测控装备远程故障诊断研究

李彩容

摘要：针对传统装备故障诊断模式，提出构建测控装备远程故障诊断系统的必要性。给出了系统构建模型，分析了系统组成及工作原理，并就实现测控装备远程故障诊断需要解决的关键技术问题进行了阐述。

关键词：故障诊断；虚拟仪器；测试

中图分类号：TP306 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）01-0094-02

0 引言

为了满足测量需求，需配备多种类型、多种型号的测控装备，如光测、雷测、遥测等。为实现全面覆盖的测控网络，很多测控装备分布在高山、海岛，受气候环境、装备转场、使用寿命等的影响，装备在使用过程中难免会存在故障突发的问题，而测控装备保障人员的技术水平也存在一定的差异，有时就会形成现场的保障人员解决不了突发故障，而能解决突发故障的人员不在现场的局面，显然，临时选派熟悉装备性能的维修人员赶赴现场进行维修、排故会使各项活动进程延后，甚至改变进程的活动计划，给整个行动带来不可估量的损失。若建立了完善的测控装备远程诊断系统，则会大大提高装备快速保障能力，为行动的顺利进行提供安全保障。

1 建立测控装备远程故障诊断系统的必要性

故障诊断即运用所学知识综合处理被诊断对象的运行状态与相关信息，并在此基础上评估和诊断系统运行状态与故障的过程[1]。传统的故障诊断模式是一种封闭、孤立的系统运行模式，多通过口头以及书面描述故障现象来寻求故障诊断指导和帮助，这种方式对排除一般故障能起到一定作用，但对于复杂问题的解决则起不到作用。要想解决较为复杂的故障问题，只有指派技术水平较高的维修保障人员赶往现场进行检测维修，由于受到地域、资源等的限制，装备维修保障的及时性无法保障，且高水平保障人员数量也有限，故障发生时，可能该类人员正在其它地方进行装备保障，无法赶往现场。因此，建立适合实际测量需求的测控装备远程诊断系统，实现装备保障信息化，有效解决测控装备保障人员在复杂装备保障过程中保障效能不足的问题十分必要。

2 系统模型设计

2.1 系统组成

测控装备远程故障诊断系统硬件由测控装备检测终端、中心站诊断系统和用于信息交互的网络线缆三个部分组成。装备检测终端硬件主要包括计算机、数据采集适配器、PXI测试单元及针对终端设备的测试仪表。中心站诊断系统硬件包括计算机、音频和视频录入设备、投影仪、大屏幕、网络设备以及其它一些辅助设备[2]。测控装备检测终端和中心站端诊断系统通过已有IP进行连接。

2.2 系统工作原理

测控装备远程故障诊断系统以现有的IP网络为基础，通过虚拟仪器技术实现装备检测终端的本地和远程检测。当装备出现故障，处在装备站点的保障人员无法解决时，可以先运行本地装备故障检测诊断软件，还是无法得出故障排除方案的情况下，登陆故障诊断中心的故障诊断软件，当此软件还是无法给出故障排除方案的时候，利用处在诊断中心的专家交互系统与技术专家进行交流。系統根据命令自动调用相关测试模块，专家通过视频内容分析得出故障解决方案，反馈给站点人员。系统功能框图如图1所示。

3 系统实现关键技术

要构建测控装备远程故障诊断体统，需首先解决以下几项关键技术问题。

3.1 远程故障诊断技术

远程故障诊断技术是将网络信息技术、现代通信技术应用于设备故障诊断。通常，中心端诊断系统和用户端诊断系统通过IP网络进行连接。故障发生时，用户端诊断系统接收中心端诊断系统发来的测试指令，用户端诊断系统通过现场数据采集模块进行现场信息的采集、处理及存储和显示，然后通过DataSocket的写操作把现场采集到的数据（数据、波形、频谱等）发送给网络数据库服务器。用户端技术人员与中心站专家可以通过音视频系统进行交流。中心站专家通过DataSocket读操作在用户端虚拟仪器界面再现现场采集的数据，最后通过LabView的信号分析模块将信号进行分析、处理，并结合故障树及故障字典提取出故障特征，将故障诊断结论通过LabView Web Server发送到客户端、指导现场进行排故与维修。

