導彈陣地電氣設備智能巡檢儀

作者 崔洪亮 火箭軍士官學校(山東 濰坊 262500)

　　*基金項目：科研預研基金資助項目(編號：EP153223)

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

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

0 引言

　　導彈陣地是導彈武器貯存、人員生存及作戰(zhàn)演習之依托，其通風空調(diào)與給排水等綜合保障能力是部隊順利實施作戰(zhàn)的重要基礎和前提。陣地空調(diào)、排水、通風等設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，隨著陣地相關設備技術更新，使單臺設備的技術保障、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、通風等電氣設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。

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

1 巡檢系統(tǒng)需求分析

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

　　由陣地空調(diào)、排水、通風等電氣設備數(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備狀態(tài)信息的采集設備，系統(tǒng)應具備以下幾項功能：從點檢工作站下載巡檢任務，按照巡檢計劃中檢測點參數(shù)的設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，進而通過局域網(wǎng)保存到網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫。由此可見，巡檢系統(tǒng)應具有便攜性的特點，同時除了能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的信號采集分析的基本功能外，還能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的巡檢功能。

2 系統(tǒng)總體結構

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

　　在系統(tǒng)的總體組成上，導彈陣地電氣設備狀態(tài)數(shù)據(jù)的大規(guī)模分散采集為整個系統(tǒng)的基礎，它為系統(tǒng)提供了設備狀態(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備特征信號的采集及數(shù)據(jù)分析處理，同時能在上位機的支持下完成對大量電氣設備特征信號的采集、存儲，并能將數(shù)據(jù)上傳回上位機，即巡回式檢測。其作用可以通過圖1點檢工作站結構框圖直觀顯示出來。

　　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)任務需要制定相應的點檢計劃，并將點檢計劃下達到智能巡檢系統(tǒng)中，智能巡檢系統(tǒng)進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，并將點檢數(shù)據(jù)及時地進行回收，最后對所采集的數(shù)據(jù)進行數(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)傳送到服務器數(shù)據(jù)庫中。

3 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)

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

　　系統(tǒng)以PC/104嵌入式計算機為核心，采用模塊化設計，根據(jù)其功能可設計成五個模塊：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、通風等電氣設備的運行狀態(tài)和工作流程，適時地對不同信號分別進行采集，并轉換為計算機系統(tǒng)所能識別的數(shù)字量，為導彈陣地電氣設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嵌入式計算機控制系統(tǒng)及外圍電路。其中PC/104嵌入式計算機為巡檢系統(tǒng)的核心，它完成巡檢系統(tǒng)對導彈陣地電氣設備的性能進行動態(tài)分析，并實現(xiàn)對導彈陣地空調(diào)、排水、通風等電氣設備的運行控制;PC/104嵌入式計算機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。此模塊包括導彈陣地電氣設備識別、Flash存儲器和接口電路。其中，導彈陣地電氣設備識別實現(xiàn)導彈陣地各類電氣設備的身份編號識別，其編號可為巡檢提供任務清單，從而方便巡檢任務的執(zhí)行;Flash存儲器實現(xiàn)系統(tǒng)對巡檢任務和巡檢數(shù)據(jù)的存儲;USB接口電路為PC/104嵌入式計算機所集成，它主要實現(xiàn)上位機與巡檢儀之間的數(shù)據(jù)傳輸，包括巡檢計劃的下達、巡檢結果的上傳等功能。

　　(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，當電量過低時發(fā)出報警信號。設計完成后的巡檢儀硬件成品如圖3所示。

4 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)

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

　　系統(tǒng)軟件采用模塊化設計思想進行設計，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，為了有利于程序結構化，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后，選擇任務類型，根據(jù)任務指示進行操作，如果是計劃任務則可以直接根據(jù)電子識別裝置讀出電氣設備編號進而調(diào)出該設備的任務清單，然后依次完成信號的采集和存儲;如果是臨時任務，則需要巡檢人員手工記錄測點位置和對應得任務序號，然后再進行數(shù)據(jù)的采集和存儲。待巡檢任務全部完成后，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，巡檢儀的任務到此完成。

5 結論

　　本文研制的導彈陣地電氣設備智能巡檢儀采用先進的自動測試與控制技術，縮短了陣地電氣設備故障維修的時間，減小了陣地管理人員的工作強度，提高了導彈陣地的綜合保障能力;系統(tǒng)采用成熟的嵌入式計算機控制技術和USB數(shù)據(jù)傳輸技術，利用現(xiàn)有的內(nèi)部網(wǎng)絡，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、實用性強等特點;系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件均采用模塊化設計思想，便于系統(tǒng)維護管理，可擴展性和可移植性強。經(jīng)過在本單位實驗室的多次試驗和某導彈陣地的多次試用，試驗結果表明系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了導彈陣地分布式電氣設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理、設備集中式狀態(tài)分析、故障檢測和維修決策等功能，保證了導彈陣地空調(diào)設備安全、可靠、穩(wěn)定運行，實現(xiàn)了導彈陣地電氣設備運行管理工作的規(guī)范化、標準化、精細化，具有較大的軍事意義和顯著的經(jīng)濟效益。

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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。