王海辉

(1.装甲兵工程学院　北京　100072)(2.66382部队　涿州　072750)



某型火炮火控系统综合控制箱测试设备的设计研究*

王海辉1,2

(1.装甲兵工程学院北京100072)(2.66382部队涿州072750)

摘要运用虚拟仪器技术和PXI总线技术对某型火炮火控系统综合控制箱检测设备的设计进行了研究。设计的检测设备能够完成对综合控制箱进行部件级的性能检测、故障诊断与模拟、维修支持等功能。

关键词虚拟仪器; 综合控制箱; 测试设备

Design of Test Equipment of the Comprehensive Control Box of A Gun’s Fire Control System

WANG Haihui1,2

(1. The Academy of Armored Forces Engineering, Beijing100072)(2. No. 66382 Troops of PLA, Zhuozhou072750)

AbstractA test equipment is designed for comprehensive control box of certain gun’s fire control system based on PXI bus and virtual instrument technology. This test equipment has the function of performance test, fault diagnosis and simulation, maintenance support for comprehensive control box on component-level.

Key Wordsvirtual instrument, comprehensive control box, test equipment

Class NumberTD679

1引言

火控系统是火炮整体构成的关键与灵魂,在火炮“保证充分发挥火力、提高战场生存能力”[1]等方面发挥着重要的作用。而综合控制箱又是火控系统中的关键部件,能够实现药温测定、引信装定、诸元解算、操瞄调炮等功能,对火控系统正常运行起着重要作用。

现阶段,针对火控系统的各种新型维修设备、电子检测车辆也相继问世并列装,大大提高了对火控系统进行检测的速度和效率,但是,现有设备中多是针对火控系统的通用部件进行检测,专门针对综合控制箱的检测维修设备较少,导致了在对火控系统综合控制箱进行检测的过程中存在检测能力不足、诊断方式单一、伴随保障困难等问题,影响了基层部队在日常训练中对火控系统进行故障检测的效果,也为战时进行快速的故障检测和维修留下了隐患。

本文对火控系统综合控制箱自动测试设备的设计进行了研究,利用了虚拟仪器技术,将精确定位、连续检测、平战结合等理念引入火控系统综合控制箱的检测与故障诊断中,并提出了某型火炮火控系统综合控制箱检测设备的设计方案。

2火控系统综合控制箱测试要求

按照“测试全面、部件诊断、资源共享”的总体原则[2],综合控制箱测试的相关要求主要包括以下几个方面:

1) 全方位测试

要能够模拟指挥控制终端、引信装定器、发火控制器、姿态角传感器、药温测量装置等单体的功能,通过向综合控制箱传送各单体的模拟功能信号,全面测试综合控制箱的系统功能。

2) 无条件诊断

故障诊断要全面、彻底,要尽量减少人工干预环节[3]。诊断过程中,对于相关联的故障,要能够将其关联隔离,不能因为一个故障无法排除而影响下一个可能故障的确定,要能够按照一定逻辑推理将故障定位至所有最小可更换单元。

3) 故障模拟和查询

要能够完成常见故障的模拟,通过故障演示让故障重现,供检测维修人员分析研究和学习借鉴。要能够进行故障诊断记录的查询,为同类故障的诊断、学习以及故障的维修提供支持[4]。

4) 信息共享

随着战场环境和作战理念的更新,网络测试已成为测试系统发展的趋势,实现网络测试指导具有较强的必要性。因此,要预留通信和网络接口,为测试提供串口传输和远程技术服务。

3综合控制箱测试设备的硬件设计

3.1测试设备硬件总体设计

测试设备的硬件由主控计算机、液晶显示器、直流电源、测试仪器资源、信号控制器、适配器和测试电缆组成。测试设备硬件结构组成如图1所示。

图1　测试设备硬件结构组成图

主控计算机是整个测试设备的核心,对各种测试仪器资源进行控制和调用;测试仪器资源通过信号控制器和适配器与综合控制箱进行信号交互;液晶显示器负责测试软件的界面显示,提供友好的人工交互环境;24V直流电源提供主控计算机、显示器、PXI主机、信号控制器和适配器等组件的工作电压以及被测部件的激励电压[5]。

3.2测试设备各硬件单元结构设计

3.2.1主控计算机性能要求

主控计算机实现对各种测试仪器资源的控制和配置,提供测试设备软件运行的硬件平台。技术性能指标要达到如下要求:

1) CPU:双核2.0GHz处理器;

2) 内存:不小于2GB;

3) 内部总线:PCI总线;

4) 硬盘容量:不小于128GB;

5) 显卡:要求其显存不小于128MB,支持的分辨率大小为1024×768dpi;

6) 接口:包括USB口、RS232接口、网络接口等多种借口;

7) 供电:直流24V,整机最大功耗不大于300W;

