測控裝備故障定位研究

郭雷

（空軍工程大學，陜西西安 710043）

0.引言

隨著科學技術的飛速發展，特別是數字技術和各種VLSI電路的廣泛使用，電子設備的結構特別是檢測和測量變得越來越復雜，功能性和自動化程度越來越高，隨著測試領域功能和任務的擴展，檢測設備在測試領域發揮著越來越重要的作用。同時，可能會發生復雜的測試過程，測試持續時間長、維護難度大、維護成本高，嚴重影響電子設備的完整性和生命周期。如何有效地定位和分析裝備故障，及時有效地排除設備故障，科學精細地控制檢測設備，為站點建設決策提供優質有效的信息，是提高站點安全性的關鍵。

1.建立測控裝備故障定位系統的必要性

故障診斷是一個綜合的處理過程，根據獲得的知識、被診斷對象的工作狀態和相關信息，檢查過程中對系統內的故障進行排除，聽系統內有沒有警報的鳴叫聲，系統工作的時候有沒有打火聲。傳統的錯誤診斷模式是封閉和孤立的系統運行，在錯誤診斷中主要通過口頭和書面的錯誤描述來尋求建議和幫助。該模式起到了修復常見錯誤的作用，但不起到解決復雜問題的作用，為了解決更復雜的問題，只能派高級維護人員到控制和維護現場。由于地理限制和資源有限無法保證及時維護設備，以及有限數量的高級安全人員。如果出現故障，該員工可能會將設備運送到其他地方，也可能不會前往現場活動。因此，設備必須滿足實際測量需要，為控制措施缺乏有效性提供信息和有效解決方案，為綜合設備提供后勤支持的人員。

2.系統模型

2.1 系統組成

測試設備遠程診斷系統由測試設備、中心節點診斷系統和交互信息網絡組成，測試終端設備包括計算機、數據采集適配器PXI測試模塊和設備測試工具。中心節點診斷系統包括計算機、錄音錄像設備、投影儀、大屏幕、網絡設備等，檢測系統和中央節點診斷終端系統通過現有IP連接。

2.2 系統的運行

基于現有IP網絡的檢測工具遠程診斷系統通過虛擬儀器技術實現對終端的本地和遠程控制，用于識別設備。如果設備出現故障，站點值班人員無法解決，首先啟動本地故障檢測系統的診斷軟件，如果無法進行糾錯，可以進入錯誤診斷中心，如果軟件仍然不提供糾錯，利用診斷中心的交互式專家與技術人員交流，系統在接到指令后自動調用相應的測試模塊，專家通過視頻內容分析得到問題的解決方案和外部服務人員的反饋[1]。

2.3 定位系統設備監測

設備監測的傳統方法是經常性的人工巡視與定期預防性檢修、試驗。設備在運行中由值班人員經常巡視，憑外觀現象、指示儀表等進行判斷，發現可能的異常，避免事故發生；此外，定期對設備實行停止運行的例行檢查，做預防性試驗和機械動作試驗，對結構缺陷及時作出處理等。但是傳統的方式不僅增加了工作冗余量，對于巡檢中還容易發生疏漏。

3.導致設備故障的因素

目前，檢測設備包括遙測、光學測量、通信等電子設備，但在諸多因素的影響下，系統也存在不同程度的故障，總體來看設備故障的主要原因如下：

3.1 由于操作不當而導致的錯誤

對于試驗設備，操作順序應嚴格不得隨意，尤其是進行安全操作。在設備操作過程中，操作員不得有操作程序和不當工作，參數和其他因素是最直接的“殺手”導致設備損壞。如果一些員工沒有得到嚴格的指示或不了解基本設備的操作程序，在啟動前檢查是否連接，忽視警告標志和信號，操作錯誤、機械翻轉。未檢查性能順序，由于未及時發現天線角度，天線位置受到限制，由于人為干預不當，設備出現故障。

3.2 環境因素引起的故障

環境因素主要取決于溫度對設備的影響，許多測量設備長期處于復雜條件下，如果溫度處于上下溫度循環，電子設備會交替膨脹和收縮，從而導致設備的熱應力和變形。如果某些電子設備的產品具有臨時熱梯度（溫度不均勻），則這些熱應力和變形會增加或者如果產品中相鄰材料的熱膨脹系數不一致，則該變形在缺陷中最大，并起到電壓集中的作用，負載導致誤差增加，最終可能會非常大，導致結構和電路破壞。

