Nghiên cứu xây dựng phần mềm giám sát, nạp thông số điều khiển pháo AK176M trên các dòng tàu chiến hiện đại - Trần xuân Kiên

Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 11 - 2018 235 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM GIÁM SÁT, NẠP THÔNG SỐ ĐIỀU KHIỂN PHÁO AK176M TRÊN CÁC DÒNG TÀU CHIẾN HIỆN ĐẠI Trần Xuân Kiên1*, Đoàn Minh Định2, Phạm Xuân Trầm3, Hoàng Đình Doàn3 Tóm tắt: Bài báo trình bày việc khảo sát hệ thống pháo AK176M trên các dòng tàu chiến hiện đại, sử dụng phương pháp thiết kế ngược, ngôn ngữ lập trình C++ Builder để thiết kế, xây dựng phần mềm kiểm tra, giám sát, phát hiện hỏng hóc và nạp thông số điều khiển pháo AK176M (phần mềm giám sát-nạp thông số), thử nghiệm và đưa phần mềm vào sử dụng tại các đơn vị phục vụ sẵn sàng chiến đấu . Từ khóa: Phần mềm kiểm tra; Giám sát; Phát hiện hỏng hóc và nạp thông số điều khiển pháo AK176M; Pháo AK176M; Ngôn ngứ lập trình C++ Builder. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Các phần mềm giám sát, phát hiện hỏng hóc nói chung đều được thiết kế và sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, giao thông vận tải, Điển hình trong sản xuất và sửa chữa ô tô hiện đại của các nước Mỹ, Nhật, có sử dụng các phần mềm kiểm tra phát hiện hỏng hóc. Trong các xe đời mới có hệ thống OBD (On - Board Diagnostics) cụm từ này được dịch là “Hệ thống chuẩn đoán trên xe”, về bản chất, OBD là một hệ thống máy tính nhỏ có thể ghi nhận, lưu trữ và cho phép ta nhận biết một cách dễ dàng các lỗi liên quan tới việc điều khiển động cơ, đặc biệt là các lỗi liên quan tới sự hình thành hỗn hợp nhiên liệu – không khí và các thiết bị kiểm soát khí thải. Để xác định chính xác vị trí, nguyên nhân của lỗi cũng như các lỗi lưu trữ trong bộ nhớ, người ta thường sử dụng thiết bị chuyên dùng kết nối với OBD thông qua ổ giắc kiểm tra gắn trên xe. Một cách thức nữa để tiếp cận với hệ thống OBD là việc sử dụng các phần mềm kiểm tra. Với phần mềm chuyên dụng, sẽ không cần phải trang bị thiết bị kiểm tra chuyên dùng mà có thể sử dụng ngay một chiếc máy tính xách tay thông dụng (Notebook). Trong quân sử các tàu có trang bị pháo AK176M là thế hệ tàu chiến mới, hiện đại, tổ hợp pháo AK-176M là loại pháo hạng nặng, sử dụng máy tính để điều khiển (như trên hình vẽ 1, Bộ ghép nối và Bộ điều khiển (có chức năng của OBD) đều là các máy tính quân sự), sử dụng nguyên lý động học mới, để sát thương các mục tiêu trên không, trên biển và mục tiêu nhìn thấy trên bờ. Hệ thống điều khiển giúp pháo tự động ổn định trên mặt biển, ngắm bắn đúng thẳng vào mục tiêu dù cho tàu dập dềnh, dao động gây ra bởi sóng biển. Hệ thống có thể thực hiện điều khiển pháo từ ra đa MP123, hay hệ thống bám quang điện tử hiện đại. Tuy nhiên qua quá trình sử dụng xuất hiện hỏng hóc thuộc hệ thống điều khiển và truyền động, bộ phận truyền tiếp đạn của pháo AK-176M. Đây là hệ thống phức tạp, việc điều khiển truyền động thủy lực ổn định pháo, điều khiển cấp đạn sử