测控系统中数字信号处理技术的应用研究

2019-02-22何成

中国设备工程 2019年3期

何成

（长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙 410000）

近几年来，由于我国社会经济效益的不断提高，数字信号处理技术的应用范围越来越广，在设备测控系统当中，通过妥善应用数字信号处理技术，不但能够提高设备测控系统的整体运行效率，而且有效降低了设备测控系统发生运行故障的概率。鉴于此，本文主要分析数字信号处理技术在测控系统中的应用。

1 测控系统中妥善应用数字信号处理技术的现实意义

所谓数字信号处理技术，主要指的是将模拟信号转化为数字信息的一种处理技术，采用视频信号作为数字信号进行相应的传输，将计算机技术与先进的处理方式进行有效结合，最终将信号转换成不同类型数据信息。在供配电系统中，通过合理应用数字信号处理系统，能够保障供配电系统的内部结构更加稳定，提高水面测控系统的安全性能。

数字信号处理技术具有以下特点：第一，定点计算公式的大量应用，能够保证数字信息处理成本不断下降，进一步提高信号传输的准确性。第二，该技术具有零开销循环的特点，在执行命令时，控制人员不必耗费大量的检测循环计数数值，保证信号的执行效率得到更好的提升。第三，合理预测测控系统的具体执行时间，控制人员通过妥善应用数字信号处理技术，能够更好的预测系统故障位置，并制定科学的解决对策方案。

2 数字信号处理技术在测控系统中的具体应用

2.1 测控系统的组成

海底采矿车测控系统主要采用上-下位机控制方法进行控制，将以太网进行合理连接，提高双向数据的通信效率，控制人员可以根据上位机显示的数据，对操作台与集矿作业车的运行方向与速度进行妥善控制。测控系统主要包括水上测控站、水下测控站等两部分，其中，水上测控站包括显示器及有关设备、主控制器与主操作平台、电控柜控制设备等。而水下测控站则包括车载控制器、传感器与执行设备等。在测控系统当中，数字信号处理技术不但能够将系统中的各项信息进行实时处理，而且有效提升信号的传输效率。在测控系统中的数据处理设备与数据通讯子系统为系统核心，为了进一步提升数据信号的转化效率，操作人员可以将数据处理流程与数据通信流程进行简化。

2.2 在水上测控站中的应用

水上测控站当中的监控控制系统能够为工作人员提供良好的操控人机界面，各项数据的存储、显示、回放与答应等，包括集矿作业车和船舶的运行位置，控制集矿作业车与船舶的行走轨迹等。监控计算机内部则采用研华工控系统，利用Windows10操作系统进行全面控制，在Labview软件开发的基础上，监控计算机和显示器，表现形式见图1。

图1 监控计算机

在主控控制系统当中，操作人员通过收集操纵平台上的各项操作信号，并结合水下集矿作业车测控站的通信要求，对控制器进行实时控制，在提升主控控制系统安全性能与可靠性能的同时，有效提高其数据的处理运算能力。由于主控控制系统中包括PXI系列模块以及相关附件、操作系统与软件开发工具包等，操作人员也可以运用Labview对FPGA模块进行合理编程，并根据太网口与声学定位系统的运行情况，将各项数据进行交换处理。

2.3 在水下测控站中的应用

水下测控站包括车载控制系统、各类传感器、光纤通讯系统。测控系统中的水下测控站主要包括以下分系统，分别是车载控制系统、传感器与光纤通讯系统等，车载控制系统集中安装于行走扰动的试验装置之上，并在电子密封箱当中，分为CompactRIO系列控制器和控制模块。由于车载控制系统的控制器运行性能比较高，将1.33 GHz Intel Atom双核处理器和Xilinx Kintex-7 FPGA、C系列I/O模块的插槽进行有效集成，即使在特别恶劣的环境下，仍然能够安全运行。

将数字信号处理技术应用到车载控制系统当中，能够保证嵌入式用户平台功能更加完善，程序开发更加科学，不但能够有效缩短程序的开发周期，而且提高系统的整体控制效率。在应用数字信号处理技术时，操作人员要妥善选择通信板块与模拟量输入、输出卡。

水下测控站中的传感器与作业车感知系统联系紧密，通常情况下，水下测控站当中的传感器主要分为3种，分别是数字量、模拟量与串口等。车载惯导能够与DVL多普勒测速系统形成良好的车载导航定位部件，对车载的航向与速度进行实时监控。

在光纤通讯系统当中，光纤作为信息传递的媒介，信息主要以激光为载体，有效实现了长距离的通讯。信号发射端通过发射电信号，并将该信号调制加载到激光源上发射，最终由光纤进行传递。在信号接收端，接收光端机能够将接收到光信号更好的转变为电信号，进一步调解成初始信息。通常情况下，食品光端机内部还要配置多路RS232/485/422串口，能够真正实现水下与水下串口信号的完美传输，并以太网光端机上部的太网口为接收电，为以后的信号测试提供方便。光纤线路通过铠装缆内，能够对光纤起到良好的保护作用。车载测控站、比例阀控制器、分线箱及传感器见图2。

对于测控系统,操作人员通过全面检测电压值，并对电压传感器波纹进行合理检测，能够更好的了解电流电压的运行情况，系统当中的电流电压信号经过转化后，系统能够将各项信息进行传输。如果测控系统当中的信号转化效率下降，操作人员需要对数据处理器进行全面检查，在提升数据信号转化效率的同时，有效保证测控系统数据信息的安全性与时效性。