導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備智能巡檢儀

作者 崔洪亮 火箭軍士官學(xué)校(山東 濰坊 262500)

　　*基金項目：科研預(yù)研基金資助項目(編號：EP153223)

　　崔洪亮(1981-)，男，碩士，講師，研究方向：導(dǎo)彈測試與控制方面的教學(xué)與研究。

摘要：從分析導(dǎo)彈陣地空調(diào)設(shè)備的特點及目前陣地空調(diào)設(shè)備管理存在的問題出發(fā)，研制了導(dǎo)彈陣地空調(diào)設(shè)備智能巡檢儀;簡單介紹了導(dǎo)彈陣地空調(diào)設(shè)備智能巡檢儀的整體設(shè)計思路，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)硬件各功能模塊的設(shè)計思路和系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)方法。

0 引言

　　導(dǎo)彈陣地是導(dǎo)彈武器貯存、人員生存及作戰(zhàn)演習(xí)之依托，其通風(fēng)空調(diào)與給排水等綜合保障能力是部隊順利實施作戰(zhàn)的重要基礎(chǔ)和前提。陣地空調(diào)、排水、通風(fēng)等設(shè)備是實施陣地綜合保障的主要手段，具有數(shù)量龐大、種類繁多、大區(qū)域分散布置、常年連續(xù)運行等特點，隨著陣地相關(guān)設(shè)備技術(shù)更新，使單臺設(shè)備的技術(shù)保障、系統(tǒng)級的維修決策、備附件的使用管理等難度急劇增大，現(xiàn)有的人工巡視、事后檢修、獨立保障等傳統(tǒng)技術(shù)手段和經(jīng)驗做法已無法可靠、高效地實現(xiàn)陣地空調(diào)、排水、通風(fēng)等電氣設(shè)備的安全運行與快速維修保障，也難以確保陣地環(huán)境的有效保障。

　　為了滿足導(dǎo)彈陣地空調(diào)、排水、通風(fēng)等電氣設(shè)備管理現(xiàn)代化的需求，實現(xiàn)導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備巡檢工作的自動化、高效化，減輕陣地管理人員的勞動強(qiáng)度、提高工作質(zhì)量，進(jìn)而提高陣地的綜合保障能力，利用較為成熟的嵌入式PC/104計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)測、診斷和維修技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，研制導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備智能巡檢儀，實現(xiàn)導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程化和網(wǎng)絡(luò)化管理，通過導(dǎo)彈陣地網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)信息、技術(shù)、資源的共享，方便陣管專家的遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)指導(dǎo)和技術(shù)支持，提高陣地電氣設(shè)備故障維修的速度和效率，解決目前導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備管理過程中遇到的技術(shù)難題。

1 巡檢系統(tǒng)需求分析

　　導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)是以實現(xiàn)導(dǎo)彈陣地空調(diào)、排水、通風(fēng)等電氣設(shè)備高效穩(wěn)定運行、精細(xì)化規(guī)范管理為目標(biāo)的信息化管理程序，通過導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化巡視作業(yè)和定期巡回檢查建立信息平臺，按照預(yù)先設(shè)定好的計劃和任務(wù)，進(jìn)行全方位、全過程、全設(shè)備管理，能夠快捷準(zhǔn)確有效地進(jìn)行巡檢，系統(tǒng)將現(xiàn)場所采集到的信息數(shù)據(jù)及時地進(jìn)行分析處理，使導(dǎo)彈陣地管理人員能夠直觀地覺察到各類空調(diào)、排水、通風(fēng)等電氣設(shè)備的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)和處理導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備運行中出現(xiàn)的異常、缺陷和隱患，保證導(dǎo)彈陣地空調(diào)、排水、通風(fēng)等電氣設(shè)備能夠穩(wěn)定、安全、可靠地運行，實現(xiàn)導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備運行管理工作的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化。

