論和實(shí)踐兩個(gè)層面的培訓(xùn)，可提高一線機(jī)務(wù)人員電氣工作的技能水平。

關(guān)鍵詞：模擬器；培訓(xùn)；電氣系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

Keywords：simulator；training；electrical systems；design

0 引言

隨著航空技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)的自動(dòng)化程度越來越高，更多的系統(tǒng)和設(shè)備通過電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制及交互，機(jī)電一體化設(shè)備在航空系統(tǒng)中的占比逐漸加大，且隨著民航機(jī)隊(duì)的擴(kuò)大、機(jī)齡的增長，電氣系統(tǒng)的故障日益增多。由于民航維修機(jī)械與電氣專業(yè)合并，原機(jī)械專業(yè)人員轉(zhuǎn)為機(jī)電專業(yè)后，為應(yīng)對航班量增長和對運(yùn)行品質(zhì)日益嚴(yán)格的要求，亟待提高他們電氣方面的工作能力。實(shí)際工作中，定檢維護(hù)中隊(duì)可結(jié)合C檢工作，通過執(zhí)行電子電氣工程指令加強(qiáng)電氣基本技能的培訓(xùn)，但培訓(xùn)知識點(diǎn)也是有限的；而航線工作基本不具備培訓(xùn)條件，導(dǎo)致維修人員電氣基本知識相對貧乏，電氣系統(tǒng)維修效率不高。

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械員電氣基本技能培訓(xùn)的目的，設(shè)計(jì)了一款飛機(jī)電氣模擬培訓(xùn)設(shè)備。

1 開發(fā)理念

模擬培訓(xùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)是如何模擬真實(shí)飛機(jī)電氣系統(tǒng)的工作狀態(tài)。培訓(xùn)設(shè)備應(yīng)由多個(gè)培訓(xùn)模塊構(gòu)成，各個(gè)培訓(xùn)模塊既要達(dá)到培訓(xùn)的目的，又要滿足高度模擬飛機(jī)電氣系統(tǒng)真實(shí)運(yùn)行過程的要求，通過模擬飛機(jī)電氣系統(tǒng)的組成和連接，以相對集成、相對簡化的方式展示電氣原件特性、線路連接特性、系統(tǒng)控制邏輯等。在保證特性和邏輯與真實(shí)電氣系統(tǒng)相似的同時(shí)，具備直接使用常用儀表測量的能力，具備便捷設(shè)置故障并表現(xiàn)故障后的系統(tǒng)狀態(tài)、電氣特性的能力。

2 硬件組成

圖1為設(shè)計(jì)完成的飛機(jī)電氣模擬培訓(xùn)設(shè)備，其構(gòu)成如圖2所示，采用的模塊包括電源模塊、工業(yè)HMI人機(jī)交互操控模塊、IO擴(kuò)展模塊、繼電器矩陣模塊、外部測量模塊。電源模塊為整個(gè)培訓(xùn)設(shè)備提供電源；工業(yè)HMI人機(jī)交互操控模塊通過IO擴(kuò)展模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和輸出，并控制下游繼電器矩陣模塊；繼電器矩陣模塊控制繼電器的開關(guān)，通過控制電路的通斷來構(gòu)成不同功能的線路；輸出接線端子與插孔、插釘構(gòu)成整個(gè)外部測量模塊。

3 軟件組成

飛機(jī)電氣模擬培訓(xùn)設(shè)備的軟件部分采用先進(jìn)的HTML5語言設(shè)計(jì)編寫。由于工業(yè)HMI人機(jī)交互操控模塊采用5組獨(dú)立的串口和一路以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)串口都支持PLC協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議，使該設(shè)備具有良好的兼容性。通過使用Lightly線上編程軟件，選擇HTML語言進(jìn)行項(xiàng)目的程序編碼。Lightly語言可以自動(dòng)檢測和生成運(yùn)行的項(xiàng)目，并通過端口導(dǎo)入至工業(yè)HMI人機(jī)交互操控設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)不同培訓(xùn)內(nèi)容的展示及操作。

4 功能展示

4.1 基本功能

整個(gè)模擬培訓(xùn)平臺分為競賽模式和訓(xùn)練模式，訓(xùn)練模式分為理論知識功能模塊和實(shí)踐操作功能模塊，實(shí)踐模塊又分為模擬原件訓(xùn)練和模擬排故訓(xùn)練，如圖3所示。

