一款飞机电气模拟培训设备的设计

苏锁柱 汪天京 刘一玮 汪锋

摘要：介绍了“飞机电气模拟培训设备”的构成及其在机务人员电气维修技能培训中的作用，该模拟器将技术训练与实际工作无缝衔接，通过理论和实践两个层面的培训，可提高一线机务人员电气工作的技能水平。

关键词：模拟器；培训；电气系统；设计

Keywords：simulator；training；electrical systems；design

0 引言

隨着航空技术的发展，飞机的自动化程度越来越高，更多的系统和设备通过电气系统进行控制及交互，机电一体化设备在航空系统中的占比逐渐加大，且随着民航机队的扩大、机龄的增长，电气系统的故障日益增多。由于民航维修机械与电气专业合并，原机械专业人员转为机电专业后，为应对航班量增长和对运行品质日益严格的要求，亟待提高他们电气方面的工作能力。实际工作中，定检维护中队可结合C检工作，通过执行电子电气工程指令加强电气基本技能的培训，但培训知识点也是有限的；而航线工作基本不具备培训条件，导致维修人员电气基本知识相对贫乏，电气系统维修效率不高。

为了实现机械员电气基本技能培训的目的，设计了一款飞机电气模拟培训设备。

1 开发理念

模拟培训设备的设计关键点是如何模拟真实飞机电气系统的工作状态。培训设备应由多个培训模块构成，各个培训模块既要达到培训的目的，又要满足高度模拟飞机电气系统真实运行过程的要求，通过模拟飞机电气系统的组成和连接，以相对集成、相对简化的方式展示电气原件特性、线路连接特性、系统控制逻辑等。在保证特性和逻辑与真实电气系统相似的同时，具备直接使用常用仪表测量的能力，具备便捷设置故障并表现故障后的系统状态、电气特性的能力。

2 硬件组成

图1为设计完成的飞机电气模拟培训设备，其构成如图2所示，采用的模块包括电源模块、工业HMI人机交互操控模块、IO扩展模块、继电器矩阵模块、外部测量模块。电源模块为整个培训设备提供电源；工业HMI人机交互操控模块通过IO扩展模块进行数据的输入和输出，并控制下游继电器矩阵模块；继电器矩阵模块控制继电器的开关，通过控制电路的通断来构成不同功能的线路；输出接线端子与插孔、插钉构成整个外部测量模块。

3 软件组成

飞机电气模拟培训设备的软件部分采用先进的HTML5语言设计编写。由于工业HMI人机交互操控模块采用5组独立的串口和一路以太网结构，每个串口都支持PLC协议和标准的MODBUS协议，使该设备具有良好的兼容性。通过使用Lightly线上编程软件，选择HTML语言进行项目的程序编码。Lightly语言可以自动检测和生成运行的项目，并通过端口导入至工业HMI人机交互操控设备中，实现不同培训内容的展示及操作。

4 功能展示

4.1 基本功能

整个模拟培训平台分为竞赛模式和训练模式，训练模式分为理论知识功能模块和实践操作功能模块，实践模块又分为模拟原件训练和模拟排故训练，如图3所示。

4.2 基础理论知识模块

理论知识模块中的题库主要由WDM或SSM手册中常见的系统图及标志、日常工作中所需注意的工作事项及排故工程师根据机队发展特点总结的必须掌握的知识构成，共计50题。整个基础理论知识模块内置题目均为选择题（见图4），操作者可直接选择HMI屏幕中的正确选项完成答题。若选择错误，系统将自动显示该题的正确解析，若选择正确，则自动进入下一题。

4.3 实践操作模块

1）模拟原件训练

模拟原件测量，即为拆下或隔离单个原件进行测量，通常为测量该原件的阻值或电压值，以判断原件是否有故障。

图5所示的题目为测量电压，按压屏幕右下部的“转电阻”，IO扩展模块控制电源继电器模块，将其内部电源与整个模拟电路断开，构成测量电阻线路；反之，在图6所示的测量电阻线路中，按压屏幕右下部的“转电压”，IO扩展模块控制电源继电器模块，将电源接入电路，构成测量电压线路。测量点可选数字从0至7，可自动调整其他控制继电器模块，实现不同电路的测量。

操作者可根据屏幕的提示，使用三用表对相应编号的不同测量点进行测量，将测得的实际值与屏幕右侧的正确值进行比较，即可判断操作是否正确。

2）模拟排故训练

飞机电气系统基本构型为执行路和控制路。简单系统可省略控制路，将继电器改为开关直接控制。故障模式基本分为断路和短路两种，如图7所示。操作者通过对线路的测量，判断故障为线路故障还是设备故障。若为线路故障，则需要进一步判断是断路还是短路。

图8所示为一道模拟排故训练题。屏幕上提供的信息是：接通燃油泵，燃油泵不工作。其中，红色字体为外部测量端点与输出接线端子相连构成的整个线路图的外部测量点。屏幕上方提示的“跳开关闭合”表示是否为本电路接入了12V直流外接电源，“燃油泵电门OFF”用于控制燃油泵的开关。操作者根据屏幕提供的信息，使用三用表分别对不同外部测量点进行测量。例如，测量P5-S1，判断跳开关是否为通路；测量P6-S2，判断燃油泵继电器是否吸合；测量P8-P4、P8-S4、S4-P10，判断燃油泵开关是否为通路；测量S2-P7，判断燃油泵是否有供电；测量P10-P4，判断是否接地正常。

通过一系列的测量，得到跳开关后S2-P7之间的阻值为无穷大，闭合跳开关、打开燃油泵电门、S2-P7之间电压为0，因此判断故障为S2-P7之前线路断路所致。

5 总结

飞机电气模拟培训设备具有形象、科学、简易、安全、经济、实效等优点。由于该设备采用开放式系统，可以满足不同机型的训练任务，在后期的开发过程中可以实现多机型共用的效果[1]。

当前飞机航班量不大，飞机故障率较低，该设备的使用可以在日常工作中实现员工培训的目的。

经过为期一年的使用，共完成107人次的培训及考核，其中48人次由一级技术员提升为二级技术员。该设备为机务人员提供了快速便捷的培训方式，达到了设计的目标。

参考文献

[1]董成云.天然气浅冷装置仿真培训与技能考核系统的研究与开发[D].黑龙江：大庆石油学院，2005.