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        測控系統(tǒng)中數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用研究

        2019-02-22 05:09:24何成
        中國設(shè)備工程 2019年3期
        關(guān)鍵詞:信號系統(tǒng)

        何成

        (長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司,湖南 長沙 410000)

        近幾年來,由于我國社會經(jīng)濟(jì)效益的不斷提高,數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣,在設(shè)備測控系統(tǒng)當(dāng)中,通過妥善應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù),不但能夠提高設(shè)備測控系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率,而且有效降低了設(shè)備測控系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障的概率。鑒于此,本文主要分析數(shù)字信號處理技術(shù)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

        1 測控系統(tǒng)中妥善應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義

        所謂數(shù)字信號處理技術(shù),主要指的是將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息的一種處理技術(shù),采用視頻信號作為數(shù)字信號進(jìn)行相應(yīng)的傳輸,將計(jì)算機(jī)技術(shù)與先進(jìn)的處理方式進(jìn)行有效結(jié)合,最終將信號轉(zhuǎn)換成不同類型數(shù)據(jù)信息。在供配電系統(tǒng)中,通過合理應(yīng)用數(shù)字信號處理系統(tǒng),能夠保障供配電系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,提高水面測控系統(tǒng)的安全性能。

        數(shù)字信號處理技術(shù)具有以下特點(diǎn):第一,定點(diǎn)計(jì)算公式的大量應(yīng)用,能夠保證數(shù)字信息處理成本不斷下降,進(jìn)一步提高信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。第二,該技術(shù)具有零開銷循環(huán)的特點(diǎn),在執(zhí)行命令時(shí),控制人員不必耗費(fèi)大量的檢測循環(huán)計(jì)數(shù)數(shù)值,保證信號的執(zhí)行效率得到更好的提升。第三,合理預(yù)測測控系統(tǒng)的具體執(zhí)行時(shí)間,控制人員通過妥善應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù),能夠更好的預(yù)測系統(tǒng)故障位置,并制定科學(xué)的解決對策方案。

        2 數(shù)字信號處理技術(shù)在測控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

        2.1 測控系統(tǒng)的組成

        海底采礦車測控系統(tǒng)主要采用上-下位機(jī)控制方法進(jìn)行控制,將以太網(wǎng)進(jìn)行合理連接,提高雙向數(shù)據(jù)的通信效率,控制人員可以根據(jù)上位機(jī)顯示的數(shù)據(jù),對操作臺與集礦作業(yè)車的運(yùn)行方向與速度進(jìn)行妥善控制。測控系統(tǒng)主要包括水上測控站、水下測控站等兩部分,其中,水上測控站包括顯示器及有關(guān)設(shè)備、主控制器與主操作平臺、電控柜控制設(shè)備等。而水下測控站則包括車載控制器、傳感器與執(zhí)行設(shè)備等。在測控系統(tǒng)當(dāng)中,數(shù)字信號處理技術(shù)不但能夠?qū)⑾到y(tǒng)中的各項(xiàng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,而且有效提升信號的傳輸效率。在測控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理設(shè)備與數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)為系統(tǒng)核心,為了進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)信號的轉(zhuǎn)化效率,操作人員可以將數(shù)據(jù)處理流程與數(shù)據(jù)通信流程進(jìn)行簡化。

        2.2 在水上測控站中的應(yīng)用

        水上測控站當(dāng)中的監(jiān)控控制系統(tǒng)能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供良好的操控人機(jī)界面,各項(xiàng)數(shù)據(jù)的存儲、顯示、回放與答應(yīng)等,包括集礦作業(yè)車和船舶的運(yùn)行位置,控制集礦作業(yè)車與船舶的行走軌跡等。監(jiān)控計(jì)算機(jī)內(nèi)部則采用研華工控系統(tǒng),利用Windows10操作系統(tǒng)進(jìn)行全面控制,在Labview軟件開發(fā)的基礎(chǔ)上,監(jiān)控計(jì)算機(jī)和顯示器,表現(xiàn)形式見圖1。

        圖1 監(jiān)控計(jì)算機(jī)

