摘要:基于PXI總線和LabVIEW技術(shù),構(gòu)建了無源干擾設(shè)備測(cè)試診斷系統(tǒng),可完成無源干擾設(shè)備各種功能、性能參數(shù)快速、準(zhǔn)確地測(cè)試,并依據(jù)測(cè)試結(jié)果,進(jìn)行故障診斷,給出維修策略。硬件平臺(tái)基于高性價(jià)比的PXI,測(cè)試程序采用LabVIEW開發(fā),故障診斷程序采用INCON 2.O開發(fā),用戶只需鍵盤、鼠標(biāo)操作即可完成復(fù)雜的測(cè)試和故障診斷。結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有通用性、開放性,用戶界面友好、操作方便,測(cè)試和排故障效率高,有效節(jié)省了測(cè)試成本和維護(hù)保障費(fèi)用。
關(guān)鍵詞:無源干擾設(shè)備;自動(dòng)測(cè)試;故障診斷;PXI總線;LabVIEW
0 引言
隨著多種新型電子器件的應(yīng)用,無源干擾設(shè)備的發(fā)展已進(jìn)入了以總線技術(shù)為主的第三階段,使得其功能越來越強(qiáng),自動(dòng)化程度越來越高,結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜而緊湊,大大加重了測(cè)試和故障診斷的難度。而在設(shè)備的實(shí)際使用中,為保證安全性和有效性,要求能對(duì)無源干擾設(shè)備進(jìn)行以性能測(cè)試和故障診斷為主的技術(shù)保障。要求既要快速、精確地完成無源干擾設(shè)備整機(jī)各功能、性能參數(shù)的測(cè)試,又要單獨(dú)對(duì)分機(jī)進(jìn)行測(cè)試和故障診斷并排除故障。因此,研制和開發(fā)適合新一代無源干擾設(shè)備技術(shù)保障要求的測(cè)試診斷系統(tǒng)具有重要意義。
本文采用PXI總線和LabVIEW技術(shù)組建了一個(gè)用于無源干擾設(shè)備二線檢測(cè)維修的測(cè)試診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用NI公司的PXI模塊化產(chǎn)品,配合自研的適配器,完成所需測(cè)量和控制信號(hào)的獲取和產(chǎn)生,通過程序計(jì)算分析所得數(shù)據(jù),最終由智能分析系統(tǒng)完成無源干擾設(shè)備的故障診斷,具有測(cè)試診斷快、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、使用方便的特點(diǎn)。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
自動(dòng)測(cè)試和智能故障診斷平臺(tái)主要由控制器、儀器資源、開關(guān)系統(tǒng)、信號(hào)接口裝置等硬件和安裝在控制器內(nèi)的測(cè)試診斷軟件組成。本測(cè)試診斷系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
測(cè)試診斷系統(tǒng)硬件由自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)和接口適配器(TUA)等組成。其原理組成框圖如圖2所示。
ATE主要提供各被測(cè)件所需的硬件測(cè)試資源和系統(tǒng)自身運(yùn)行所需的硬件資源。按目前的測(cè)控技術(shù)環(huán)境,設(shè)計(jì)者選擇基于VXI,PXI等標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)的貨架產(chǎn)品是構(gòu)建ATE高效、快捷的最優(yōu)途徑?;趯?duì)體積、重量、機(jī)動(dòng)性等的考慮,本系統(tǒng)采用PXI+GPIB總線的混合結(jié)構(gòu),由PXI總線儀器、GPIB總線程控直流電源等組成。
1.1.1 PXI總線儀器
PXI(PCI Extensions for Instrumentation,面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展)是一種高性價(jià)比的基于PC的自動(dòng)化測(cè)量平臺(tái)。系統(tǒng)選用3U尺寸的大功率14槽機(jī)箱NI PXI-1044,該機(jī)箱集成了PXI規(guī)范要求的冷卻系統(tǒng);控制計(jì)算機(jī)采用嵌入式控制器NI PXI-8105作為整個(gè)測(cè)試診斷系統(tǒng)的主控機(jī),它內(nèi)含2.0 GHz的Inetel雙核處理器、2 GB內(nèi)存、60 GB硬盤、1個(gè)RS 232接口、4個(gè)USB接口、1個(gè)GPIB接口。儀器模塊包括ACX1553,PXI-2503,PXI-4055,PXI-6254,PXI 5509,PXI-6514。
