TSW2500型500 kW短波發(fā)射機(jī)故障類型診斷仿真

鄧曉霞

（國(guó)家廣播電視總局二0二二臺(tái)，新疆 喀什 844000）

0 引 言

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)革新，尤其是各類故障檢修技術(shù)獲得較大進(jìn)步。在發(fā)射機(jī)故障診斷過程中，可通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的實(shí)時(shí)診斷，但發(fā)射機(jī)的故障類型復(fù)雜，即使使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行故障檢測(cè)也十分不容易[1]。一旦無(wú)法檢測(cè)到故障，將會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)，進(jìn)而帶來較大損失。目前，研究人員針對(duì)發(fā)射機(jī)故障類型診斷進(jìn)行研究，早期提出一種故障樹的診斷方法，但經(jīng)過不斷應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該方法雖能實(shí)現(xiàn)故障類型診斷，但其診斷效果差、信息利用率低，因此設(shè)計(jì)了短波發(fā)射機(jī)故障類型診斷仿真方法。

1 短波發(fā)射機(jī)故障類型診斷仿真方法設(shè)計(jì)

1.1 采集短波發(fā)射機(jī)故障數(shù)據(jù)

TSW2500型500 kW短波發(fā)射機(jī)故障數(shù)據(jù)的采集主要是利用數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行，通過傳感器采集設(shè)備運(yùn)行的各類參數(shù)，將其輸送至上位機(jī)軟件，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后再進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。本文設(shè)計(jì)方法采用SK2010采集卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集[2]。在使用采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前，需進(jìn)行接口匹配，確保數(shù)據(jù)采集接口通信正常，從而獲取大量數(shù)據(jù)信息[3,4]。

本文數(shù)據(jù)采集模塊是以數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)以及顯示等功能模塊為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)故障數(shù)據(jù)采集，其采集流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集流程

根據(jù)圖1流程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。在工作時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊硬件部分的工作方式為多路信號(hào)采集。由于信號(hào)采集模塊只能同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)，因此在軟件操作中采用多個(gè)數(shù)據(jù)處理器，但每次只同時(shí)輸入兩個(gè)信號(hào)至示波器中[5]。此外，可根據(jù)方法中傳導(dǎo)信號(hào)幅度和頻率的性質(zhì)設(shè)置采樣參數(shù)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是故障診斷中必不可少的一部分，需支持?jǐn)?shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)備份等操作。采集的發(fā)射機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和故障診斷數(shù)據(jù)一般存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中[6]。由于Lab Windows/CVI開發(fā)能力有限，需要安裝ActiveX組件達(dá)到對(duì)其的完全控制。在選擇存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)工具時(shí)，還需要綜合考慮數(shù)據(jù)量和開發(fā)需求等多種因素。本方法選擇MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)應(yīng)用的是SQL數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言。該數(shù)據(jù)庫(kù)具有計(jì)算速度快和管理靈活度高等優(yōu)點(diǎn)，此外MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)操作簡(jiǎn)單，在用戶權(quán)限方面非常安全[7]。

1.2 設(shè)計(jì)故障診斷知識(shí)庫(kù)

在進(jìn)行故障知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行知識(shí)處理。知識(shí)處理就是將各類專家知識(shí)按照特定規(guī)則轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可讀的知識(shí)以滿足專家推理和引擎需求。知識(shí)診斷是一種對(duì)描述控制策略和使用知識(shí)進(jìn)行診斷的過程，其主要優(yōu)點(diǎn)是形式簡(jiǎn)單、易于更新，可在不改變其他事實(shí)的情況下獲取故障診斷知識(shí)。知識(shí)表達(dá)的方法包括語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法，該方法是基于人工智能研究的早期人類聯(lián)想記憶模型[8]。基于此設(shè)計(jì)的故障診斷知識(shí)庫(kù)如圖2所示。

圖2 故障診斷知識(shí)庫(kù)

由圖2可知，根據(jù)上述知識(shí)表達(dá)方法，在發(fā)射機(jī)故障診斷中可根據(jù)組態(tài)與組件模塊的連接工作性能、工作特殊性以及工作時(shí)長(zhǎng)等實(shí)際情況建立知識(shí)庫(kù)。發(fā)射機(jī)故障診斷多由固態(tài)放大器輸出和高壓電源診斷法進(jìn)行分類，從設(shè)備數(shù)據(jù)、使用維護(hù)記錄以及故障清零報(bào)告等中提取故障診斷信息。

1.3 構(gòu)建短波發(fā)射機(jī)故障診斷模塊

故障診斷模塊可及時(shí)篩選數(shù)據(jù)庫(kù)中的故障，實(shí)現(xiàn)故障查詢和故障診斷。故障查詢方式有很多種，最重要的是故障現(xiàn)象查詢和故障模塊查詢[9]。技術(shù)人員輸入故障信息后，使用故障診斷方法搜索故障庫(kù)，檢索故障信息并傳送給報(bào)警中心。如果數(shù)據(jù)故障庫(kù)中不存在故障信息，則需要激活故障庫(kù)的編輯功能，及時(shí)進(jìn)行修改。故障診斷模塊使用的數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)工具是MySQL，利用該開發(fā)工具構(gòu)建監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)，并使用C++設(shè)計(jì)發(fā)射機(jī)故障診斷的推理引擎。建立的故障診斷模塊如圖3所示。