8) 操作系统:要求标准为Windows XP。

3.2.2测试仪器资源设计

测试仪器资源主要包括PXI机箱,控制模块、数字多用表模块、信号源模块、A/D模块、状态量数字I/O模块、矩阵开关模块、RS232通信模块、CAN通信模块等组成[6]。

控制模块是PXI机箱的核心功能模块,主要用以接收和执行主控计算机指令,实现对测试仪器资源以及其它功能模块的控制和配置;矩阵开关模块用以完成开对关信号、电源信号、激励信号等信号的控制;数字多用表模块用以辅助测试电路板,完成电路板内部各测试点信号的数据采集与分析;A/D采集模块用以完成数据的采集和A/D转换[7];信号源模块用以产生模拟信号源,为实施测试提供条件;状态量数字I/O模块用以输入和输出数字信号以及电源信号和激励信号;RS232接口模块和CAN通信模块分别用以提供RS232串行通信接口和CAN总线通信接口功能。

3.2.3信号控制器设计

信号控制器主要用于测试/激励信号的转接和分配。信号控制器包括控制器主机和信号接口两部分。信号接口用于适配器与测试设备信号转接,并向适配器提供直流24V电源[8]。信号接口包括一个低频模拟信号接口、一个数字/通信信号接口和一个直流输出插座。

3.2.4火控适配器设计

火控适配器是综合控制箱与测试设备的连接者,主要完成全面测试综合控制箱所需各种测试信号的调理和转换[9]。适配器的设计采取集成化和模块化思想,主要由适配器接口、自检电路、隔离调理电路、特殊功能电路和电源电路组成。适配器结构和信号流向如图2所示,其中,特殊功能电路是针对综合控制箱某些特定功能单元的测试。

进行测试时,适配器从信号控制器信号接口引入所需的测试资源,通过主控计算机的测试软件控制综合控制箱的上电测试信号的输入和输出等一系列动作。而后适配器将激励信号经过适当的隔离调理后输出给综合控制箱,产生的测试信号经调理后由A/D采集模块读入PXI计算机进行分析和处理,必要时利用专用电路获取希望输出。测试信号经过计算机分析与处理后,测试设备对相应测试项的状态做出判断,并保存相关的测试数据[10]。

图2　适配器结构和信号流向图

4综合控制箱测试设备的软件设计

在软件设计过程中,要贴合部队实际需求,具有良好的测试界面和人机交互功能。测试功能采用模块化设计,满足操作简单、维护容易的基本要求。同时还需要考虑性能优化及可靠性问题,预设一键恢复和还原功能。

4.1测试软件结构组成

测试软件采用通用化、标准化、模块化设计,综合运用组态软件技术,采用Lab Windows/CVI开放式平台和“测试功能模块+数据库”的结构形式,使测试功能模块和数据库相对独立,这样一方面使程序结构得到了优化,提高了编程效率;另一方面便于测试功能模块的添加和数据库的管理与维护[11]。

测试软件主要包括用户界面、测试主程序、数据采集模块、系统自检模块、仪器驱动模块、串口通信模块、记录查询模块、数据库、数据库管理软件以及测试与模拟功能模块,测试软件的总体框架如图3所示。

图3　测试软件总体框架图

测试软件设计是一项整体工程,但其中各个结构又相对独立,有着各自的功能和任务。用户界面主要完成用户对测试设备的使用操作,便于实现人机交互。测试主程序主要完成测试功能的选择。数据采集模块主要完成数据实时采集和动态存储。系统自检模块主要检测测试设备的本身电源电压、测试通道以及系统运行状态是否正常。仪器驱动模块主要是完成对硬件系统的驱动,使硬件系统能够发挥正常功能。串口通信模块主要实现两种功能,一种是与火控计算机和控制终端进行信息交互,完成对部件的测试[12];另一种是与外部设备进行信息交互,完成文件的发送与接收。记录查询模块主要是提供历史查询功能。数据库及数据库管理模块是软件操作和各个功能得以实现的基础,能够进行数据的存储、处理和管理。

测试功能模块具有模块化的特征,测试功能模块间具有独立性,不相互干扰,因此便于添加新的测试功能模块,满足对装备测试的需要和测试功能的扩展。每个测试功能模块又包括部件检测模块、故障诊断模块、故障模拟模块等。

4.2软件测试流程

利用本测试设备对综合控制箱进行测试时,首先进行准备工作,将与被测对象相对应的适配器和测试设备进行连接,开机进行用户登录或者注册,若是新用户,可以注册后重新登录,而后系统进行初始化。初始化过程中,系统要进行自检。自检完毕后选择测试的车辆,进入测试主界面。接下来系统进行适配器的识别,识别通过后选取项目并进行测试,得到结果后进行处理与保存,完成以上环节后进入接下来的测试项目,软件测试的主要流程如图4所示。

