飞机跳开关系统模拟装置及自动配置方法

摘要

本发明涉及一种飞机跳开关系统模拟装置及自动配置方法，装置包括跳开关板模块，N个跳开关板模块通过接口转换器连接到M个开关量控制器上，开关量控制器通过USB总线控制器连接到系统控制器上，跳开关板模块上的开关状态经开关量控制器转换为格式化的开关信息数据包，通过USB总线送入系统控制器，针对特定的应用，每个跳开关都由系统控制器内的自动配置程序完成硬件地址与机型跳开关数据库之间的映射，生成唯一的接口控制文件，根据所连接的硬件，在驱动中将接口控制文件导入后，硬件地址自动转换为逻辑地址和名称，自动配置方法，可在不进行详细线路设计的条件下，仅需在使用前由系统控制器进行一次自动地址分配，即可完成整个模拟装置的线路路由。

说明书

技术领域

本发明涉及飞行模拟、维护模拟、飞机系统仿真验证技术领域，特别涉及一种飞机跳开关系统模拟装置及自动配置方法，实现飞机跳开关系统的实物模拟和线路路由的自动配置，以及飞机故障设置和排故训练。

背景技术

跳开关（Circuit Breaker）是民用飞机上的一种按压式断路器，用于接通和断开飞机上电子电气系统的功率电路。现代大型民用飞机的跳开关安装在统一的跳开关板上，并按照系统功能划分为不同的模块。跳开关板是飞机正常运行和维护的重要工作区域，每一个跳开关的位置由其所属跳开关板编号和自身所处行列位置决定，开关上标注其可通过电流的最大值，对应面板位置标注跳开关名称。不同的机型具有不同的跳开关板结构形式，即使是同一机型的不同飞机，由于出厂批次和系统选装的问题，也会有较大的差异。跳开关板构型的差异在飞机维护手册中由飞机有效性代码来区别。在同一架飞机上，每个跳开关具有唯一的电气设备号。飞机跳开关系统模拟技术是飞行模拟系统、维护模拟系统、飞机系统级仿真验证装置的重点技术。目前，飞机跳开关系统模拟技术主要存在的问题是：

（1）传统的机械式跳开关板模拟装置，采用与飞机上真实跳开关板相同的结构和部件，价格昂贵，点对点连接，线路复杂，实现困难。飞机跳开关板包含跳开关数目众多，以波音737NG飞机为例，仅在驾驶舱内的跳开关板P6板和P18板，共有跳开关665个。一旦根据某架具体飞机确定了系统结构，即难以更改，适用面窄。

（2）纯软件式的跳开关模拟装置，采用触摸屏实现跳开关的模拟。这种方式操作体验较差，难以满足实际飞行和维护模拟训练中需要极强临场代入感的工作要求。

（3）不论是机械式还是纯软件式的跳开关模拟装置，都需要在设计阶段进行繁琐耗时的线路定义和手动路由设计，无法根据任务要求实现自动更改，造成资源的浪费，利用率低。

（4）一个完整的跳开关系统模拟器对很多飞机系统的重点模拟训练或系统验证应用来说，如自动飞行系统模拟训练、通讯导航系统功能验证，是难以得到充分利用的，而单独重新设计专用的跳开关系统模拟器，性价比极低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种飞机跳开关系统模拟装置和自动配置方法，并在此基础上提供一种飞机系统故障设置和排故训练方法。

本发明是通过这样的技术方案实现的：飞机跳开关系统模拟装置，其特征在于，装置包括：N个跳开关板模块，N的数值由飞机本身跳开关板的功能划分决定，用于不同飞机跳开关系统的实物模拟，每个跳开关板模块包括：一个与飞机上对应跳开关板尺寸相同的固定面板；若干个与飞机上对应跳开关板上开关数量相同的跳开关模拟器，每个跳开关模拟器有两个触点；