dụng bộ điều khiển số, dạng máy tính quân sự, không có chuyển giao công nghệ, không có ZIP dự trữ thay thế. Vì vậy mỗi lần hỏng hóc phải nhờ chuyên gia nước ngoài sửa Công nghệ thông tin T. X. Kiên, , H. Đ. Doàn, “Nghiên cứu xây dựng phần mềm tàu chiến hiện đại.” 236 chữa, gây khó khăn cho công tác đảm bảo kỹ thuật phục vụ SSCĐ của đơn vị. Khi chuyên gia nước ngoài sang kiểm tra, hiệu chỉnh, sửa chữa tổ hợp pháo AK176M họ sử dụng máy tính laptop chuyên dụng (trên hình 1 gọi là Máy tính chuyên dụng: máy tính xách tay chuẩn công nghiệp cài đặt các phần mềm kiểm tra và các phần mềm chuyên dụng khác). Nhờ các phần mềm giám sát, phát hiện hỏng hóc chuyên gia nhanh chóng thực hiện việc hiệu chỉnh, kiểm tra và khoanh vùng hỏng hóc để sửa chữa. Hình 1. Sơ đồ hệ thống điều khiển pháo AK176M hiện đại. Khi chuyên gia nước ngoài sang kiểm tra, hiệu chỉnh, sửa chữa tổ hợp pháo AK176M họ sử dụng máy tính laptop chuyên dụng (trên hình 1 gọi là Máy tính chuyên dụng: máy tính xách tay chuẩn công nghiệp cài đặt các phần mềm kiểm tra và các phần mềm chuyên dụng khác). Nhờ các phần mềm giám sát, phát hiện hỏng hóc chuyên gia nhanh chóng thực hiện việc hiệu chỉnh, kiểm tra và khoanh vùng hỏng hóc để sửa chữa. Các chương trình phần mềm trên Máy tính chuyên dụng trong đó có phần mềm giám sát và phát hiện hỏng hóc, nạp thông số điều khiển phía đối tác không chuyển giao, nên rất khó khăn cho việc làm chủ công nghệ, tìm hiểu về hệ thống điều khiển pháo, cũng như khó khăn (hay hoàn toàn không có khả năng) hiệu chỉnh, sửa chữa khi có hỏng hóc, để đảm bảo trang bị phục vụ sẵn sàng chiến đấu. Với hệ thống pháo AK176M là hệ thống cơ - điện – thủy lực – khí nén phức tạp, dùng bộ điều khiển là máy tính số, lại không được chuyển giao các phần mềm kiểm tra và hiệu chỉnh đi kèm gây ra rất nhiều khó khăn trong việc làm chủ vũ khí, khí tài công nghệ cao, việc khắc phục hỏng hóc, đảm bảo trang thiết bị ở trạng thái SSCĐ cũng trở nên rất khó khăn. Chính vì vậy vấn đề đặt ra là khảo sát kỹ hệ thống pháo AK176M, từ đó làm chủ từng phần từ dễ đến khó, trong đó có việc cấp Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 11 - 2018 237 thiết là phải thiết kế phần mềm kiểm tra, giám sát, phát hiện hỏng hóc và nạp thông số điều khiển cho pháo AK176M tương tự như phần mềm của nước ngoài. Được sự hỗ trợ từ Sở khoa học công nghệ thành phố Hồ Chí Minh, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc xây dựng phần mềm giám sát, phát hiện hỏng hóc và nạp thông số điều khiển cho pháo AK176M. Sản phẩm đang được dùng thử nghiệm và đã có những đánh giá về hiệu quả của phần mềm tại các đơn vị. Thực hiện các công việc trên và kết quả sẽ được trình bày chi tiết trong bài báo. Trong phần 2 của bài báo trình bày quá trình khảo sát về truyền thông giữa máy tính điều khiển pháo và phần mềm giám sát - nạp thông số hệ thống pháo AK176M, phần 3 thiết kế, xây dựng phần mềm, Phần 4 là kết luận. II. KHẢO SÁT VỀ TRUYỀN THÔNG GIỮA MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN PHÁO AK176M VÀ PHẦN MỀM GIÁM SÁT-NẠP THÔNG SỐ ĐIỀU KHIỂN 2.1. Khảo sát về hệ thống máy tính điều khiển pháo AK176M. Trong khối điều khiển (khối BU) của hệ thống pháo AK176M thực hiện điều khiển truyền động bám hệ thống pháo theo tầm, hướng và điều khiển thực hiện bắn. Thực hiện truyền thông với máy tính chuyên dụng thông qua phần mềm kiểm tra giám sát, phát hiện hỏng hóc, nạp thông số điều khiển pháo AK176M (gọi tắt là phần mềm kiểm tra), thực hiện: Truyền thông tin trạng thái của pháo, tham số điều khiển tới phần mềm kiểm tra; Nhận các tham số điều khiển cần thay đổi từ phần mềm kiểm tra. Sơ đồ chức năng bộ điều khiển được thể hiện trên hình 2. Hình 2. Sơ đồ chức năng bộ điều khiển BU pháo AK176M. Công nghệ thông tin T. X. Kiên, , H. Đ. Doàn, “Nghiên cứu xây dựng phần mềm tàu chiến hiện đại.” 238 Máy tính chuyên dụng chứa phần mềm giám sát, phát hiện hỏng và nạp thông số điều khiển kết nối với hệ thống điều khiển truyền động pháo AK176M thông qua giắc X8, máy tính chuyên dụng, phần mềm kiểm tra không được trang bị trong hệ thống AK176M. Bảng các chữ viết tắt: A2 Các van xả và van hồi dầu thủy lực kênh hướng A3 Các van xả và van hồi dầu thủy lực kênh tầm M1 Động cơ thủy lực kênh hướng M2 Động cơ thủy lực kênh tầm A6 Cảm biến áp suất kênh hướng A8 Cảm biến áp suất kênh tầm A7 Cảm biến áp suất kênh hướng A9 Cảm biến áp suất kênh tầm ДПТ Biến thế quay ДУС Cảm biến tốc độ góc АЦПВТ- ГО Bộ biến đổi sin-cos dạng số - dạng thô АЦПВТ- ТО Bộ biến đổi sin-cos dạng số - dạng tinh ПП-ГН Bộ nhận kênh hướng ПП-ВН Bộ nhận kênh tầm ОУ-ГН Thiết bị giới hạn kênh hướng ОУ-ВН Thiết bị giới hạn kênh tầm ДС-ГН Cảm biến tốc độ - kênh hướng ДС-ВН Cảm biến tốc độ - kênh tầm BY Khối điều khiển PS Khối ghép nối Trên khối BU có 08 cổng kết nối vào ra từ X1 – X8. Trong đó X8 nối với Máy tính chuyên dụng, thông qua phần mềm kiểm tra thực hiện hiển thị thông tin trạng thái của pháo, kiểm tra và nạp thông số điều khiển pháo. 2.2. Dựng mô hình máy tính điều khiển pháo trong phòng thí nghiệm để phân tích gói tin và thử nghiệm Khối máy tính điều khiển pháo AK176M trong phòng thí nghiệm là sản phẩm do nhóm nghiên cứu xây dựng, khối máy tính điều khiển được mua theo đúng chuẩn như trên tàu chiến, được nhóm nghiên cứu cấu hình, nạp chương trình điều khiển tương tự như máy tính điều khiển pháo AK176M trên tàu chiến theo thiết kế của nước ngoài có tại các đơn vị. Đây là sản phẩm trung gian, nhờ đó có thể tái tạo lại khung cấu trúc tín hiệu vào/ ra từ bộ điều khiển AK176M, để phân tích và bắt gói tin, mặt khác có thể thực hiện kiểm tra từng phần cũng như tổng thể bộ phần mềm cần thiết kế. 2.3. Bắt và phân tích các gói tin Nhóm nghiên cứu thực hiện bắt, phân tích gói thông tin truyền ra từ máy tính trong hệ thống pháo AK176M. Sử dụng phương pháp thực nghiệm thử _ hiệu Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 11 - 2018 239 chỉnh, (giả thiết – thử nghiệm và hiệu