3.3 設計不合理導致的故障

由于技術知識有限和經驗不足，可能無法采取必要的措施，可能導致設計錯誤或疏忽，包括硬件和軟件。硬件設計不正確，特別是強度計算不準確、材料選擇錯誤、設備安全、結構不發達和控制不當。安全裝置的不正確設計導致操作員混亂、操作錯誤或操作員響應時間增加，無法解釋的編程包括：功能設計不完整、正常工作能力受損或隱藏故障；操作表面未對準、易受病毒攻擊和風險評估不充分可能導致設備故障。

3.4 濫用設備

使用測試設備時，輸入能量和操作會產生摩擦和振動，導致運動部件和物體的磨損，這種物理磨損稱為磨損。設備的幾何結構改變了設備部件的兼容性，導致精度和性能降低，甚至損壞部件，其他部件損壞，導致事故。除上述因素外，測量和控制裝置運行過程中的腐蝕、老化和衰變可能導致因不合理的狀態或儲存、自然環境變化和非專業護理而導致的故障[2]。

4.常見錯誤檢測程序

在設備管理方面，有許多技術可以定位、診斷和消除設備錯誤。

4.1 基于OLE技術的錯誤診斷軟件

目前，許多測試儀器都配備了相應的診斷平臺，基于OLE技術的錯誤診斷平臺最重要的機制是：它適用于不同類型的檢測設備，根據錯誤分析理論，虛擬儀器的先進測試方法，使用OLE、COM等先進技術，通過COM接口創建功能框架，然后根據需要添加不同的功能模塊，這將有助于開發一個錯誤診斷平臺實時診斷。該平臺可以完成設備測量和控制、按鈕布局、元件統計，檢查前分析錯誤趨勢和功能，實現診斷測試、信息分析和反饋集成、不同類型數字的分析和診斷的目的，模擬和模態電路。該軟件平臺的每個模塊都相對獨立地添加，通過主框架的數據交換可以進一步改進或添加。

4.2 基于錯誤樹的錯誤診斷訓練方法

錯誤樹以抽象的木制結構以圖形方式顯示，用戶可以更清楚地識別錯誤糾正的想法，操作信息是一個輸入請求，用戶在將錯誤糾正工具拖動到檢測點時收到的信息。為了改進錯誤診斷模塊的功能，基于單個設備的信息圈，采用頁面鍵入技術，模擬整個錯誤樹，利用虛擬工具實現對一系列物理硬件圖形的錯誤檢測、定位和修復功能。歷史上，錯誤現象被視為一個節點，設備信息處理作為顯示可能導致錯誤的相關節點的主要渠道，在不同類型的設備中創建完整的錯誤樹。錯誤樹各級的子注釋包含不同的分析方法，錯誤的檢測和消除，由于錯誤樹對人機的需求很大，通常使用頁面腳本對整個錯誤樹進行建模，以實現設備故障診斷的技術建模[3]。

4.3 基于神經網絡的誤差測量

可以為設備狀態定義2種狀態：正常狀態和錯誤狀態。測量信號的特性，如電流變化、AGC電壓值等（通常有多個測量點和測量點），如果設備正常運行且每個點的測量值確定設備處于故障距離，我們可以測量多個測量點，對于不同的誤差點值是不同的。我們的主要目標是在通過競爭性訓練建立神經網絡模型后，通過分析以前的測量（樣本數據），找出它們之間的內在關系，如果設備出現故障，我們可以獲得測量點的信號特征和一些測量值，作為神經網絡模型的輸入，通過輸出、判斷和分析的結果找到設備的誤差位置，達到誤差檢測的目的。

5.系統實現的關鍵技術

為了建立測試設備的遠程診斷系統，必須首先解決以下主要技術問題。

5.1 用于錯誤檢測的遠程檢測方法

遠程故障診斷系統用于對其網絡和現代通信技術中的設備進行錯誤診斷，如果中央診斷系統終端和用戶診斷系統終端通過P網絡，則用戶終端診斷系統接受用戶側診斷系統的測試命令，由CE通過現場數據采集模塊發送，處理、存儲和顯示網站信息，并傳輸本地采集的數據（數據、波形、頻譜等）在網絡數據庫服務器上處理中的數據集。用戶可以與技術人員和CE專家進行通信，中央節點專家使用程序讀取本地采集的數據，以便在虛擬應用程序界面中回放，最后，信號分析模塊用于信號分析，包括錯誤樹和錯誤字典，用于提取功能錯誤解決方案通過web服務器向客戶發送錯誤診斷結果，以指導現場的故障排除和維護說明[4]。

