測控裝備遠程故障診斷研究

李彩容

摘要：針對傳統(tǒng)裝備故障診斷模式，提出構(gòu)建測控裝備遠程故障診斷系統(tǒng)的必要性。給出了系統(tǒng)構(gòu)建模型，分析了系統(tǒng)組成及工作原理，并就實現(xiàn)測控裝備遠程故障診斷需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題進行了闡述。

關(guān)鍵詞：故障診斷；虛擬儀器；測試

中圖分類號：TP306 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）01-0094-02

0 引言

為了滿足測量需求，需配備多種類型、多種型號的測控裝備，如光測、雷測、遙測等。為實現(xiàn)全面覆蓋的測控網(wǎng)絡(luò)，很多測控裝備分布在高山、海島，受氣候環(huán)境、裝備轉(zhuǎn)場、使用壽命等的影響，裝備在使用過程中難免會存在故障突發(fā)的問題，而測控裝備保障人員的技術(shù)水平也存在一定的差異，有時就會形成現(xiàn)場的保障人員解決不了突發(fā)故障，而能解決突發(fā)故障的人員不在現(xiàn)場的局面，顯然，臨時選派熟悉裝備性能的維修人員趕赴現(xiàn)場進行維修、排故會使各項活動進程延后，甚至改變進程的活動計劃，給整個行動帶來不可估量的損失。若建立了完善的測控裝備遠程診斷系統(tǒng)，則會大大提高裝備快速保障能力，為行動的順利進行提供安全保障。

1 建立測控裝備遠程故障診斷系統(tǒng)的必要性

故障診斷即運用所學知識綜合處理被診斷對象的運行狀態(tài)與相關(guān)信息，并在此基礎(chǔ)上評估和診斷系統(tǒng)運行狀態(tài)與故障的過程[1]。傳統(tǒng)的故障診斷模式是一種封閉、孤立的系統(tǒng)運行模式，多通過口頭以及書面描述故障現(xiàn)象來尋求故障診斷指導(dǎo)和幫助，這種方式對排除一般故障能起到一定作用，但對于復(fù)雜問題的解決則起不到作用。要想解決較為復(fù)雜的故障問題，只有指派技術(shù)水平較高的維修保障人員趕往現(xiàn)場進行檢測維修，由于受到地域、資源等的限制，裝備維修保障的及時性無法保障，且高水平保障人員數(shù)量也有限，故障發(fā)生時，可能該類人員正在其它地方進行裝備保障，無法趕往現(xiàn)場。因此，建立適合實際測量需求的測控裝備遠程診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)裝備保障信息化，有效解決測控裝備保障人員在復(fù)雜裝備保障過程中保障效能不足的問題十分必要。

2 系統(tǒng)模型設(shè)計

2.1 系統(tǒng)組成

測控裝備遠程故障診斷系統(tǒng)硬件由測控裝備檢測終端、中心站診斷系統(tǒng)和用于信息交互的網(wǎng)絡(luò)線纜三個部分組成。裝備檢測終端硬件主要包括計算機、數(shù)據(jù)采集適配器、PXI測試單元及針對終端設(shè)備的測試儀表。中心站診斷系統(tǒng)硬件包括計算機、音頻和視頻錄入設(shè)備、投影儀、大屏幕、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及其它一些輔助設(shè)備[2]。測控裝備檢測終端和中心站端診斷系統(tǒng)通過已有IP進行連接。

2.2 系統(tǒng)工作原理

測控裝備遠程故障診斷系統(tǒng)以現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)裝備檢測終端的本地和遠程檢測。當裝備出現(xiàn)故障，處在裝備站點的保障人員無法解決時，可以先運行本地裝備故障檢測診斷軟件，還是無法得出故障排除方案的情況下，登陸故障診斷中心的故障診斷軟件，當此軟件還是無法給出故障排除方案的時候，利用處在診斷中心的專家交互系統(tǒng)與技術(shù)專家進行交流。系統(tǒng)根據(jù)命令自動調(diào)用相關(guān)測試模塊，專家通過視頻內(nèi)容分析得出故障解決方案，反饋給站點人員。系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

要構(gòu)建測控裝備遠程故障診斷體統(tǒng)，需首先解決以下幾項關(guān)鍵技術(shù)問題。

3.1 遠程故障診斷技術(shù)

遠程故障診斷技術(shù)是將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備故障診斷。通常，中心端診斷系統(tǒng)和用戶端診斷系統(tǒng)通過IP網(wǎng)絡(luò)進行連接。故障發(fā)生時，用戶端診斷系統(tǒng)接收中心端診斷系統(tǒng)發(fā)來的測試指令，用戶端診斷系統(tǒng)通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊進行現(xiàn)場信息的采集、處理及存儲和顯示，然后通過DataSocket的寫操作把現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)、波形、頻譜等）發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。用戶端技術(shù)人員與中心站專家可以通過音視頻系統(tǒng)進行交流。中心站專家通過DataSocket讀操作在用戶端虛擬儀器界面再現(xiàn)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，最后通過LabView的信號分析模塊將信號進行分析、處理，并結(jié)合故障樹及故障字典提取出故障特征，將故障診斷結(jié)論通過LabView Web Server發(fā)送到客戶端、指導(dǎo)現(xiàn)場進行排故與維修。