        在主控控制系統(tǒng)當(dāng)中,操作人員通過收集操縱平臺上的各項(xiàng)操作信號,并結(jié)合水下集礦作業(yè)車測控站的通信要求,對控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,在提升主控控制系統(tǒng)安全性能與可靠性能的同時(shí),有效提高其數(shù)據(jù)的處理運(yùn)算能力。由于主控控制系統(tǒng)中包括PXI系列模塊以及相關(guān)附件、操作系統(tǒng)與軟件開發(fā)工具包等,操作人員也可以運(yùn)用Labview對FPGA模塊進(jìn)行合理編程,并根據(jù)太網(wǎng)口與聲學(xué)定位系統(tǒng)的運(yùn)行情況,將各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換處理。

        2.3 在水下測控站中的應(yīng)用

        水下測控站包括車載控制系統(tǒng)、各類傳感器、光纖通訊系統(tǒng)。測控系統(tǒng)中的水下測控站主要包括以下分系統(tǒng),分別是車載控制系統(tǒng)、傳感器與光纖通訊系統(tǒng)等,車載控制系統(tǒng)集中安裝于行走擾動的試驗(yàn)裝置之上,并在電子密封箱當(dāng)中,分為CompactRIO系列控制器和控制模塊。由于車載控制系統(tǒng)的控制器運(yùn)行性能比較高,將1.33 GHz Intel Atom雙核處理器和Xilinx Kintex-7 FPGA、C系列I/O模塊的插槽進(jìn)行有效集成,即使在特別惡劣的環(huán)境下,仍然能夠安全運(yùn)行。

        將數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用到車載控制系統(tǒng)當(dāng)中,能夠保證嵌入式用戶平臺功能更加完善,程序開發(fā)更加科學(xué),不但能夠有效縮短程序的開發(fā)周期,而且提高系統(tǒng)的整體控制效率。在應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)時(shí),操作人員要妥善選擇通信板塊與模擬量輸入、輸出卡。

        水下測控站中的傳感器與作業(yè)車感知系統(tǒng)聯(lián)系緊密,通常情況下,水下測控站當(dāng)中的傳感器主要分為3種,分別是數(shù)字量、模擬量與串口等。車載慣導(dǎo)能夠與DVL多普勒測速系統(tǒng)形成良好的車載導(dǎo)航定位部件,對車載的航向與速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

        在光纖通訊系統(tǒng)當(dāng)中,光纖作為信息傳遞的媒介,信息主要以激光為載體,有效實(shí)現(xiàn)了長距離的通訊。信號發(fā)射端通過發(fā)射電信號,并將該信號調(diào)制加載到激光源上發(fā)射,最終由光纖進(jìn)行傳遞。在信號接收端,接收光端機(jī)能夠?qū)⒔邮盏焦庑盘柛玫霓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,進(jìn)一步調(diào)解成初始信息。通常情況下,食品光端機(jī)內(nèi)部還要配置多路RS232/485/422串口,能夠真正實(shí)現(xiàn)水下與水下串口信號的完美傳輸,并以太網(wǎng)光端機(jī)上部的太網(wǎng)口為接收電,為以后的信號測試提供方便。光纖線路通過鎧裝纜內(nèi),能夠?qū)饫w起到良好的保護(hù)作用。車載測控站、比例閥控制器、分線箱及傳感器見圖2。

        對于測控系統(tǒng),操作人員通過全面檢測電壓值,并對電壓傳感器波紋進(jìn)行合理檢測,能夠更好的了解電流電壓的運(yùn)行情況,系統(tǒng)當(dāng)中的電流電壓信號經(jīng)過轉(zhuǎn)化后,系統(tǒng)能夠?qū)⒏黜?xiàng)信息進(jìn)行傳輸。如果測控系統(tǒng)當(dāng)中的信號轉(zhuǎn)化效率下降,操作人員需要對數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行全面檢查,在提升數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化效率的同時(shí),有效保證測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的安全性與時(shí)效性。

        3 結(jié)語

        圖2 車載測控站、比例閥控制器、分線箱及傳感器

        綜上所述,通過詳細(xì)介紹數(shù)字信號處理技術(shù)在海底采礦車測控系統(tǒng)中的應(yīng)用,并提出該技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn),能夠幫助有關(guān)測控人員更加全面的了解系統(tǒng)特點(diǎn),有效提高數(shù)字信號處理的水平與效率。

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