5.2 虛擬儀器技術

虛擬儀器是數字信號處理與計算機技術相結合的產物，相對于傳統的測試設備，基于計算機設備的虛擬儀器，被測設備的信號通過其強大的軟件進行分析和處理，其本質是測試設備的操作面，虛擬儀器具有很大的靈活性，用戶可以選擇測試儀器并確定其功能。根據需要您也可以使用軟件簡單地調用和更改設置，借助GPIB等數據采集工具的虛擬設備，DAQ卡具有標準化的接口，采集的信號被處理到計算機中，最終結果將以圖形編程語言進行分析和可視化顯示。

5.3 遠程控制方法

遙控器和記錄終端通過P連接，并輸入受控終端的IP地址和設備名稱，用戶終端可使用設計的軟件，在使用技術進行數據傳輸期間，訪問檢測工具、設備配置信息（IP、設備名稱等）。第二幀通過界面上的數據狗顯示工具欄，同時需求管理程序動態加載Web服務，以便相應的端口接收有關控制器的信息遠程面板，上述過程是儀表請求結束時的控制過程，可以輕松實現啟動、關閉和參數設置、數據處理、顯示等遠程控制功能[5]。

5.4 數據壓縮算法

由于系統需要提供大量的信息，包括系統、用戶、設備配置、測試數據、音頻和視頻信息，有些數據需要連續模式（虛擬波形設備接口），直接傳輸，現有網絡無法傳輸，壓縮數據，提高數據傳輸效率；為了保證原始表單不被扭曲，系統采用了數據抽取的方法，現有的數據壓縮方法有最大值法、最小值法、平均值法等。

5.5 網絡安全方法

基于網絡的遠程診斷系統不僅適用于診斷設備故障，還提出了安全問題，充分利用了設備遠程診斷的技術優勢，信息安全是網絡安全的核心，是數據通信安全的重要研究熱點，網絡通信安全發展了多種網絡安全技術，如數據加密和虛擬專用網技術，防火墻和錯誤識別方法可以根據不同的網絡安全要求采取相應的網絡安全措施。

6.智能診斷和健康評估診斷

6.1 語言系統的建立

人們的思維、學習和成長是建立在周圍健全的語言系統之上的，正是因為父母和其他人主導著語言的爭論或形式，同時語言也是人類思想和文明發展的關鍵工具，創建合理有效的計算機語言系統也是智能化的一個關鍵要素，語言系統可以根據空間測控的特點，按照漢語語法定義要素，簡化的、有針對性的語言系統可以用于其他領域。在錯誤診斷和糾正系統中，一切都被分類為物質、行為和狀態。

6.2 設備狀態綜合監測與健康評估

系統能全面監測設備運行狀態，綜合分析不同設備各部件的運行參數，基于大數據及多參數融合分析技術手段獲得設備的健康狀態，對相關數據進行二次挖掘分析，識別設備運行過程中的復雜故障和潛在的安全隱患。

6.3 振動信號分析與故障定位

系統采集設備振動加速度信號，實時分析故障特征頻率，自動識別故障類型、嚴重程度、發生位置等信息，就地顯示并上傳診斷分析結果，實現設備典型故障的精準定位，擺脫設備故障分析診斷對專業技術人員的依賴。

（1）壽命預測。系統記錄設備運行參數信息，同時進行大數據智能分析，智能評判設備運行的安全可靠性及部件損耗情況。從設備運行時間、開停次數以及負載等情況，結合設備設計壽命相關信息，智能評估設備的實際壽命周期，為設備的合理維護保養，優化備品備件庫，提供科學管理依據。

（2）云端訪問與遠程專家診斷。采用云端數據存儲功能，自動上傳實時數據到云端平臺(需客戶端開放接口)，云端服務器支持手機終端App。

7.結語

文章根據測控裝備故障系統定位探討了建立測控裝備故障定位系統的必要性，以及系統模型，分析了導致設備故障的主要因素和常見錯誤的檢測方法，研究了系統實現的關鍵技術，以及智能診斷和處理系統的開發，對于提高裝備故障水平、提高裝備的保障能力具有重要的意義。