測控裝備遠程故障診斷研究

李彩容

摘要：針對傳統裝備故障診斷模式，提出構建測控裝備遠程故障診斷系統的必要性。給出了系統構建模型，分析了系統組成及工作原理，并就實現測控裝備遠程故障診斷需要解決的關鍵技術問題進行了闡述。

關鍵詞：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。為實現全面覆蓋的測控網絡，很多測控裝備分布在高山、海島，受氣候環境、裝備轉場、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的問題，而測控裝備保障人員的技術水平也存在一定的差異，有時就會形成現場的保障人員解決不了突發故障，而能解決突發故障的人員不在現場的局面，顯然，臨時選派熟悉裝備性能的維修人員趕赴現場進行維修、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，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與相關信息，并在此基礎上評估和診斷系統運行狀態與故障的過程[1]。傳統的故障診斷模式是一種封閉、孤立的系統運行模式，多通過口頭以及書面描述故障現象來尋求故障診斷指導和幫助，這種方式對排除一般故障能起到一定作用，但對于復雜問題的解決則起不到作用。要想解決較為復雜的故障問題，只有指派技術水平較高的維修保障人員趕往現場進行檢測維修，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量也有限，故障發生時，可能該類人員正在其它地方進行裝備保障，無法趕往現場。因此，建立適合實際測量需求的測控裝備遠程診斷系統，實現裝備保障信息化，有效解決測控裝備保障人員在復雜裝備保障過程中保障效能不足的問題十分必要。

2 系統模型設計

2.1 系統組成

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

2.2 系統工作原理

測控裝備遠程故障診斷系統以現有的IP網絡為基礎，通過虛擬儀器技術實現裝備檢測終端的本地和遠程檢測。當裝備出現故障，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與技術專家進行交流。系統根據命令自動調用相關測試模塊，專家通過視頻內容分析得出故障解決方案，反饋給站點人員。系統功能框圖如圖1所示。

3 系統實現關鍵技術

要構建測控裝備遠程故障診斷體統，需首先解決以下幾項關鍵技術問題。

3.1 遠程故障診斷技術

遠程故障診斷技術是將網絡信息技術、現代通信技術應用于設備故障診斷。通常，中心端診斷系統和用戶端診斷系統通過IP網絡進行連接。故障發生時，用戶端診斷系統接收中心端診斷系統發來的測試指令，用戶端診斷系統通過現場數據采集模塊進行現場信息的采集、處理及存儲和顯示，然后通過DataSocket的寫操作把現場采集到的數據（數據、波形、頻譜等）發送給網絡數據庫服務器。用戶端技術人員與中心站專家可以通過音視頻系統進行交流。中心站專家通過DataSocket讀操作在用戶端虛擬儀器界面再現現場采集的數據，最后通過LabView的信號分析模塊將信號進行分析、處理，并結合故障樹及故障字典提取出故障特征，將故障診斷結論通過LabView Web Server發送到客戶端、指導現場進行排故與維修。

3.2 虛擬儀器技術

虛擬儀器（Virtual Instruments，簡稱VI）是數字信號處理與計算機技術結合的產物[3]。

與傳統的測試儀器相比，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備的信號進行分析與處理。其實質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用和修改設置。虛擬儀器通過具有標準化接口的數據采集裝置，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），將最終結果直觀地呈現在使用者面前，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技術綁定數據的方法，傳輸儀器配置信息（IP、儀器名稱等）；通過遠程面板技術來實時傳輸儀器測量界面。被控端程序利用順序結構嵌套條件型循環結構來實現儀器測量界面的遠程傳輸[4]。首先，在第一幀中加載DataSocket服務，接在第二幀中，通過DataSocket獲取被控制儀器的名稱，依據獲取的儀器名稱，采用動態調用方式，在界面上顯示儀器面板；而在請求控制端，程序通過動態加載Web服務，使相應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對被控端測試儀器的啟動、關閉、參數設置、數據接收及處理、顯示等遠程控制功能。

3.4 數據壓縮算法

系統由于需要傳輸的信息較多，有系統、用戶、裝備的配置信息、測試數據、音視頻信息等，且有些數據需是連續的（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，對現有網絡來說是不可能實現的，因此必須對數據進行壓縮處理，提高數據傳輸效能。在確保原始波形不失真的情況下，本系統采用數據抽取方法。通過采取合適的壓縮方法、設置適當的壓縮率來較少數據量?？刹捎玫臄祿嚎s方法有最大最小值法、均值法等。

3.5 網絡安全技術

網絡是把雙刃劍。以網絡為依托的遠程故障診斷系統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。怎樣發揮裝備遠程故障診斷的技術優勢，確保信息安全保密是關鍵。如今，人們已經把網絡安全問題作為數據通訊領域一個重要的研究方向，為保證網絡通訊安全開發出了諸多網絡安全技術，如數據加密技術、虛擬專用網絡技術、防火墻技術及身份確認技術等等。遠程故障診斷可以依據不同的網絡安全需求采取相應的網絡安全措施。

4 結語

裝備遠程故障系統的構建可以使各站點保障人員及技術專家之間進行較好地技術交流，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的一個新途徑。

參考文獻

[1] 張翔.遠程故障診斷系統的現狀及發展方向[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設計與實現[D].吉林：吉林大學，2016.

[3] 宋彥達.遠程檢測技術在故障診斷系統中的應用[J].信息技術，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