　　由陣地空調(diào)、排水、通風(fēng)等電氣設(shè)備數(shù)字化檢測與維修保障系統(tǒng)的特點可知，智能巡檢儀是點檢工作站中設(shè)備狀態(tài)信息的采集設(shè)備，系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾項功能：從點檢工作站下載巡檢任務(wù)，按照巡檢計劃中檢測點參數(shù)的設(shè)定采集并保存測量數(shù)據(jù)，而后將保存在系統(tǒng)上的測量數(shù)據(jù)通過通訊接口上傳到點檢工作站，進(jìn)而通過局域網(wǎng)保存到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。由此可見，巡檢系統(tǒng)應(yīng)具有便攜性的特點，同時除了能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的信號采集分析的基本功能外，還能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的巡檢功能。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)首先通過點檢方式獲取動態(tài)的陣地空調(diào)、排水、通風(fēng)等電氣設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，接著經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和故障診斷得出設(shè)備狀態(tài)，然后由狀態(tài)來驅(qū)動維修計劃的生成，從而實現(xiàn)“動態(tài)”的導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備管理機(jī)制。

　　在系統(tǒng)的總體組成上，導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的大規(guī)模分散采集為整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它為系統(tǒng)提供了設(shè)備狀態(tài)檢測和維修保障所需的數(shù)據(jù)來源。它的功能主要是完成對設(shè)備特征信號的采集及數(shù)據(jù)分析處理，同時能在上位機(jī)的支持下完成對大量電氣設(shè)備特征信號的采集、存儲，并能將數(shù)據(jù)上傳回上位機(jī)，即巡回式檢測。其作用可以通過圖1點檢工作站結(jié)構(gòu)框圖直觀顯示出來。

　　該點檢工作站首先利用前期巡檢積累的設(shè)備工作參數(shù)建立工作站數(shù)據(jù)庫，然后點檢管理人員根據(jù)任務(wù)需要制定相應(yīng)的點檢計劃，并將點檢計劃下達(dá)到智能巡檢系統(tǒng)中，智能巡檢系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，并將點檢數(shù)據(jù)及時地進(jìn)行回收，最后對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，若有異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)，智能巡檢系統(tǒng)將及時地進(jìn)行診斷，而后啟動數(shù)據(jù)上傳程序，將新采集到的數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)

　　根據(jù)導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備數(shù)字化檢測與維修保障的總體功能要求，結(jié)合導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備的工作原理和特點，利用較為成熟的嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)，結(jié)合先進(jìn)的自動控制技術(shù)和智能檢測技術(shù)，確定了基于PC/104的導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備智能巡檢儀的硬件結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

　　系統(tǒng)以PC/104嵌入式計算機(jī)為核心，采用模塊化設(shè)計，根據(jù)其功能可設(shè)計成五個模塊：信號采集與處理模塊、系統(tǒng)控制模塊、巡檢功能模塊、系統(tǒng)自檢模塊和電源智能控制模塊。

　　(1)信號采集與處理模塊。此模塊根據(jù)信號的技術(shù)參數(shù)的不同，采用不同的采集方法，根據(jù)空調(diào)、排水、通風(fēng)等電氣設(shè)備的運行狀態(tài)和工作流程，適時地對不同信號分別進(jìn)行采集，并轉(zhuǎn)換為計算機(jī)系統(tǒng)所能識別的數(shù)字量，為導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備智能巡檢儀的在線分析、數(shù)據(jù)判讀提供事實數(shù)據(jù)，該模塊主要包括加速度傳感器及其測量電路、放大濾波電路、積分電路和紅外測溫模塊電路。

　　(2)系統(tǒng)控制模塊。此模塊包括PC/104嵌入式計算機(jī)控制系統(tǒng)及外圍電路。其中PC/104嵌入式計算機(jī)為巡檢系統(tǒng)的核心，它完成巡檢系統(tǒng)對導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備的性能進(jìn)行動態(tài)分析，并實現(xiàn)對導(dǎo)彈陣地空調(diào)、排水、通風(fēng)等電氣設(shè)備的運行控制;PC/104嵌入式計算機(jī)外圍電路包括液晶顯示電路和鍵盤輸入電路，液晶顯示電路完成采集信號的數(shù)據(jù)顯示，鍵盤輸入電路完成人機(jī)交互實現(xiàn)對巡檢系統(tǒng)的控制。

　　(3)巡檢功能模塊。此模塊包括導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備識別、Flash存儲器和接口電路。其中，導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備識別實現(xiàn)導(dǎo)彈陣地各類電氣設(shè)備的身份編號識別，其編號可為巡檢提供任務(wù)清單，從而方便巡檢任務(wù)的執(zhí)行;Flash存儲器實現(xiàn)系統(tǒng)對巡檢任務(wù)和巡檢數(shù)據(jù)的存儲;USB接口電路為PC/104嵌入式計算機(jī)所集成，它主要實現(xiàn)上位機(jī)與巡檢儀之間的數(shù)據(jù)傳輸，包括巡檢計劃的下達(dá)、巡檢結(jié)果的上傳等功能。