3.2 虚拟仪器技术

虚拟仪器（Virtual Instruments，简称VI）是数字信号处理与计算机技术结合的产物[3]。

与传统的测试仪器相比，虚拟仪器是将计算机硬件作为平台，利用其强大的软件功能对被测试设备的信号进行分析与处理。其实质是通过计算机的显示功能来模拟测试仪器的控制界面。虚拟仪器灵活性强，使用者可以根据自己的需求选择测试仪器和定义仪器功能，并可以方便地通过软件来进行调用和修改设置。虚拟仪器通过具有标准化接口的数据采集装置，如GPIB仪器、DAQ卡等，将采集的信号输入计算机，进过分析、处理，通过图形化的编程语言（具有代表性的是美国NI公司的LabView），将最终结果直观地呈现在使用者面前，且使用者利用鼠标、键盘就可以很方便地操作仪器。虚拟仪器主要由计算机硬件平台、I/O接口和软件构成，图2为虚拟仪器的组成框图。

3.3 仪器远程控制方法

远程控制端和检测终端通过IP进行连接。控制端通过输入被控端的IP地址和仪器名称，利用已设计的程控软件即可访问被控端测试仪器。此过程中，利用 DataSocket技术绑定数据的方法，传输仪器配置信息（IP、仪器名称等）；通过远程面板技术来实时传输仪器测量界面。被控端程序利用顺序结构嵌套条件型循环结构来实现仪器测量界面的远程传输[4]。首先，在第一帧中加载DataSocket服务，接在第二帧中，通过DataSocket获取被控制仪器的名称，依据获取的仪器名称，采用动态调用方式，在界面上显示仪器面板；而在请求控制端，程序通过动态加载Web服务，使相应的端口获取到被控仪器的远程面板，上述过程即为请求控制端对被控仪器的控制过程。控制端可以方便地实现对被控端测试仪器的启动、关闭、参数设置、数据接收及处理、显示等远程控制功能。

3.4 数据压缩算法

系统由于需要传输的信息较多，有系统、用户、装备的配置信息、测试数据、音视频信息等，且有些数据需是连续的（虚拟仪器波形界面），需要有足够多的采样点，包含的信息量大，如果直接传输，对现有网络来说是不可能实现的，因此必须对数据进行压缩处理，提高数据传输效能。在确保原始波形不失真的情况下，本系统采用数据抽取方法。通过采取合适的压缩方法、设置适当的压缩率来较少数据量。可采用的数据压缩方法有最大最小值法、均值法等。

3.5 网络安全技术

网络是把双刃剑。以网络为依托的远程故障诊断系统在为装备故障诊断提供便利的同时，也存在安全隐患的问题。怎样发挥装备远程故障诊断的技术优势，确保信息安全保密是关键。如今，人们已经把网络安全问题作为数据通讯领域一个重要的研究方向，为保证网络通讯安全开发出了诸多网络安全技术，如数据加密技术、虚拟专用网络技术、防火墙技术及身份确认技术等等。远程故障诊断可以依据不同的网络安全需求采取相应的网络安全措施。

4 结语

装备远程故障系统的构建可以使各站点保障人员及技术专家之间进行较好地技术交流，亦可提高装备保障故障诊断效能，缩短维修时间，减少人力、物力等的资源消耗，又可作为操作人员培训的一个新途径。

参考文献

[1] 张翔.远程故障诊断系统的现状及发展方向[J].运城学院学报，2014，32（2）：49-51.

[2] 王鑫.測控装备远程故障诊断系统设计与实现[D].吉林：吉林大学，2016.

[3] 宋彦达.远程检测技术在故障诊断系统中的应用[J].信息技术，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