4.3测试软件界面设计

软件界面主要包括主界面、自检界面、项目检测界面、故障诊断界面、故障模拟界面和记录查询界面等。

主界面设计直观简约,共设计系统自检、项目检测、故障诊断、故障模拟和记录查询五大功能选择,同时附有相关提示信息,如检测目的、装备图片、装备信息等。项目检测界面设计了相关功能模块的调用接口,如部件检测、信息存储、故障诊断等,其中部件测试模块采用测试项目与测试面板一一对应的模式,使得检测内容类别清晰、层次分明。故障诊断界面设计了两类诊断方式,分别为指导诊断和现场诊断,满足手工输入和检测结果故障的诊断,达到了方便快捷的目的。故障模拟界面设计了三种模拟故障,即短路故障、断路故障和参数故障。

5结语

针对现有检测设备在进行火控系统综合控制箱检测过程中存在的困难和问题,本文利用虚拟仪器技术设计了面向某型火炮火控系统综合控制箱的自动测试设备。该设计采用了开放式平台结构,能够对火控系统综合控制箱进行部件级层次的性能检测、故障诊断与模拟、维修支持。该设计具有专业化、易操作、易携带、高效率、连续检测等优点。

参 考 文 献

[1] 王厚铿,王俊刚,孙勇.军用自动测试系统(Ats)技术综述[J].航空科学技术,2006,41(5):42-44.

WANG Houqiang, WANG Jungang, SUN Yong. Technology Overview of Military Automatic Test System(Ast)[J]. Aviation Science and Technology,2006,41(5):42-44.

[2] 朱竞夫,赵碧君,王钦钊.现代火箭炮火控系统[M].北京:国防工业出版社,2003:1-9.

ZHU Jinfu, ZHAO Bijun, WANG Qinzhao. Modern Rocket Fire Control System[M]. Beijing: National Defence Industry Press,2003:1-9.

[3] 周启煌,常天庆,等.战车火控系统与指控系统[M].北京:国防工业出版社,2003:1-17.

ZHOU Qihuang, CHANG Tianqing, et al. Fire Control System and Command System of The Tank[M]. Beijing: National Defence Industry Press,2003:1-17.

[4] 廖开俊,刘志飞.虚拟仪器技术综述[J].国外电子测量技术,2006,25(2):6-8.

LIAO Kaijun, LIU Zhifei. Overview of Virtual Instrument Technology[J]. Foreign Electronic Measurement Technology,2006,25(2):6-8.

[5] 朱旖,杜建军.国外军用电子自动测试系统发展综述[J].电子测量技术,2008,31(8):1-3.

ZHU Yi, DU Jianjun. Development of Foreign Electronic Automatic Test System[J]. Electronic Measurement Technology,2008,31(8):1-3.

[6] 于劲松,李行善.美国军用自动测试系统的发展趋势[J].测控技术,2001,20(12):1-3.

YU Jinsong, LI Xingshan. The Development Trend of the US Military Automatic Test System[J]. Measurement and Control System,2001,20(12):1-3.

[7] 于劲松,李行善.下一代自动测试系统体系结构与关键技术[J].计算机测量与控制,2005(1):1-3.

YU Jinsong, LI Xingshan. The Architecture and Key Technology of The Next Generation of Automatic Test System[J]. Computer Measurement and Control,2005(1):1-3.

[8] 巫景燕,余小华.军用航空电子自动测试系统的发展[J].直升机技术,2007(1):58-61.

WU Jingyan, YU Xiaohua. The Development of Military Aviation Electronic Automatic Test System[J]. Helicopter Technology,2007(1):58-61.

[9] 张敏,张劼,张宗麟.军用自动测试系统的发展及关键技术[J].航空维修与工程,2005(2):49-51.

ZHANG Min, ZHANG Jie, ZHANG Zonglin. The Development and Key Technology of Military Automatic Test System[J]. Aviation Maintenance and Engineering,2005(2):49-51.

[10] 杜里,张其善.电子装备自动测试系统发展综述[J].计算机测量与控制,2009,17(6):1019-1021.

DU Li, ZHANG Qishan. Overview of the Development of Electronic Equipment Automatic Test System[J]. Computer Measurement and Control,2009,17(6):1019-1021.

[11] 张劼,景博.军用网络化测试技术探究[J].微计算机信息,2003,19(7):38-39.

ZHANG Jie, JING Bo. Recarch On Military Network Test Technology[J]. Micro Computer Information,2003,19(7):38-39.

[12] 韩庆田,卢洪义,杨兴根.军用装备测试性技术发展趋势分析[J].仪器仪表学报,2006,27(6):364-366.

HAN Qingtian, LU Hongyi, YANG Xinggen. The Development Trend of Military Equipment Testing Technology[J]. Journal of Instrument and Meter,2006,27(6):364-366.

中图分类号TD679

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.03.018

作者简介:王海辉,男,硕士研究生,研究方向:自动检测及故障诊断。

收稿日期:2015年9月4日,修回日期:2015年10月21日