尉廣軍 郭希維 吳宏偉 王 政

(1.軍械工程學(xué)院導(dǎo)彈工程系 石家莊 050003)(2.73101部隊(duì) 徐州 221008)(3.73061部隊(duì) 徐州 221008)

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某型號(hào)制導(dǎo)電子箱的檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

尉廣軍1郭希維1吳宏偉2王 政3

(1.軍械工程學(xué)院導(dǎo)彈工程系 石家莊 050003)(2.73101部隊(duì) 徐州 221008)(3.73061部隊(duì) 徐州 221008)

為解決現(xiàn)有導(dǎo)彈檢測(cè)設(shè)備存在的缺陷,設(shè)計(jì)了一種模塊化、通用化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化的綜合檢測(cè)修理平臺(tái)。論文介紹了系統(tǒng)的硬件組成以及基于Labwindows/CVI的軟件開發(fā)。通過(guò)部隊(duì)實(shí)踐證明,該系統(tǒng)具有重大軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的運(yùn)用前景。

制導(dǎo)電子箱;檢測(cè)系統(tǒng);虛擬儀器;數(shù)據(jù)采集

Class Number U169

1 引言

某型導(dǎo)彈是我國(guó)自行設(shè)計(jì)的第二代反坦克導(dǎo)彈武器系統(tǒng),用來(lái)攻擊敵方坦克及其它裝甲目標(biāo),也可以摧毀敵方的火力點(diǎn)和野戰(zhàn)工事,已經(jīng)大批量地裝備我軍部隊(duì)。隨著時(shí)間的推移,不可避免地出現(xiàn)了性能參數(shù)的變化以及頻繁的故障,這是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。由于原來(lái)的檢測(cè)設(shè)備年代久遠(yuǎn)及設(shè)計(jì)思想的局限,距部隊(duì)基層進(jìn)行裝備維修及提供指導(dǎo)的需要差距甚大,陸續(xù)研制的一些檢測(cè)設(shè)備主要是完成功能和性能檢測(cè),在故障診斷和維修上一直沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的突破。

針對(duì)以上問(wèn)題,設(shè)計(jì)一種模塊化、通用化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化的綜合檢測(cè)修理平臺(tái),對(duì)該型號(hào)導(dǎo)彈進(jìn)行功能檢測(cè)、性能檢測(cè)、故障診斷和維修。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的被檢測(cè)對(duì)象包括控制箱、紅外測(cè)角儀、一級(jí)檢測(cè)儀。根據(jù)以上被測(cè)對(duì)象所需電源、信號(hào)激勵(lì)、信號(hào)輸出,可以將被測(cè)信號(hào)統(tǒng)計(jì)為模擬電壓量和時(shí)間量信號(hào)兩大類。檢測(cè)系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、檢測(cè)調(diào)理組合模塊組成的模塊化儀器自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)管理和控制系統(tǒng)的運(yùn)行,是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心,完成的功能包括測(cè)試控制、故障診斷控制、用戶界面和數(shù)據(jù)顯示、系統(tǒng)管理等。

1) 測(cè)試控制:包括系統(tǒng)的自檢、檢測(cè)過(guò)程、測(cè)試資源配置與管理。

2) 故障診斷控制:包括控制系統(tǒng)故障診斷模式和診斷過(guò)程[1～3]。

3) 用戶界面和數(shù)據(jù)顯示:完成系統(tǒng)界面、虛擬儀器面板和測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示,并把測(cè)試和診斷結(jié)果存儲(chǔ)。

4) 系統(tǒng)管理:完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)的管理[4～5]。

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制下,由程控信號(hào)源模塊產(chǎn)生武器系統(tǒng)不同狀態(tài)下必要的工作條件,使其進(jìn)入相應(yīng)工作狀態(tài)。

程控信號(hào)源提供測(cè)試所需的模擬量和開關(guān)量信號(hào),主要由陀螺信號(hào)源、模擬直角電位、模擬紅外測(cè)角儀等電路組成,信號(hào)源電路原理框圖如圖2所示。

