唐揚(yáng) 劉承禹 胡科強(qiáng)

（1. 海軍工程大學(xué)兵器工程系，武漢430033; 2. 北京二炮研究院，北京100085）

1 引言

我軍現(xiàn)有大量武器裝備系統(tǒng)采用模擬系統(tǒng)，不具備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷功能。新研制的武器系統(tǒng)，對(duì)其工作的自檢查和故障的自診斷是系統(tǒng)研制過程中一項(xiàng)重要的內(nèi)容，也是所有新裝備的功能發(fā)展提高的一個(gè)方面；對(duì)于已經(jīng)服役的舊裝備，以前通常的做法是研制離線的故障檢測(cè)裝置，等系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，作為維修人員的檢查手段，這種做法對(duì)裝備的保障能發(fā)揮一定的作用，但不能進(jìn)行預(yù)防性的監(jiān)測(cè)。如何能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并作出分析判斷，同時(shí)具有故障診斷和在線處理的能力，對(duì)武器裝備的維護(hù)保養(yǎng)將發(fā)揮更有效的作用，更好地滿足部隊(duì)裝備保障訓(xùn)練的要求。

本文結(jié)合現(xiàn)役深彈發(fā)射裝置設(shè)計(jì)采用 NI PCI-6225數(shù)據(jù)采集卡，運(yùn)用虛擬儀器及其相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)檢測(cè)儀，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多路數(shù)據(jù)同時(shí)采集，具有采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)、狀態(tài)診斷等功能。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

由于檢測(cè)系統(tǒng)是針對(duì)現(xiàn)役的實(shí)際裝備，而同一型號(hào)裝備在不同類型的艦艇具有差異，設(shè)計(jì)時(shí)要分析裝備中帶有普遍性的問題，設(shè)計(jì)的模塊應(yīng)能解決不同艦艇上該型裝備的共同問題，同時(shí)也需給特殊的問題留有監(jiān)測(cè)備用接口。設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)盡量容易實(shí)現(xiàn)，操作簡便。同時(shí)需安全、可靠，使用時(shí)不能對(duì)原裝備的正常工作有任何影響，以低功耗和便攜為特點(diǎn)，考慮總體優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2 設(shè)計(jì)方案

深彈隨動(dòng)系統(tǒng)信號(hào)采集與檢測(cè)系統(tǒng)要完成的主要功能是監(jiān)測(cè)和檢查武器系統(tǒng)的工作狀態(tài)，監(jiān)測(cè)和分析工作狀態(tài)的依據(jù)是采集必要的工作信號(hào)，所以總體方案中信號(hào)采集系統(tǒng)的選取設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，其次是診斷軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)。

圖1 檢測(cè)儀總體設(shè)計(jì)框圖

深彈發(fā)射裝置其主要工作信號(hào)包括交流信號(hào)和直流信號(hào)，方案組成框圖如圖1所示，其中主機(jī)采用便攜式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)平臺(tái)，各功能組件采用插卡形式，采用的信號(hào)采集模塊為市購成熟的產(chǎn)品，并留有標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)充接口供更多信號(hào)和設(shè)備接入。

3 硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件系統(tǒng)分析

舊型深彈發(fā)射裝置主要特點(diǎn)是各控制部件、執(zhí)行部件分散，接線長而多。對(duì)于現(xiàn)役裝備，我們不能從工廠生產(chǎn)制造入手，改進(jìn)裝備增加檢測(cè)接口；而利用各種轉(zhuǎn)接電纜的空余芯線，簡單增加連線，只能得到很少的一部分信號(hào)，同時(shí)也要改動(dòng)裝備，不能滿足狀態(tài)監(jiān)測(cè)的需要。如何盡可能多的獲取系統(tǒng)的檢測(cè)點(diǎn)，又不改動(dòng)裝備和到處飛線，立足裝備本身，在不改動(dòng)原連線結(jié)構(gòu)前提下，設(shè)計(jì)信號(hào)的采集接口將需要的各種信號(hào)引出。

深彈發(fā)射裝置選取的直流信號(hào)都可以從控制柜上直接取信號(hào)，信號(hào)類型包括兩種直流電源信號(hào)，放大器和執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的相關(guān)特征信號(hào)以及誤差指示信號(hào)。