3.2 虛擬儀器技術(shù)

虛擬儀器（Virtual Instruments，簡稱VI）是數(shù)字信號處理與計算機技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物[3]。

與傳統(tǒng)的測試儀器相比，虛擬儀器是將計算機硬件作為平臺，利用其強大的軟件功能對被測試設(shè)備的信號進行分析與處理。其實質(zhì)是通過計算機的顯示功能來模擬測試儀器的控制界面。虛擬儀器靈活性強，使用者可以根據(jù)自己的需求選擇測試儀器和定義儀器功能，并可以方便地通過軟件來進行調(diào)用和修改設(shè)置。虛擬儀器通過具有標準化接口的數(shù)據(jù)采集裝置，如GPIB儀器、DAQ卡等，將采集的信號輸入計算機，進過分析、處理，通過圖形化的編程語言（具有代表性的是美國NI公司的LabView），將最終結(jié)果直觀地呈現(xiàn)在使用者面前，且使用者利用鼠標、鍵盤就可以很方便地操作儀器。虛擬儀器主要由計算機硬件平臺、I/O接口和軟件構(gòu)成，圖2為虛擬儀器的組成框圖。

3.3 儀器遠程控制方法

遠程控制端和檢測終端通過IP進行連接?？刂贫送ㄟ^輸入被控端的IP地址和儀器名稱，利用已設(shè)計的程控軟件即可訪問被控端測試儀器。此過程中，利用 DataSocket技術(shù)綁定數(shù)據(jù)的方法，傳輸儀器配置信息（IP、儀器名稱等）；通過遠程面板技術(shù)來實時傳輸儀器測量界面。被控端程序利用順序結(jié)構(gòu)嵌套條件型循環(huán)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)儀器測量界面的遠程傳輸[4]。首先，在第一幀中加載DataSocket服務(wù)，接在第二幀中，通過DataSocket獲取被控制儀器的名稱，依據(jù)獲取的儀器名稱，采用動態(tài)調(diào)用方式，在界面上顯示儀器面板；而在請求控制端，程序通過動態(tài)加載Web服務(wù)，使相應(yīng)的端口獲取到被控儀器的遠程面板，上述過程即為請求控制端對被控儀器的控制過程?？刂贫丝梢苑奖愕貙崿F(xiàn)對被控端測試儀器的啟動、關(guān)閉、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)接收及處理、顯示等遠程控制功能。

3.4 數(shù)據(jù)壓縮算法

系統(tǒng)由于需要傳輸?shù)男畔⑤^多，有系統(tǒng)、用戶、裝備的配置信息、測試數(shù)據(jù)、音視頻信息等，且有些數(shù)據(jù)需是連續(xù)的（虛擬儀器波形界面），需要有足夠多的采樣點，包含的信息量大，如果直接傳輸，對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)來說是不可能實現(xiàn)的，因此必須對數(shù)據(jù)進行壓縮處理，提高數(shù)據(jù)傳輸效能。在確保原始波形不失真的情況下，本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)抽取方法。通過采取合適的壓縮方法、設(shè)置適當?shù)膲嚎s率來較少數(shù)據(jù)量。可采用的數(shù)據(jù)壓縮方法有最大最小值法、均值法等。

3.5 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)是把雙刃劍。以網(wǎng)絡(luò)為依托的遠程故障診斷系統(tǒng)在為裝備故障診斷提供便利的同時，也存在安全隱患的問題。怎樣發(fā)揮裝備遠程故障診斷的技術(shù)優(yōu)勢，確保信息安全保密是關(guān)鍵。如今，人們已經(jīng)把網(wǎng)絡(luò)安全問題作為數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域一個重要的研究方向，為保證網(wǎng)絡(luò)通訊安全開發(fā)出了諸多網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，如數(shù)據(jù)加密技術(shù)、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、防火墻技術(shù)及身份確認技術(shù)等等。遠程故障診斷可以依據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)安全需求采取相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全措施。

4 結(jié)語

裝備遠程故障系統(tǒng)的構(gòu)建可以使各站點保障人員及技術(shù)專家之間進行較好地技術(shù)交流，亦可提高裝備保障故障診斷效能，縮短維修時間，減少人力、物力等的資源消耗，又可作為操作人員培訓(xùn)的一個新途徑。

參考文獻

[1] 張翔.遠程故障診斷系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].運城學院學報，2014，32（2）：49-51.

[2] 王鑫.測控裝備遠程故障診斷系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].吉林：吉林大學，2016.

[3] 宋彥達.遠程檢測技術(shù)在故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].信息技術(shù)，2014（3）：179-185.

Abstract：In view of the traditional equipment fault diagnosis mode， the necessity of constructing remote fault diagnosis system for measuring and controlling equipment is put forward. The system construction model is given， the system composition and working principle are analyzed， and the key technical problems that need to be solved to realize remote fault diagnosis of measurement and control equipment are expounded.

Key words：fault diagnosis； virtual instrument； test