雙通道MIL-STD-1553B PXI模塊ACX1553用于模擬和測(cè)試機(jī)上多功能顯示器和控制器間通信的MIL-STD-1553B數(shù)據(jù);兩塊48×1線矩陣開關(guān)PXI-2503用于切換各種測(cè)量信號(hào);位數(shù)字多用表PXI-4065用于測(cè)量各種電壓、電阻;3塊32通道、16位數(shù)據(jù)采集模塊PXI-6254用于72路箔條或36路紅外點(diǎn)火脈沖幅度、寬度的采集;96通道數(shù)字I/O模塊PXI-6509用于模擬彈種識(shí)別等TTL電平信號(hào);64通道工業(yè)數(shù)字I/OPXI-6514用于模擬干擾彈投放28 V電平信號(hào)。
1.1.2 GPIB總線儀器
本系統(tǒng)采用AglientN5766大功率直流電源,以提供被測(cè)件整機(jī)及各分機(jī)所需各種直流電源。
1.1.3 接口適配器
接口適配器是被測(cè)無源干擾設(shè)備信號(hào)的預(yù)處理和轉(zhuǎn)接裝置,完成所有被測(cè)件與PXI總線儀器、大功率直流電源接口的機(jī)械、電氣連接。接口適配器主要由信號(hào)調(diào)理板、資源分配板、繼電器控制板等組成。信號(hào)調(diào)理板主要完成各種PXI模塊資源信號(hào)和被測(cè)件所需信號(hào)的匹配、調(diào)理;資源分配板將各PXI模塊資源分配至適配器前面板的被測(cè)件接口及信號(hào)調(diào)理板中;繼電器控制板主要完成對(duì)4種外場(chǎng)可更換單元(IRU)的電源供給控制。
1.1.4 連接電纜
連接電纜有4種:第一種是PXI模塊、大功率直流電源和接口適配器間的輸入/輸出電纜;第二種是連接適配器和被測(cè)件的測(cè)試電纜;第三種是系統(tǒng)自檢電纜;第四種是系統(tǒng)計(jì)量電纜。
1.1.5 容箱
為了滿足用戶的機(jī)動(dòng)性需求,本系統(tǒng)采用2個(gè)進(jìn)口防震機(jī)箱,選用ECS公司7000系列10U高度的產(chǎn)品,儀器安裝標(biāo)準(zhǔn)為19英寸,機(jī)箱深度為910 mm。
1.1.6 被測(cè)件
在本系統(tǒng)中,被測(cè)件(UUT)是一套無源干擾設(shè)備,它包括電磁濾波器、控制器、順序器、發(fā)射器等4種類別的9個(gè)LRU。
1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件是測(cè)試診斷系統(tǒng)的運(yùn)行核心。無源干擾設(shè)備測(cè)試診斷系統(tǒng)軟件部分以Windows XP為操作系統(tǒng)、以基于“圖形”的集成化程序開發(fā)環(huán)境LabVIEW為測(cè)試程序開發(fā)平臺(tái)、以基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、專家系統(tǒng)的INCON 2.0為故障診斷推理平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì),負(fù)責(zé)完成測(cè)試流程的控制、測(cè)試數(shù)據(jù)的分析、測(cè)試結(jié)果的記錄等功能。它采用模塊化設(shè)計(jì),主要包括:系統(tǒng)管理模塊、儀器驅(qū)動(dòng)模塊、系統(tǒng)自檢模塊、系統(tǒng)計(jì)量模塊、設(shè)備測(cè)試模塊、故障診斷模塊、數(shù)據(jù)管理模塊等,其軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
系統(tǒng)管理模塊:負(fù)責(zé)進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的設(shè)置、測(cè)試項(xiàng)目管理、身份驗(yàn)證、用戶管理等,是系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的管理中心。
儀器驅(qū)動(dòng)模塊:它是測(cè)試程序與系統(tǒng)儀器的橋梁,每一個(gè)儀器都有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。
系統(tǒng)自檢模塊:負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)自檢。自檢不通過時(shí),自動(dòng)對(duì)儀器進(jìn)行軟件校準(zhǔn)。
系統(tǒng)計(jì)量模塊:用于完成各種待計(jì)量信號(hào)的產(chǎn)生,它和計(jì)量電纜、計(jì)量儀器配合,完成對(duì)系統(tǒng)儀器的計(jì)量和校準(zhǔn)。
設(shè)備測(cè)試模塊:用于完成無源干擾設(shè)備整機(jī)和各LRU性能、功能的測(cè)試,它是決定能否完成測(cè)試,保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠的重要因素。
故障診斷模塊:用于完成無源干擾設(shè)備各LRU的故障診斷和定位,它是決定完成故障診斷功能,保證故障診斷結(jié)果準(zhǔn)確的重要因素。