一个接口转接器，用于对应连接N个跳开关板模块和M个开关量控制器，接口转接器包括若干个DC-40P接口转KF308端子的转接板，通过DC-40P接口分别连接M个开关量控制器（3），通过KF308端子分别连接N个跳开关板模块（1）；

M个所述开关量控制器，每个开关量控制器都具有唯一的八位识别码，其中：1≤M≤255，通过USB总线控制器连接到系统控制器上，用于将跳开关板模块上的开关状态转换为格式化的开关信息数据包；每个开关量控制器通过三个DC-40P接口连接到接口转接器上；

一个USB总线控制器，用于将M个开关量控制器的USB总线接口转换为一条USB总线，并连接到系统控制器上；

一个系统控制器，用于接收来自USB总线控制器的开关信息数据包并解码；所述的系统控制器包括：一个用于整个模拟装置初始配置的自动配置程序；一个用于开关信息数据包接收和硬件地址译码的硬件地址译码器；一个用于存储不同机型跳开关基础数据的机型跳开关数据库；一个用于完成硬件地址与机型跳开关数据库之间自动映射的接口控制文件；一个用于系统维护的线路连接清单；一个用于飞机故障设置的故障配置文件；一个用于飞机故障模拟训练的排故训练系统。

利用所述的飞机跳开关系统模拟装置的自动配置方法，包括按顺序进行的下列步骤：

（1）根据飞机线路手册中的跳开关清单建立机型跳开关系统数据库，数据库参数包括飞机有效性代码、跳开关板编号、跳开关行列位置、跳开关设备号、通过电流、名称、所属飞机系统；

（2）将跳开关板模块上的每个跳开关模拟器触点一端统一接在接口转接器上的公共端，另一端与接口转接器上的信号端子任意连接；

（3）检查飞机跳开关系统模拟装置上所有跳开关都处于闭合状态；

（4）启动自动配置程序，输入所需模拟的飞机的有效性代码，生成本次配置飞机的初级接口控制文件，在机型跳开关系统数据库基础上增加参数列：使用状态、关联采集模块、信号引脚，并根据有效性代码对使用状态参数初始化；

（5）输入待配置的跳开关起始位置和结束位置，确认自动配置开始；

（6）根据系统控制器指令依次拔出硬件面板上的跳开关，由硬件地址译码器自动检测相应开关量的变化并记录、存储，依次建立每一个跳开关硬件地址与逻辑地址间的映射关系，生成接口控制文件，完成第一次配置；

（7）根据系统控制器（5）指令依次闭合硬件面板上的跳开关，对比检查设置的跳开关硬件地址与逻辑地址之间的映射关系是否正确，完成配置复查；

（8）生成对应飞机有效性代码的唯一接口控制文件和线路连接清单；

（9）自动配置结束。

利用所述的飞机跳开关系统模拟装置的故障设置和排故训练方法，包括按顺序进行的下列步骤：

（1）根据飞机维护手册和故障隔离手册建立故障配置文件，参数包括：故障名称、跳开关板编号、跳开关行列位置；

（2）在系统控制器（5）的训练系统中选择故障名称，由故障配置文件自动解析出对应的跳开关板编号和跳开关行列位置，送入对应指定飞机的接口控制文件；

（3）接口控制文件向飞机系统模型输出参数：跳开关设备号、通过电流、名称、所属飞机系统，产生对应故障现象；同时，接口控制文件向训练系统反馈输出：使用状态、关联采集模块、信号引脚，作为目标参数；

（4）由操作人员在跳开关板硬件上按照故障隔离手册执行排故程序，由系统控制器将对应动作转换为输入参数：使用状态、关联采集模块、信号引脚，输入到训练系统，并记录每一次操作；

（5）由训练系统判断输入参数与目标参数是否一致，如果一致则继续步骤（6），否则回到步骤（4）；

（6）由训练系统发出清除故障指令，在飞机系统模型中清除故障现象；

（7）故障设置和排故训练程序结束。

有益效果

本发明提供的飞机跳开关系统模拟装置采用模块式结构，总线连接方式，可根据不同机型要求方便组合，线路简单，易于标准化施工，适用面广。采用实物跳开关模拟器，操作体验优异，很好地满足了实际飞行和维护模拟训练中需要极强临场代入感的工作要求。针对重点模拟训练或系统验证应用需求，不需要单独重新设计专用的跳开关系统模拟器，性价比高。

