测控装备故障定位研究

2022-11-16郭雷

中国科技纵横 2022年1期

郭雷

（空军工程大学，陕西西安 710043）

0.引言

随着科学技术的飞速发展，特别是数字技术和各种VLSI电路的广泛使用，电子设备的结构特别是检测和测量变得越来越复杂，功能性和自动化程度越来越高，随着测试领域功能和任务的扩展，检测设备在测试领域发挥着越来越重要的作用。同时，可能会发生复杂的测试过程，测试持续时间长、维护难度大、维护成本高，严重影响电子设备的完整性和生命周期。如何有效地定位和分析装备故障，及时有效地排除设备故障，科学精细地控制检测设备，为站点建设决策提供优质有效的信息，是提高站点安全性的关键。

1.建立测控装备故障定位系统的必要性

故障诊断是一个综合的处理过程，根据获得的知识、被诊断对象的工作状态和相关信息，检查过程中对系统内的故障进行排除，听系统内有没有警报的鸣叫声，系统工作的时候有没有打火声。传统的错误诊断模式是封闭和孤立的系统运行，在错误诊断中主要通过口头和书面的错误描述来寻求建议和帮助。该模式起到了修复常见错误的作用，但不起到解决复杂问题的作用，为了解决更复杂的问题，只能派高级维护人员到控制和维护现场。由于地理限制和资源有限无法保证及时维护设备，以及有限数量的高级安全人员。如果出现故障，该员工可能会将设备运送到其他地方，也可能不会前往现场活动。因此，设备必须满足实际测量需要，为控制措施缺乏有效性提供信息和有效解决方案，为综合设备提供后勤支持的人员。

2.系统模型

2.1 系统组成

测试设备远程诊断系统由测试设备、中心节点诊断系统和交互信息网络组成，测试终端设备包括计算机、数据采集适配器PXI测试模块和设备测试工具。中心节点诊断系统包括计算机、录音录像设备、投影仪、大屏幕、网络设备等，检测系统和中央节点诊断终端系统通过现有IP连接。

2.2 系统的运行

基于现有IP网络的检测工具远程诊断系统通过虚拟仪器技术实现对终端的本地和远程控制，用于识别设备。如果设备出现故障，站点值班人员无法解决，首先启动本地故障检测系统的诊断软件，如果无法进行纠错，可以进入错误诊断中心，如果软件仍然不提供纠错，利用诊断中心的交互式专家与技术人员交流，系统在接到指令后自动调用相应的测试模块，专家通过视频内容分析得到问题的解决方案和外部服务人员的反馈[1]。

2.3 定位系统设备监测

设备监测的传统方法是经常性的人工巡视与定期预防性检修、试验。设备在运行中由值班人员经常巡视，凭外观现象、指示仪表等进行判断，发现可能的异常，避免事故发生；此外，定期对设备实行停止运行的例行检查，做预防性试验和机械动作试验，对结构缺陷及时作出处理等。但是传统的方式不仅增加了工作冗余量，对于巡检中还容易发生疏漏。

3.导致设备故障的因素

目前，检测设备包括遥测、光学测量、通信等电子设备，但在诸多因素的影响下，系统也存在不同程度的故障，总体来看设备故障的主要原因如下：

3.1 由于操作不当而导致的错误

对于试验设备，操作顺序应严格不得随意，尤其是进行安全操作。在设备操作过程中，操作员不得有操作程序和不当工作，参数和其他因素是最直接的“杀手”导致设备损坏。如果一些员工没有得到严格的指示或不了解基本设备的操作程序，在启动前检查是否连接，忽视警告标志和信号，操作错误、机械翻转。未检查性能顺序，由于未及时发现天线角度，天线位置受到限制，由于人为干预不当，设备出现故障。

3.2 环境因素引起的故障

环境因素主要取决于温度对设备的影响，许多测量设备长期处于复杂条件下，如果温度处于上下温度循环，电子设备会交替膨胀和收缩，从而导致设备的热应力和变形。如果某些电子设备的产品具有临时热梯度（温度不均匀），则这些热应力和变形会增加或者如果产品中相邻材料的热膨胀系数不一致，则该变形在缺陷中最大，并起到电压集中的作用，负载导致误差增加，最终可能会非常大，导致结构和电路破坏。

3.3 设计不合理导致的故障

由于技术知识有限和经验不足，可能无法采取必要的措施，可能导致设计错误或疏忽，包括硬件和软件。硬件设计不正确，特别是强度计算不准确、材料选择错误、设备安全、结构不发达和控制不当。安全装置的不正确设计导致操作员混乱、操作错误或操作员响应时间增加，无法解释的编程包括：功能设计不完整、正常工作能力受损或隐藏故障；操作表面未对准、易受病毒攻击和风险评估不充分可能导致设备故障。

3.4 滥用设备

使用测试设备时，输入能量和操作会产生摩擦和振动，导致运动部件和物体的磨损，这种物理磨损称为磨损。设备的几何结构改变了设备部件的兼容性，导致精度和性能降低，甚至损坏部件，其他部件损坏，导致事故。除上述因素外，测量和控制装置运行过程中的腐蚀、老化和衰变可能导致因不合理的状态或储存、自然环境变化和非专业护理而导致的故障[2]。