4.2 基礎(chǔ)理論知識模塊

理論知識模塊中的題庫主要由WDM或SSM手冊中常見的系統(tǒng)圖及標(biāo)志、日常工作中所需注意的工作事項(xiàng)及排故工程師根據(jù)機(jī)隊(duì)發(fā)展特點(diǎn)總結(jié)的必須掌握的知識構(gòu)成，共計(jì)50題。整個(gè)基礎(chǔ)理論知識模塊內(nèi)置題目均為選擇題（見圖4），操作者可直接選擇HMI屏幕中的正確選項(xiàng)完成答題。若選擇錯(cuò)誤，系統(tǒng)將自動(dòng)顯示該題的正確解析，若選擇正確，則自動(dòng)進(jìn)入下一題。

4.3 實(shí)踐操作模塊

1）模擬原件訓(xùn)練

模擬原件測量，即為拆下或隔離單個(gè)原件進(jìn)行測量，通常為測量該原件的阻值或電壓值，以判斷原件是否有故障。

圖5所示的題目為測量電壓，按壓屏幕右下部的“轉(zhuǎn)電阻”，IO擴(kuò)展模塊控制電源繼電器模塊，將其內(nèi)部電源與整個(gè)模擬電路斷開，構(gòu)成測量電阻線路；反之，在圖6所示的測量電阻線路中，按壓屏幕右下部的“轉(zhuǎn)電壓”，IO擴(kuò)展模塊控制電源繼電器模塊，將電源接入電路，構(gòu)成測量電壓線路。測量點(diǎn)可選數(shù)字從0至7，可自動(dòng)調(diào)整其他控制繼電器模塊，實(shí)現(xiàn)不同電路的測量。

操作者可根據(jù)屏幕的提示，使用三用表對相應(yīng)編號的不同測量點(diǎn)進(jìn)行測量，將測得的實(shí)際值與屏幕右側(cè)的正確值進(jìn)行比較，即可判斷操作是否正確。

2）模擬排故訓(xùn)練

飛機(jī)電氣系統(tǒng)基本構(gòu)型為執(zhí)行路和控制路。簡單系統(tǒng)可省略控制路，將繼電器改為開關(guān)直接控制。故障模式基本分為斷路和短路兩種，如圖7所示。操作者通過對線路的測量，判斷故障為線路故障還是設(shè)備故障。若為線路故障，則需要進(jìn)一步判斷是斷路還是短路。

圖8所示為一道模擬排故訓(xùn)練題。屏幕上提供的信息是：接通燃油泵，燃油泵不工作。其中，紅色字體為外部測量端點(diǎn)與輸出接線端子相連構(gòu)成的整個(gè)線路圖的外部測量點(diǎn)。屏幕上方提示的“跳開關(guān)閉合”表示是否為本電路接入了12V直流外接電源，“燃油泵電門OFF”用于控制燃油泵的開關(guān)。操作者根據(jù)屏幕提供的信息，使用三用表分別對不同外部測量點(diǎn)進(jìn)行測量。例如，測量P5-S1，判斷跳開關(guān)是否為通路；測量P6-S2，判斷燃油泵繼電器是否吸合；測量P8-P4、P8-S4、S4-P10，判斷燃油泵開關(guān)是否為通路；測量S2-P7，判斷燃油泵是否有供電；測量P10-P4，判斷是否接地正常。

通過一系列的測量，得到跳開關(guān)后S2-P7之間的阻值為無窮大，閉合跳開關(guān)、打開燃油泵電門、S2-P7之間電壓為0，因此判斷故障為S2-P7之前線路斷路所致。

5 總結(jié)

飛機(jī)電氣模擬培訓(xùn)設(shè)備具有形象、科學(xué)、簡易、安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)效等優(yōu)點(diǎn)。由于該設(shè)備采用開放式系統(tǒng)，可以滿足不同機(jī)型的訓(xùn)練任務(wù)，在后期的開發(fā)過程中可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)型共用的效果[1]。

當(dāng)前飛機(jī)航班量不大，飛機(jī)故障率較低，該設(shè)備的使用可以在日常工作中實(shí)現(xiàn)員工培訓(xùn)的目的。

經(jīng)過為期一年的使用，共完成107人次的培訓(xùn)及考核，其中48人次由一級技術(shù)員提升為二級技術(shù)員。該設(shè)備為機(jī)務(wù)人員提供了快速便捷的培訓(xùn)方式，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]董成云.天然氣淺冷裝置仿真培訓(xùn)與技能考核系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].黑龍江：大慶石油學(xué)院，2005.