chỉnh): thực hiện phân tích, khảo sát, tái tạo, làm sáng tỏ giao thức truyền thông, lặp lại các thử nghiệm, giả thiết và kiểm tra lại cấu trúc xắp xếp và khung truyền gói tin. Sử dụng phương pháp thực nghiệm mô hình: Sau khi bắt, phân tích cần thử nghiệm kiểm tra khung truyền tin với khối BY thiết kế trong phòng thí nghiệm (với khối BY rút gọn). Phương pháp phân tích và xử lý: thực hiện phân tích mẫu gói tin nhận qua cổng truyền thông nối tiếp, nhờ phần mềm chuyên dụng bắt và lưu gói tin Đặt tốc độ baud rate 115200, số bít start: 01, số bít stop: 01, kiểm tra chẵn lẻ: Không, sử dụng phần mềm bắt gói thông tin truyền thông qua cổng nối tiếp. [10:01:31 100] 0D 0A 20 56 20 50 34 31 3D 30 2E 30 30 30 30 0D 0A 20 56 20 50 34 32 3D 30 2E 30 30 30 30 0D 0A 20 56 20 50 34 33 3D 30 2E 30 30 30 30 0D 0A 20 56 20 50 34 34 3D 30 2E 30 30 30 30 10 41 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 91 29 0A 94 26 10 03 10 42 00 08 00 08 00 10 03 10 43 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 44 00 00 00 00 10 03 10 45 00 00 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 46 00 00 00 00 00 10 03 10 47 00 00 00 00 00 10 03 10 48 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 49 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 4A 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 4B 00 00 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 4C 00 00 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 4D 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 40 00 00 10 03 10 41 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 91 29 0A 94 26 10 03 10 42 D3 07 0E 08 D2 10 03 10 43 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 10 03 10 44 00 00 00 00 10 03 10 45 00 00 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 46 91 29 0A 94 26 10 03 10 47 00 00 00 00 00 10 03 10 48 30 05 40 00 FF 0F 85 10 03 10 49 0A 0C AD 0D F2 06 91 06 CE 03 00 00 55 00 0A F9 00 00 00 00 00 00 00 00 FF FF CE 03 9C FF 00 00 00 80 6D F4 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 1E F6 F1 10 03 10 4A 78 02 09 09 01 01 7A 10 03 10 4B 00 00 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 4C 00 00 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 4D 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 40 00 00 10 03 10 41 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 91 29 0A 94 26 10 03 10 42 D3 07 0E 08 D2 10 03 10 43 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 10 03 10 44 00 00 00 00 10 03 10 45 00 00 00 00 00 00 00 00 00 10 03 10 46 91 29 0A 94 26 10 03 10 47 00 00 00 00 00 10 03 10 48 30 05 40 00 FF 0F 85 10 03 10 49 0A 0C AD 0D F2 06 91 Các tham số, các trạng thái truyền thông kiểm tra, các lệnh trong hệ thống pháo AK176M. 2.3.1. Phân loại các gói tin nhận từ khối điều khiển pháo BU Thực hiện phân tích nhóm nghiên cứu xac định có các nhóm gói tin đưa ra từ khối BU như sau: gói tin Trạng thái đầu vào tương tự; Trạng thái đầu