本发明提供的自动配置方法，不需要在设计阶段进行繁琐耗时的线路定义和手动路由设计，仅需在使用前由系统控制器进行一次自动地址分配，即可完成整个模拟装置的线路路由；可根据任务要求实现自动更改，节约系统资源，利用率高；自动输出整个装置的详细线路连接清单，极大地提高了系统的可维护性。

本发明提供的故障设置和排故训练方法，直接调用逻辑地址，而与硬件地址无关，提高了整个系统的可移植性。

附图说明

图1为本发明提供的飞机跳开关系统模拟装置构成框图；

图2为本发明提供的单个跳开关模拟器分解状态结构图；

图3为本发明提供的单个跳开关模拟器拔出状态结构图；

图4为本发明提供的单个跳开关模拟器闭合状态结构图；

图5为本发明提供的波音737NG飞机跳开关板模拟装置示例结构图；

图6为本发明提供的飞机跳开关系统模拟装置自动配置方法框图；

图7为本发明提供的飞机故障设置和排故训练方法框图。

图中：1. 跳开关板模块，2. 接口转接器，3. 开关量控制器，4. USB总线控制器 ，5.系统控制器，6. 副驾驶跳开关系统模拟装置，7. 机长跳开关系统模拟装置，8.支架。

11.开关体，12. 定位螺帽，13. 适配螺圈 ，14. 跳开关帽；

51.自动配置程序，52.硬件地址译码器，53.机型跳开关数据库，54.接口控制文件，55.线路连接清单，56.故障配置文件，57.排故训练系统。

61. P6-1跳开关板模块，62. P6-2跳开关模块，63. P6-3跳开关板模块，64. P6-4跳开关模块，65. P6-11跳开关板模块,66. P6-12跳开关模块；

71. P18-1跳开关板模块，72. P18-2跳开关模块，73. P18-3跳开关板模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的飞机跳开关模拟装置及自动配置、故障设置和排故训练方法进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的飞机跳开关系统模拟装置包括：

N个跳开关板模块1，N的数值由飞机本身跳开关板的功能划分决定，用于不同飞机跳开关系统的实物模拟，每个跳开关板模块1包括：一个与飞机上对应跳开关板尺寸相同的固定面板；若干个与飞机上对应跳开关板上开关数量相同的跳开关模拟器，跳开关模拟器结构见图2；

每个跳开关模拟器的编号由其在跳开关板模块1上的行列位置确定，如A-F行，01-18列。每个跳开关模拟器有公共端和信号端两个触点，跳跳开关板模块1上的所有公共端都串联在一起作为该模块的公共端，所有信号端单独引出连接到接口转接器2中任意的KF308端子上。

一个接口转接器2，用于对应连接N个跳开关模块1和M个开关量控制器3，包括若干个固定在DIN导轨上的DC-40P接口转KF308端子的转接板，DC-40P接口通过40芯计算机软排线连接开关量控制器3，KF308端子通过单芯导线连接跳开关板模块1。

M个开关量控制器3，每个开关量控制器3都具有唯一的八位识别码，其中1≤M≤255，通过USB总线控制器4连接到系统控制器5上，用于将跳开关板模块1上的开关状态转换为格式化的开关信息数据包并传送到USB总线上。

开关量控制器3，是基于USB总线的数字信号输入/输出多功能控制卡，输入电平兼容TTL和CMOS，包括110路和40路两种型号，输入接口均为DC-40P，信号引脚排列兼容。