4.常见错误检测程序

在设备管理方面，有许多技术可以定位、诊断和消除设备错误。

4.1 基于OLE技术的错误诊断软件

目前，许多测试仪器都配备了相应的诊断平台，基于OLE技术的错误诊断平台最重要的机制是：它适用于不同类型的检测设备，根据错误分析理论，虚拟仪器的先进测试方法，使用OLE、COM等先进技术，通过COM接口创建功能框架，然后根据需要添加不同的功能模块，这将有助于开发一个错误诊断平台实时诊断。该平台可以完成设备测量和控制、按钮布局、元件统计，检查前分析错误趋势和功能，实现诊断测试、信息分析和反馈集成、不同类型数字的分析和诊断的目的，模拟和模态电路。该软件平台的每个模块都相对独立地添加，通过主框架的数据交换可以进一步改进或添加。

4.2 基于错误树的错误诊断训练方法

错误树以抽象的木制结构以图形方式显示，用户可以更清楚地识别错误纠正的想法，操作信息是一个输入请求，用户在将错误纠正工具拖动到检测点时收到的信息。为了改进错误诊断模块的功能，基于单个设备的信息圈，采用页面键入技术，模拟整个错误树，利用虚拟工具实现对一系列物理硬件图形的错误检测、定位和修复功能。历史上，错误现象被视为一个节点，设备信息处理作为显示可能导致错误的相关节点的主要渠道，在不同类型的设备中创建完整的错误树。错误树各级的子注释包含不同的分析方法，错误的检测和消除，由于错误树对人机的需求很大，通常使用页面脚本对整个错误树进行建模，以实现设备故障诊断的技术建模[3]。

4.3 基于神经网络的误差测量

可以为设备状态定义2种状态：正常状态和错误状态。测量信号的特性，如电流变化、AGC电压值等（通常有多个测量点和测量点），如果设备正常运行且每个点的测量值确定设备处于故障距离，我们可以测量多个测量点，对于不同的误差点值是不同的。我们的主要目标是在通过竞争性训练建立神经网络模型后，通过分析以前的测量（样本数据），找出它们之间的内在关系，如果设备出现故障，我们可以获得测量点的信号特征和一些测量值，作为神经网络模型的输入，通过输出、判断和分析的结果找到设备的误差位置，达到误差检测的目的。

5.系统实现的关键技术

为了建立测试设备的远程诊断系统，必须首先解决以下主要技术问题。

5.1 用于错误检测的远程检测方法

远程故障诊断系统用于对其网络和现代通信技术中的设备进行错误诊断，如果中央诊断系统终端和用户诊断系统终端通过P网络，则用户终端诊断系统接受用户侧诊断系统的测试命令，由CE通过现场数据采集模块发送，处理、存储和显示网站信息，并传输本地采集的数据（数据、波形、频谱等）在网络数据库服务器上处理中的数据集。用户可以与技术人员和CE专家进行通信，中央节点专家使用程序读取本地采集的数据，以便在虚拟应用程序界面中回放，最后，信号分析模块用于信号分析，包括错误树和错误字典，用于提取功能错误解决方案通过web服务器向客户发送错误诊断结果，以指导现场的故障排除和维护说明[4]。

5.2 虚拟仪器技术

虚拟仪器是数字信号处理与计算机技术相结合的产物，相对于传统的测试设备，基于计算机设备的虚拟仪器，被测设备的信号通过其强大的软件进行分析和处理，其本质是测试设备的操作面，虚拟仪器具有很大的灵活性，用户可以选择测试仪器并确定其功能。根据需要您也可以使用软件简单地调用和更改设置，借助GPIB等数据采集工具的虚拟设备，DAQ卡具有标准化的接口，采集的信号被处理到计算机中，最终结果将以图形编程语言进行分析和可视化显示。

5.3 远程控制方法

遥控器和记录终端通过P连接，并输入受控终端的IP地址和设备名称，用户终端可使用设计的软件，在使用技术进行数据传输期间，访问检测工具、设备配置信息（IP、设备名称等）。第二帧通过界面上的数据狗显示工具栏，同时需求管理程序动态加载Web服务，以便相应的端口接收有关控制器的信息远程面板，上述过程是仪表请求结束时的控制过程，可以轻松实现启动、关闭和参数设置、数据处理、显示等远程控制功能[5]。

5.4 数据压缩算法

由于系统需要提供大量的信息，包括系统、用户、设备配置、测试数据、音频和视频信息，有些数据需要连续模式（虚拟波形设备接口），直接传输，现有网络无法传输，压缩数据，提高数据传输效率；为了保证原始表单不被扭曲，系统采用了数据抽取的方法，现有的数据压缩方法有最大值法、最小值法、平均值法等。

5.5 网络安全方法

基于网络的远程诊断系统不仅适用于诊断设备故障，还提出了安全问题，充分利用了设备远程诊断的技术优势，信息安全是网络安全的核心，是数据通信安全的重要研究热点，网络通信安全发展了多种网络安全技术，如数据加密和虚拟专用网技术，防火墙和错误识别方法可以根据不同的网络安全要求采取相应的网络安全措施。

6.智能诊断和健康评估诊断

6.1 语言系统的建立

人们的思维、学习和成长是建立在周围健全的语言系统之上的，正是因为父母和其他人主导着语言的争论或形式，同时语言也是人类思想和文明发展的关键工具，创建合理有效的计算机语言系统也是智能化的一个关键要素，语言系统可以根据空间测控的特点，按照汉语语法定义要素，简化的、有针对性的语言系统可以用于其他领域。在错误诊断和纠正系统中，一切都被分类为物质、行为和状态。