圖2 信號(hào)源電路原理框圖

直流模擬電壓經(jīng)濾波、整流放大或衰減至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換范圍之內(nèi),通過(guò)模擬開關(guān)送入A/D端口進(jìn)行測(cè)量;交流模擬電壓經(jīng)放大,再由AC-DC變換器整流成為直流模擬電壓,然后經(jīng)濾波、整流放大或衰減,通過(guò)模擬開關(guān)送入A/D端口進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)信號(hào)濾波有效抑止了信號(hào)脈動(dòng),克服了以前UY、UZ等信號(hào)測(cè)試不穩(wěn)定、跳躍大的問(wèn)題,從而保證了檢測(cè)和故障診斷的可靠性和準(zhǔn)確性。

3.2 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊主要完成對(duì)A/D和I/O端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

3.2.1 A/D模板

A/D模板在系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中,作為模擬量輸入接口板,在主機(jī)CPU控制下,完成被測(cè)模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的功能。

該系統(tǒng)選用NI公司的DAQ Card6024E,其基本性能為:模擬輸入16SE8DI、輸入精度12bits、采樣率200K;最大輸入范圍±10V;輸入增益1,10,100;模擬輸出2路、輸出精度12bits;8路I/O;2個(gè)24位/2MHz計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。

總線方式PCMCIA

DAQ Card6024E在整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中用于A/D、D/A轉(zhuǎn)換和時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生。

系統(tǒng)選用NI公司的DAQ Card6024E作為A/D轉(zhuǎn)換接口,要求模擬量的輸入范圍是±10V,因而直流模擬電壓必須經(jīng)放大或衰減至A/D轉(zhuǎn)換范圍之內(nèi),然后通過(guò)模擬開關(guān)送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的A/D端口進(jìn)行測(cè)量;交流模擬電壓經(jīng)放大或衰減,再由AC-DC變換器整流成為直流模擬電壓,然后通過(guò)模擬開關(guān)送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的A/D端口進(jìn)行測(cè)量。模擬量測(cè)試原理如圖3所示。

圖3 模擬量測(cè)試原理框圖

3.2.2 I/O模板

I/O模板在系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中,作為計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集模塊之間的數(shù)字I/O,在主機(jī)CPU控制下,完成計(jì)算機(jī)傳輸給數(shù)據(jù)采集模塊的控制命令信息,以及輸入數(shù)據(jù)采集模塊給計(jì)算機(jī)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息。

該系統(tǒng)選用數(shù)據(jù)采集模塊選用NI公司的DAQ Card DIO-24,其基本性能為:提供24路數(shù)字I/O;總線方式PCMCIA;用于開關(guān)量數(shù)據(jù)采集和產(chǎn)生控制指令,可端口讀寫亦可位(線)操作。

3.3 檢測(cè)調(diào)理組合模塊

檢測(cè)組合是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)武器系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試不可缺少的接口電路集合體。它接收計(jì)算機(jī)的控制指令,為武器系統(tǒng)提供必要的工作條件和電源,并對(duì)武器系統(tǒng)輸出的信號(hào)實(shí)施采樣并進(jìn)行處理(如數(shù)字濾波、抗干擾處理、放大衰減等),將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所能接受的模擬或數(shù)字信號(hào),輸送至計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)處理后輸出和保存測(cè)試結(jié)果。

檢測(cè)組合由條件模塊、信息預(yù)處理模塊、管理控制模塊幾部分組成。條件模塊包括:模擬紅外測(cè)角儀模塊、模擬彈信號(hào)及負(fù)載模塊、連接器及線纜模塊、程控信號(hào)源模塊、模擬一檢儀模塊、二次電源模塊;信息預(yù)處理模塊包括:預(yù)處理模塊、控制切換模塊、預(yù)處理管理模塊;管理控制模塊包括:自檢模塊、系統(tǒng)通訊模塊、PC模塊。檢測(cè)組合結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)硬件和數(shù)據(jù)采集卡的支持下,由系統(tǒng)軟件發(fā)出測(cè)控命令,在硬件電路的參與下,完成系統(tǒng)自檢、被測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析、數(shù)據(jù)管理和故障診斷。

圖4 檢測(cè)組合結(jié)構(gòu)框圖

4 系統(tǒng)測(cè)控軟件設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)軟件開發(fā)

系統(tǒng)軟件為Windows應(yīng)用程序,選擇NI公司的Measurement Studio作為虛擬儀器開發(fā)平臺(tái),用Labwindows/CVI語(yǔ)言編制,采用模塊化的結(jié)構(gòu)。