數(shù)據(jù)管理模塊:用于管理軟件中用到的各種數(shù)據(jù),包括專家知識(shí)庫、測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)庫、診斷結(jié)果數(shù)據(jù)庫、用戶權(quán)限數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)庫等。
系統(tǒng)幫助模塊:包括系統(tǒng)功能介紹和操作指南,用于用戶自我培訓(xùn)、鞏固性學(xué)習(xí)、信息查詢。
2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
無源干擾設(shè)備測(cè)試診斷系統(tǒng)的主要功能如下:
(1)實(shí)現(xiàn)無源干擾設(shè)備整機(jī)指標(biāo)的測(cè)試;
(2)實(shí)現(xiàn)無源干擾設(shè)備各LRU全部功能和性能指標(biāo)的定期檢測(cè);
(3)具有故障診斷功能,故障定位到內(nèi)場(chǎng)可更換單元SRU,個(gè)別定位到功能電路或關(guān)鍵元器件;
(4)具有測(cè)試數(shù)據(jù)及故障診斷結(jié)果的存儲(chǔ)、記錄、分析、打印功能;
(5)具有自檢功能;
(6)留有計(jì)量接口,與計(jì)量儀器配合,可完成系統(tǒng)儀器的計(jì)量和校準(zhǔn)。
3 測(cè)試診斷流程
根據(jù)無源干擾設(shè)備的特點(diǎn)和用戶需求,本系統(tǒng)采用了并行分級(jí)的測(cè)試思想。用戶可根據(jù)需要選擇進(jìn)行整機(jī)測(cè)試還是分機(jī)測(cè)試。第一級(jí)對(duì)整機(jī)測(cè)試;第二級(jí)對(duì)分機(jī)進(jìn)行功能、性能測(cè)試和診斷,故障定位到SRU,LRU接口信息豐富,可定位至功能電路,個(gè)別可定位至元件級(jí)。圖4示意了無源干擾設(shè)備的測(cè)試診斷流程。
測(cè)試診斷步驟如下:
(1)開機(jī),用戶身份驗(yàn)證后,進(jìn)行系統(tǒng)自檢。
(2)系統(tǒng)自檢通過后,進(jìn)入無源干擾設(shè)備測(cè)試環(huán)境,用戶可選擇進(jìn)行整機(jī)指標(biāo)測(cè)試還是分機(jī)測(cè)試。若系統(tǒng)自檢失敗,可啟動(dòng)系統(tǒng)自校功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后,再次進(jìn)行系統(tǒng)自檢。
(3)若用戶選擇整機(jī)測(cè)試,則可測(cè)量設(shè)備履歷本要求的所有指標(biāo)。用戶可按項(xiàng)目選擇測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試次數(shù),設(shè)定后系統(tǒng)自動(dòng)逐一進(jìn)行測(cè)量。若指標(biāo)正常,輸出測(cè)試結(jié)果,測(cè)試結(jié)束;若指標(biāo)不正常,則進(jìn)行分機(jī)測(cè)試。
(4)若用戶選擇分機(jī)測(cè)試,可選擇LRU進(jìn)行測(cè)試。
(5)具體LRU測(cè)試時(shí),用戶亦可按項(xiàng)目選擇測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試次數(shù),設(shè)定后系統(tǒng)自動(dòng)逐一進(jìn)行測(cè)量。若指標(biāo)正常,給出正常的結(jié)論,輸出測(cè)試結(jié)果,測(cè)試結(jié)束;若指標(biāo)不正常,則調(diào)入相應(yīng)故障診斷軟件進(jìn)行故障診斷,給出診斷結(jié)果和進(jìn)行維修的專家建議。
4 結(jié)論
基于PXI總線和LabVIEW技術(shù)的無源干擾設(shè)備測(cè)試診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì),從技術(shù)方案的確立、硬件集成到軟件開發(fā)等方面都遵從了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)思想,它具有很強(qiáng)的通用性、開放性,用戶可根據(jù)需要擴(kuò)展,使其可對(duì)其他同類被測(cè)對(duì)象進(jìn)行測(cè)試和故障診斷。擴(kuò)展時(shí)只需設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試電纜、編寫相應(yīng)的測(cè)試和故障診斷程序。實(shí)踐表明,該系統(tǒng)用戶界面友好,操作方便,可滿足用戶對(duì)無源干擾設(shè)備二線保障的要求,測(cè)試和排故障效率高,有效節(jié)省了測(cè)試成本和維護(hù)保障費(fèi)用,具有較高的軍事和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。