　　(4)系統(tǒng)自檢模塊。此模塊是為巡檢儀提供激勵信號源。在系統(tǒng)進(jìn)行自檢時，自檢激勵信號才通過通道選擇接入測試系統(tǒng)，同時外部輸入通道被斷開，既保證了系統(tǒng)自檢覆蓋范圍，又不會影響被測設(shè)備。

　　(5)電源智能控制模塊。此模塊主要是為系統(tǒng)提供各種工作電壓和對內(nèi)部可充電電池監(jiān)控管理。系統(tǒng)的供電方式有兩種：220V交流供電和內(nèi)部電池直流供電，兩種方式根據(jù)實際用電情況自動切換，方便巡檢儀的操作使用，減少對環(huán)境條件的過分依賴，同時也有效防止突然斷電造成數(shù)據(jù)的丟失。此外，該模塊實時檢測內(nèi)部充電電池的電量，當(dāng)電量過低時發(fā)出報警信號。設(shè)計完成后的巡檢儀硬件成品如圖3所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

　　在對導(dǎo)彈陣地各類電氣設(shè)備的工作原理和特點進(jìn)行深入分析研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)智能巡檢儀的功能需求和實際測試的工作流程，結(jié)合硬件系統(tǒng)的設(shè)計，采用模塊化設(shè)計思想，將系統(tǒng)軟件設(shè)計分成兩大部分：一是信息傳輸模塊程序設(shè)計，包括巡檢任務(wù)的下載和巡檢結(jié)果的上傳兩個模塊;二是巡檢功能模塊程序設(shè)計，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、電源管理模塊、設(shè)備識別模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊等。另外還包括與上位機(jī)通訊的USB通信模塊及人機(jī)交互模塊等。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

　　系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計思想進(jìn)行設(shè)計，主要由主程序、巡檢儀自檢子程序、聲光報警子程序、電源智能管理子程序以及LCD顯示子程序等組成，為了有利于程序結(jié)構(gòu)化，主程序采用C語言編寫。系統(tǒng)主程序流程如圖5所示。

　　巡檢人員下載巡檢任務(wù)后，選擇任務(wù)類型，根據(jù)任務(wù)指示進(jìn)行操作，如果是計劃任務(wù)則可以直接根據(jù)電子識別裝置讀出電氣設(shè)備編號進(jìn)而調(diào)出該設(shè)備的任務(wù)清單，然后依次完成信號的采集和存儲;如果是臨時任務(wù)，則需要巡檢人員手工記錄測點位置和對應(yīng)得任務(wù)序號，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和存儲。待巡檢任務(wù)全部完成后，將存儲在巡檢儀內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過USB接口傳送給上位機(jī)，巡檢儀的任務(wù)到此完成。

5 結(jié)論

　　本文研制的導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備智能巡檢儀采用先進(jìn)的自動測試與控制技術(shù)，縮短了陣地電氣設(shè)備故障維修的時間，減小了陣地管理人員的工作強(qiáng)度，提高了導(dǎo)彈陣地的綜合保障能力;系統(tǒng)采用成熟的嵌入式計算機(jī)控制技術(shù)和USB數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，利用現(xiàn)有的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，具有開發(fā)周期短、造價低廉、穩(wěn)定性好、可靠性高、操作簡便、界面友好、實用性強(qiáng)等特點;系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件均采用模塊化設(shè)計思想，便于系統(tǒng)維護(hù)管理，可擴(kuò)展性和可移植性強(qiáng)。經(jīng)過在本單位實驗室的多次試驗和某導(dǎo)彈陣地的多次試用，試驗結(jié)果表明系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了導(dǎo)彈陣地分布式電氣設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理、設(shè)備集中式狀態(tài)分析、故障檢測和維修決策等功能，保證了導(dǎo)彈陣地空調(diào)設(shè)備安全、可靠、穩(wěn)定運行，實現(xiàn)了導(dǎo)彈陣地電氣設(shè)備運行管理工作的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化，具有較大的軍事意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

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　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第9期第36頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。