系統(tǒng)軟件開發(fā)緊緊圍繞模塊化、通用化、系列化、可視化的思想進(jìn)行,選擇在儀器控制、虛擬面板設(shè)計(jì)、硬件訪問(wèn)方面具有獨(dú)特功能的Labwindows/CVI作為檢測(cè)程序并發(fā)工具,完成對(duì)各被測(cè)對(duì)象檢測(cè)功能的開發(fā)。主控執(zhí)行程序通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方式調(diào)用測(cè)控模塊和故障診斷模塊,實(shí)施測(cè)試過(guò)程和故障診斷[6～8]。

系統(tǒng)軟件調(diào)用相應(yīng)程序模塊,經(jīng)過(guò)對(duì)采集信號(hào)的數(shù)據(jù)計(jì)算、處理、分析、管理,作出故障診斷,通過(guò)專家系統(tǒng)指導(dǎo)人工操作。系統(tǒng)在任務(wù)調(diào)度上采用分級(jí)管理模式,軟件基本組成結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 軟件總體結(jié)構(gòu)

本維修檢測(cè)系統(tǒng)軟件由多個(gè)功能測(cè)試模塊組成。每個(gè)功能測(cè)試模塊相對(duì)獨(dú)立,針對(duì)不同的測(cè)試任務(wù),只須選擇相應(yīng)的菜單即可。功能測(cè)試軟件模塊流程如圖6所示。

4.2 故障診斷系統(tǒng)

由于采用了虛擬儀器的系統(tǒng)方案,檢測(cè)系統(tǒng)的故障診斷和專家?guī)椭到y(tǒng)就得以實(shí)現(xiàn),且相對(duì)容易?，F(xiàn)方案中故障診斷是和檢測(cè)融合在一起的,即每一檢測(cè)都伴有故障分析診斷,且貫徹始終。每一檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集同時(shí)都伴有:基礎(chǔ)條件(一、二次電源),前級(jí)提供(前級(jí)信號(hào)輸出),和本級(jí)運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集,而且這些采集過(guò)程是連續(xù)的。對(duì)采集的數(shù)據(jù)利用Labwindows/CVI所提供的分析庫(kù)函數(shù)分析計(jì)算處理得出結(jié)論,檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)問(wèn)題后,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入維修檢測(cè)模塊對(duì)裝備進(jìn)行再一次檢測(cè)并判斷出故障部位,以對(duì)話框形式顯示結(jié)果[9～10]。并可進(jìn)入專家?guī)椭到y(tǒng),內(nèi)有相應(yīng)的電路原理說(shuō)明和維修操作指導(dǎo)。

圖6 測(cè)試軟件模塊流程圖

5 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)綜合集成了計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代測(cè)試、智能診斷和虛擬儀器等技術(shù),硬件結(jié)構(gòu)采用模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),成功構(gòu)建了武器系統(tǒng)便攜式綜合檢測(cè)維修系統(tǒng),可以代替隨裝配套的一、二級(jí)檢測(cè)設(shè)備,解決了修理分隊(duì)在野戰(zhàn)條件下對(duì)武器系統(tǒng)的快速故障診斷和維護(hù)修理問(wèn)題。該系統(tǒng)已在部隊(duì)?wèi)?yīng)用,具有重大軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益,運(yùn)用前景廣泛。

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Design of A Certain Type of Guidance Electronic Box Detection System

YU Guangjun1GUO Xiwei1WU Hongwei2WANG Zheng3

(1. Department of Missile Engineering, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003)(2. No. 73101 Troops of PLA, Xuzhou 221008)(3. No. 73061 Troops of PLA, Xuzhou 221008)

In order to solve the flaws of the existing missile testing equipment, a kind of modularization, generalization, intelligent repair and standardized comprehensive test platform is designed. In this paper, the system hardware and the software development based on Labwindows/CVI are introduced. By forces practice has proved that this system has great military and economic benefits, and widely used.

guidance electronic box, detection system, virtual instrument, data collection

2014年9月7日,

2014年10月29日

尉廣軍,男,副教授,研究方向:導(dǎo)彈檢測(cè)與故障診斷。

U169

10.3969/j.issn1672-9730.2015.03.040