110路开关量控制器通过三个DC-40P接口连接到接口转接器2上；40路开关量控制器通过一个DC-40P接口连接到接口转接器2上。

一个USB总线控制器4，用于将M个开关量控制器3的USB总线接口转换为一条USB总线，并连接到系统控制器5上。

一个系统控制器5，用于接收来自USB总线控制器4的开关信息数据包并解码。

所述的系统控制器5的硬件基于工业控制计算机IPC-610，操作系统Windows 7，采用Visual C++ 2008编制程序实现系统控制功能：一个用于整个模拟装置初始配置的自动配置程序51；一个用于开关信息数据包接收和硬件地址译码的硬件地址译码器52；一个用于存储不同机型跳开关基础数据的机型跳开关数据库53；一个用于完成硬件地址与机型跳开关数据库之间自动映射的接口控制文件54；一个用于系统维护的线路连接清单55；一个用于飞机故障设置的故障配置文件56；一个用于飞机故障模拟训练的排故训练系统57。

如图2所示为本发明提供的单个跳开关模拟器分解状态结构。

分解状态下，单个跳开关模拟器包括：一个开关体11，用于模拟飞机跳开关电气特性，拔出时开关断开，按下时开关闭合；一个定位螺帽12，用于调节开关体11和适配螺圈13的相对位置并锁紧；一个适配螺圈13，包括内外双层螺纹，用于开关体11与跳开关帽14的接口适配，适配螺圈13外螺纹与真实跳开关相同，内螺纹与开关体螺纹匹配；一个开关端帽14，用于模拟飞机跳开关端帽，分为黑白两色，白色部分内螺纹连接开关体11。

如图3所示为本发明提供的单个跳开关模拟器拔出状态结构。

跳开关拔出时，开关端帽白色部分露出，指示跳开关处于断开状态； 

如图4所示为本发明提供的单个跳开关模拟器闭合状态结构。

跳开关压下时，开关端帽白色部分不可见，指示跳开关处于闭合状态。

如图5所示为本发明提供的波音737NG飞机跳开关板模拟装置结构示例，包括：

一个机长跳开关系统模拟装置7和一个副驾驶跳开关系统模拟装置6，两部分都安装带滚轮支架，用于移动。机长跳开关系统模拟装置7包括：P18-1跳开关板模块71、P18-2跳开关模块72、P18-3跳开关板模块73。副驾驶跳开关系统模拟装置6包括：P6-1跳开关板模块61、P6-2跳开关模块62、P6-3跳开关板模块63、P6-4跳开关模块64、P6-11跳开关板模块65、P6-12跳开关模块66。因此，所述飞机跳开关系统模拟装置中，跳开关板模块个数N=9。

由机型跳开关基础数据库53可知，机长跳开关系统模拟装置7中：P18-1跳开关板模块71，关联一号导航系统，安装单个跳开关模拟器42个；P18-2跳开关模块72，关联机长仪表、通讯、大气数据系统，安装单个跳开关模拟器59个；P18-3跳开关板模块73，关联客舱和外部灯光、窗户加热、防冰系统，安装单个跳开关模拟器113个。统计共有单个跳开关模拟器214个。

由机型跳开关基础数据库53可知，副驾驶跳开关系统模拟装置6中：P6-1跳开关板模块61，关联副驾驶导航、仪表、大气数据、通讯、旅客广播系统，安装单个跳开关模拟器77个；P6-2跳开关模块6，关联发动机和飞行操纵、自动飞行、内话和防火系统，安装单个跳开关模拟器95个；P6-3跳开关板模块63，关联驾驶舱灯光，燃油和其他系统，安装单个跳开关模拟器108个；P6-4跳开关模块64，关联空调、登机梯控制、交流电源指示系统，安装单个跳开关模拟器108个；P6-11跳开关板模块65，关联一号发电机系统，安装单个跳开关模拟器30个；P6-12跳开关模块66，关联二号发电机和外部电源系统，安装单个跳开关模拟器33个。统计共有单个跳开关模拟器451个。