ra tương tự, Công nghệ thông tin T. X. Kiên, , H. Đ. Doàn, “Nghiên cứu xây dựng phần mềm tàu chiến hiện đại.” 240 Trạng thái đầu vào số, Trạng thái đầu ra số Trạng thái đầu vào tương tự truyền theo các kênh, Trạng thái đầu ra tương tự truyền theo các kênh, Trạng thái đầu vào số truyền theo các kênh, Trạng thái đầu ra số truyền theo các kênh, Trạng thái các điểm kiểm tra tương tự, Trạng thái các điểm kiểm tra số. 2.3.2. Cấu trúc địa chỉ các gói tin và số byte trong gói tin nhận từ BU Sau khi phân tích nhóm nghiên cứu xác định được cấu trúc gói tin và xây dựng các hàm bắt gói tin trong chương trình như tại mục 3 dùng hàm TExMessage (0xAD,n,true), trong đó AD là địa chỉ gói tin, n+1 là số byte thuộc gói tin. pmsAPI = new TExMessage (0x041, 36, true ); pmsAPO = new TExMessage (0x042, 4, true ); pmsDPI = new TExMessage (0x043, 9, true ); pmsDPO = new TExMessage (0x044, 3, true ); pmsACI = new TExMessage (0x045, 8, true ); pmsACO = new TExMessage (0x046, 4, true ); pmsDCI = new TExMessage (0x047, 4, true ); pmsDCO = new TExMessage (0x048, 6, true ); pmsACP = new TExMessage (0x049, 48, true ); pmsDCP = new TExMessage (0x04A, 6, true ); pms_ACK_SYS_PRM = new TExMessage(0x04B, 8, true); pms_ACK_FUG_PRM = new TExMessage(0x04C, 8, true); pms_STT_FUG = new TExMessage(0x04D, 6, true); pmc_CMD_SYS_PRM = new TExMessage(0x02B, 8, true); pmc_CMD_FUG_PRM = new TExMessage(0x02C, 8, true); pmc_CMD_FUG = new TExMessage(0x02D, 6, true). III. THIẾT KẾ PHẦN MỀM GIÁM SÁT VÀ NẠP THÔNG SỐ ĐIỀU KHIỂN PHÁO AK176M 3.1. Chức năng của phần mềm Kết nối với khối điều khiển pháo (khối BU) thông qua cổng nối tiếp, thực hiện: - Kiểm tra, giám sát: + Hiển thị và giám sát hệ thống cấp đạn, kiểm tra các khóa liên động trong hệ thống cấp đạn, lùi nòng, nạp đạn, dương lại kim hỏa, phát hỏa. Kiểm tra lệnh và trạng thái pháo sau khi nhận lệnh. + Hiển thị và giám sát trạng thái của pháo, trạng thái trang thiết bị điện như các công tắc, các tiếp điểm, nam châm điện, giám sát hệ thống thủy lực như các bộ lọc dầu, áp suất dầu tại các điểm, nhiệt độ dầu. + Kiểm tra giám sát điều khiển dẫn động tầm, hướng bằng cách tạo các chuyển động cho hệ dẫn động pháo như: Chuyển động nhẩy bậc; Chuyển động răng cưa; Sin. Hiển thị vị trí, tốc độ của kênh tầm, hướng của pháo theo các chuyển Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 11 - 2018 241 động trên. Dựng đường đặc tính quá độ của hệ dẫn động tầm, hướng. Cửa sổ Điều khiển dẫn động hình 3. Hình 3. Các modul trong chương trình. Phát hiện hỏng hóc: Thực hiện kiểm tra, phát hiện hỏng hóc các bo mạch trong khối BU, hệ thống bơm thủy lực, khả năng truyền thông của BU với khối PS, kiểm tra nguồn cung cấp,.... Phát hiện hỏng trong hệ thống pháo AK176M gồm: Bộ lọc dầu của bơm, mức dầu 1, bộ lọc dầu 1, bộ nguồn cung cấp điện áp nguồn ±15V, truyền thông với khối PC, nhiệt độ dầu, quá áp suất, tụt áp suất. Phát hiện các bo mạch hỏng thuộc khối BU gồm: Khối TX1-MP, khối AI-16, UNIO-96, АЦПВТ-12-02 