圖3 故障診斷模塊

由圖3可知，利用該模塊可實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)信號(hào)實(shí)時(shí)采集，及時(shí)進(jìn)行故障監(jiān)控。該模塊中還設(shè)置了傳感器電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)模擬和波形信號(hào)采集。發(fā)射機(jī)診斷平臺(tái)主要對(duì)采集到的設(shè)備電壓、電流以及功率等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障診斷，系統(tǒng)判斷此時(shí)數(shù)據(jù)是否超過閾值，如果超過閾值，則立刻發(fā)出警報(bào)。

1.4 實(shí)現(xiàn)短波發(fā)射機(jī)故障類型診斷

短波發(fā)射機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷方法的診斷核心是故障診斷中心，該中心可協(xié)調(diào)和控制檢測(cè)方法的整個(gè)運(yùn)行過程。除此之外，還需通過對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)用戶、硬件以及底層驅(qū)動(dòng)軟件之間的通信連接。本文主要采用虛擬儀器技術(shù)完成模擬，故障診斷中心首先在內(nèi)部處理用戶發(fā)布的命令，其次通過底層驅(qū)動(dòng)軟件將命令傳遞給硬件執(zhí)行，最后由狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為監(jiān)測(cè)平臺(tái)提供反饋，幫助用戶進(jìn)行觀察和判斷決策。

軟件監(jiān)測(cè)診斷平臺(tái)以Lab VIEW為工具開發(fā)，采用多個(gè)診斷模塊實(shí)現(xiàn)綜合自檢。該監(jiān)測(cè)診斷平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)TSW2500型500 kW短波發(fā)射機(jī)狀態(tài)故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷，滿足實(shí)時(shí)通信的要求。發(fā)射機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷中心的主要功能是監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)在工作狀態(tài)的各項(xiàng)參數(shù)是否正常，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。如果沒有檢測(cè)到特定參數(shù)異常，則需在設(shè)定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常就立刻報(bào)警，并將異常參數(shù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中[10]。

故障排除模塊需快速檢索故障數(shù)據(jù)，通過顯示故障時(shí)間和故障波形對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷和定位[11]。狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的檢測(cè)模塊由數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ)以及顯示4部分組成，利用檢測(cè)周期不斷重復(fù)的性能，來運(yùn)行監(jiān)測(cè)程序。

另外，為保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，在設(shè)計(jì)程序時(shí)應(yīng)盡量縮短檢測(cè)周期。短波發(fā)射機(jī)的主要信號(hào)是電流和電壓，因此在選擇傳感器時(shí)主要使用變壓器和電流傳感器。根據(jù)電流方向，電流傳感器可被分為直流電流傳感器和交流電流傳感器[12]。一般情況下，使用直流電流傳感器和交流電流傳感器是為避免在檢測(cè)時(shí)損壞短波發(fā)射機(jī)的傳輸電纜，在運(yùn)行時(shí)對(duì)短波發(fā)射機(jī)造成干擾。被測(cè)電流通過電纜流經(jīng)傳感器芯孔時(shí)會(huì)根據(jù)電流效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，然后傳輸?shù)讲杉O(shè)備中方便后續(xù)使用。交流電流傳感器的工作方式是直接從各種采集設(shè)備中采集單相交流電流信號(hào)，并將其分割成可使用的標(biāo)準(zhǔn)電壓，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)故障類型的診斷。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的TSW2500型500 kW短波發(fā)射機(jī)故障診斷方法的診斷效果，將其與故障樹診斷方法進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)兩種方法的加權(quán)平均融合值，實(shí)驗(yàn)如下所示。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在指定的環(huán)境下，模擬無(wú)線發(fā)射機(jī)的工作模式，設(shè)計(jì)不同的工作頻道。由于不同模式輸出的信號(hào)指標(biāo)和中心頻率不同，因此在模擬TSW2500型500 kW短波發(fā)射機(jī)故障模板時(shí)，必須標(biāo)明其工作模式和工作頻道，否則無(wú)法利用該模板進(jìn)行故障診斷。

將故障電路板裝入模擬發(fā)射機(jī)中，然后利用測(cè)試儀測(cè)量發(fā)射機(jī)功率、統(tǒng)一工作模式下的輸入端電壓、平均功率、中心頻率以及峰值幅度。運(yùn)用模板匹配法求得的基本概率分配如表1所示。

表1 發(fā)射機(jī)故障概率分配

在上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，使用表1中的故障概率分配數(shù)值進(jìn)行后續(xù)的仿真實(shí)驗(yàn)，得到加權(quán)平均融合值。

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

分別使用本文設(shè)計(jì)的TSW2500型500 kW短波發(fā)射機(jī)故障診斷方法與故障樹方法檢測(cè)10次加權(quán)平均值，根據(jù)故障分配表進(jìn)行匹配，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本文設(shè)計(jì)方法的加權(quán)平均值均低于故障樹故障診斷方法的加權(quán)平均值，因此設(shè)計(jì)的方法信息利用率高、診斷效果好。

3 結(jié) 論

設(shè)計(jì)正確的故障診斷方法對(duì)TSW2500型500 kW短波發(fā)射機(jī)故障及時(shí)處理有重要意義，因此本文在考慮傳統(tǒng)方法弊端的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)新的故障診斷仿真方法。通過仿真試驗(yàn)證明該方法的加權(quán)平均值與故障概率分配結(jié)果一一對(duì)應(yīng)，其信息利用率高，診斷效果好，但仿真次數(shù)有限，還需在使用中不斷優(yōu)化。