選取的交流信號(hào)也是直接從控制柜上采集，信號(hào)類型包括兩種交流電源信號(hào)，各部分自整角機(jī)的激磁信號(hào)和誤差剩余電壓。綜上所述，在系統(tǒng)分析原理的基礎(chǔ)上，本著能盡可能多和細(xì)的定位故障的原則，在盡可能少飛線或不飛線的條件下，對(duì)火箭深彈發(fā)射系統(tǒng)共選取 50個(gè)信號(hào)采集點(diǎn)，其中34路直流量檢測(cè)信號(hào)和16路交流量檢測(cè)信號(hào)，這 50路信號(hào)包括了發(fā)射系統(tǒng)的跟蹤瞄準(zhǔn)、發(fā)射控制、動(dòng)靜態(tài)性能和基本的電源信號(hào)，能夠很好的體現(xiàn)發(fā)射系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對(duì)原控制柜的連接電纜不用做任何調(diào)整，利用直接引線的方式接入信號(hào)調(diào)理箱。

為了體現(xiàn)便攜實(shí)用的原則，技術(shù)方案考慮采用由便攜式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和信號(hào)采集處理系統(tǒng)兩大模塊構(gòu)成，信號(hào)采集處理系統(tǒng)用來采集各種控制信號(hào)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用來開發(fā)軟件和對(duì)采集來的信號(hào)進(jìn)行處理?？刂葡到y(tǒng)的信號(hào)數(shù)量和種類比較多，這其中很多信號(hào)不能直接采集進(jìn)來，需設(shè)計(jì)合理的信號(hào)調(diào)理電路?？紤]信號(hào)的種類較多，信號(hào)采集卡的處理能力應(yīng)較強(qiáng)，擬選擇高性能多通道的信號(hào)采集卡信號(hào)采集卡PCI-6225。

3.2 信號(hào)調(diào)理電路

檢測(cè)儀器主要由微型計(jì)算機(jī)和信號(hào)測(cè)試處理板構(gòu)成。微型計(jì)算機(jī)及測(cè)試軟件用于對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行圖形顯示、幅值計(jì)算、相位比較及結(jié)果的存儲(chǔ)等等。

信號(hào)調(diào)理處理電路的功能是對(duì)外部直流測(cè)試信號(hào)和交流信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。在設(shè)計(jì)時(shí)把直流信號(hào)和交流信號(hào)分開，單獨(dú)設(shè)計(jì)成直流調(diào)理板和交流調(diào)理板，并考慮集中在一個(gè)信號(hào)調(diào)理箱內(nèi)。

信號(hào)調(diào)理原理框圖如圖2所示。

圖2 調(diào)理電路原理框圖

信號(hào)調(diào)理電路主要有信號(hào)采集接口、放大和信號(hào)合成電路、信號(hào)濾波電路和輸出接口電路組成，每一路信號(hào)處理電路的增益可調(diào)。

直流調(diào)理板原理圖3所示，在每個(gè)外接測(cè)試通道連接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)（MAX值），可通過調(diào)整每一通道的多圈電位器（10K），在輸出 68芯插座的相應(yīng)引腳上，測(cè)試到應(yīng)為5 V電壓值，故放大倍數(shù)Vout/Vin=K。

圖3 直流調(diào)理板原理

圖4 交流調(diào)理板原理

圖4為交流調(diào)理板原理，在輸出 68芯插座的相應(yīng)引腳，放大倍數(shù)Vout/Vin=K。

4 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

4.1 軟件框架設(shè)計(jì)

軟件主要分四個(gè)模塊，系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)靜態(tài)檢測(cè)、單機(jī)工作狀態(tài)檢測(cè)和單機(jī)動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)。程序總體結(jié)構(gòu)框圖如圖5。

圖5 程序總體結(jié)構(gòu)框圖

4.2 數(shù)據(jù)安全

為提供系統(tǒng)安全，用戶登錄與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用MD5加密算法。

4.3 狀態(tài)檢測(cè)程序

全炮狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)測(cè)全部電路信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)時(shí)進(jìn)行提示，判斷狀態(tài)原因、位置等信息。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)根據(jù)部隊(duì)的實(shí)際狀況以及現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，在對(duì)深彈發(fā)射裝置分析的基礎(chǔ)上，使用信號(hào)采集處理技術(shù)及虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)深彈發(fā)射裝置進(jìn)行在線狀態(tài)檢測(cè)。系統(tǒng)具備多通道數(shù)據(jù)采集以及保存和回放歷史記錄的功能，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)深彈發(fā)射裝置的故障檢測(cè)和診斷。

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