组合使用110路和40路开关量控制器，需要6个110路开关量控制器和1个40路开关量控制器。因此，所述飞机跳开关系统模拟装置中，开关量控制器个数M=7。开关量控制器识别码设置为00000001~00000111。

接口转接器由6X3+1=19个40DC-40P接口转KF308端子的转接板组成，通过DIN导轨安装在飞机跳开关系统模拟装置中。

机长跳开关系统模拟装置7和副驾驶跳开关系统模拟装置6在机械结构上独立，分别安装一个USB总线控制器4。

系统控制器采用工业控制计算机IPC-610，操作系统Windows7，与机长跳开关系统模拟装置7和副驾驶跳开关系统模拟装置6通过2根USB总线连接。

如图6所示，飞机跳开关系统模拟装置自动配置方法是由系统控制器自动配置程序主导下的人机交互步骤:

（1）配置前准备

根据飞机线路手册中的跳开关清单建立机型跳开关系统数据库，数据库参数包括飞机有效性代码、跳开关板编号、跳开关行列位置、跳开关设备号、通过电流、名称、所属飞机系统。

由操作人员将跳开关板模块上的每个跳开关模拟器触点公共端统一接在接口连接器上的公共端，将每个跳开关模拟器触点信号端与接口连接器上的信号端子任意连接。

检查飞机跳开关系统模拟装置上所有跳开关都处于闭合状态，确认所有跳开关端帽白色部分未露出，硬件地址译码器输出开关状态信息均为0。

（2）初始配置

启动自动配置程序，输入所需模拟的飞机的有效性代码，生成本次配置飞机的初级接口控制文件，在机型跳开关系统数据库基础上增加参数列：使用状态、关联采集模块、信号引脚。根据有效性代码对使用状态参数初始化，该飞机安装的跳开关使用状态参数为1，反之为0。

输入待配置的跳开关起始位置和结束位置，包括跳开关板模块编号和跳开关行列位置编号，如“P6-1板，A10”到“P6-2板，D10”。

自动配置程序根据使用状态参数生成配置激励序列。

（3）建立映射

确认自动配置开始。

由操作人员根据系统控制器的信息和语音指令依次拔出硬件面板上的跳开关，由硬件地址译码器自动检测相应开关量的变化并记录、存储，依次建立每一个跳开关硬件地址与逻辑地址间的映射关系，生成初级接口控制文件，完成第一次配置。

（4）配置检查

根据系统控制器指令依次闭合硬件面板上的跳开关，对比检查设置的跳开关硬件地址与逻辑地址之间的映射关系是否正确，完成配置复查。

生成对应飞机有效性代码的唯一接口控制文件和线路连接清单。

（5）自动配置结束

如图7所示，飞机跳开关系统模拟装置故障设置和排故训练方法，是在自动配置生成接口控制文件的基础上，由系统控制器训练系统主导下的人机交互步骤:

（1）故障设置

根据飞机维护手册和故障隔离手册建立故障配置文件，参数包括：故障名称（Fault）、跳开关板编号（Panel）、跳开关行列位置（Grid），并对所设置故障根据系统归属（ATA）和序号（NO）进行索引，如：

在系统控制器的训练系统中选择故障名称，由故障配置文件自动解析出对应的跳开关板编号和跳开关行列位置，送入对应指定飞机的接口控制文件。

接口控制文件向飞机系统模型输出参数：跳开关设备号、通过电流、名称、所属飞机系统，产生对应故障现象；同时，接口控制文件向训练系统反馈输出：使用状态、关联采集模块、信号引脚，作为目标参数。

（2）排故训练

由操作人员在跳开关板硬件上按照故障隔离手册执行排故程序，由系统控制器将对应动作转换为输入参数：使用状态、关联采集模块、信号引脚，输入到训练系统，并记录每一次操作。

由训练系统参数比较功能判断输入参数与目标参数是否一致，如果不一致则继续等待参数匹配。

当所有参数均匹配时，由训练系统发出清除故障指令，在飞机系统模型中清除故障现象。

（3）故障设置和排故训练程序结束。

根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。