tầm; АЦПВТ-12-02 hướng; hệ thống bơm thủy lực; giá lắc của bơm thủy lực; áp suất dầu, mức dầu 2, kiểm tra truyền thông giữa BY và PS bị lỗi. - Nạp thông số điều khiển pháo: Đọc ra, thay đổi và nạp lại các tham số điều khiển tầm, hướng cho hệ thống truyền động tầm, hướng của pháo. Xác định các góc giới hạn, các điểm hãm, phanh, dừng động cơ dẫn động tầm, hướng. Hiệu chỉnh hệ số của các cảm biến,..... Thông số điều khiển truyền động kênh Công nghệ thông tin T. X. Kiên, , H. Đ. Doàn, “Nghiên cứu xây dựng phần mềm tàu chiến hiện đại.” 242 tầm, kênh hướng: Kênh tầm gồm các tham số P00,P63; kênh hướng gồm các tham số P00P63, các thông số điều khiển khác trong hệ thống thể hiện trong cửa sổ Thiết lập tham số, hình 3. Hình 4. Giao diện phần mềm giám sát – nạp thông số điều khiển. 3.2. Lập trình xây dựng phần mềm giám sát – nạp thông số điều khiển Sau khi có được kết quả phân tích gói tin như mục 2.3, từ các yêu cầu về tính năng của phần mềm như mục 3.1. Nhóm nghiên cứu tiến hành xây dựng phần mềm dựa trên ngôn ngữ lập trình C++ Builder, các moodul trong phần mềm được thể hiện trên hình 4. Các moodul chính gồm Mainform, IOSpace, Settingform (Thiết lập tham số), FuncGenform (Điều khiển dẫn động), Dialogform (Kết nối cổng COM truyền thông), Scopeunit (Máy hiện sóng),.... IV. KẾT LUẬN Phần mềm giám sát- nạp thông số điều khiển pháo sau khi được nhóm nghiên cứu hoàn thiện đã được đưa đi triển khai dùng thử tại các đơn vị, sau quá trình dùng thử đã được các đơn vị xác nhận bằng văn bản, khẳng định phần mềm là công cụ hiệu quả trong việc kiểm tra, phát hiện hỏng hóc của hệ thống pháo tàu AK176M, giúp đảm bảo đưa vũ khí vào sẵn sàng phục vụ chiến đấu. Trong thời Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 11 - 2018 243 gian tới nhóm nghiên cứu sẽ hoàn thiện phần mềm cũng như bộ tài liệu để triển khai sử dụng đại trà. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Văn Lâm, “Thuyết minh kỹ thuật và hướng dẫn khai thác sử dụng bệ pháo tàu AK-176M”, (tập I và tập II), HVHQ, 2000. [2]. Phạm Phúc Bình. “Cấu tạo pháo tàu”. Học viện Hải quân,2011 ABSTRACT DEVELOPMENT OF A SOFWARE FOR MONITORING AND CONFIGURING CONTROL PARAMETERS OF AK176M CANON ON MODERN WARSHIPS This paper presents a survey on AK176M gun systems in modern warships using reverse engineering, Borland C ++ Builder to design and develop a software for testing, monitoring, detecting failures and configuring control parameters of AK176M canon. The developed software is tested and implemented at military units for combat readiness. Keywords: Software for testing; Monitoring; Detecting failures and configuring control parameters of AK176M canon; C++ programming language; Borland C++ Builder. Nhận bài ngày 03 tháng 7 năm 2018 Hoàn thiện ngày 24 tháng 9 năm 2018 Chấp nhận đăng ngày 05 tháng 11 năm 2018 Địa chỉ: 1Viện Điện tử /Viện KH&CN quân sự; 2Tổng cục Kỹ thuật; 3Học viện Kỹ thuật quân sự. *Email: txkien2003@gmail.com.