贾惠芹 党瑞荣

(西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室，陕西 西安 710065)

0 引言

军用试验基地的测控装备承担了多种军用试验任务，且分布在比较偏远的高山、海岛。而熟悉具体装备型号性能的专家则分布在不同的地理位置，当装备发生故障时，他们难以及时赶到故障现场。在这种情况下，产品试验基地急需一种能实时地给装备操管人员提供维修意见的故障诊断系统。

目前有一些较成熟的远程测控技术，例如DataSocket技术。该技术为底层通信协议提供了统一的编程接口，极大地简化了网络编程［1－2］。Winsock技术则是Windows下得到广泛应用的、支持多种协议的网络编程接口，已被应用于数控按键荷重测试机系统［3－5］。但这些系统需要传输的信息和并发通信的用户相对较少。本文根据检测点信息的特征，开发了测控装备故障检测点信息采集与传输系统［6］。

1 检测点的采集模型设计

1.1 检测点信息特征分析

测控装备故障检测点信息采集与传输系统需要传输的信息可分为以下两类信息。

①配置信息类，如系统配置信息、用户权限信息、装备检测终端IP地址、仪器名称等。这类信息用于获取检测点的仪器配置信息、检测点的物理位置、用户的控制权限设置信息、逻辑位置以及检测点的标准值等信息，所占空间很小(1 kB左右)。

②用于采集检测点实时监测数据的虚拟仪器界面，由于要采集连续波形数据，该信息所占的空间较大(大于1 MB)。

1.2 检测点采集模型设计

本系统采用了客户/服务器传输结构，主要由多个本地装备检测终端、中心站服务器、DataSocket服务器和Web服务器组成。

装备检测终端放置在各个测量站，用于实现对测控装备相应检测点信息的采集和分析。对检测点本地信息的采集采用虚拟仪器的PXI总线控制方案。处理器采用嵌入式零槽控制器，以便装备检测终端的移动。本系统有万用表模块、示波器模块和频谱分析仪三个测试模块。系统利用万用表模块配合检测软件，实现对测控装备某个检测点的电压、电流和电阻的测试;利用示波器模块配合开发的示波器软面板，实现对测控装备某个检测点时域波形和相关参数的测量;通过USB-GPIB控制器控制硬件频谱分析仪，实现对频率范围为30 kHz～3 GHz的信号的频谱测量。

中心站服务器放置在诊断中心，它和装备检测终端通过IP网络相连接。专家通过中心站服务器实时获取测控装备检测点的测试信息，并利用所设计的故障诊断软件对测控装备的状态进行诊断。

DataSocket服务器是一种基于DataSocket技术设计而成的软件服务器，可以实现指令等信息的远程传输功能。本系统的DataSocket服务器用来实现装备检测终端和中心站服务器之间测试指令信息和用户权限的数据交换［7］。

Web服务器用于在网络上创建和部署Web应用，使HTTP客户端可访问这些应用。本系统利用Web服务器传输检测点的测试数据。

检测点采集模型如图1所示。

图1 检测点远程采集模型Fig.1 Remote acquisition model of the detection point

1.3 数据传输方法分析

最初设计时，数据的传输都通过DataSocket数据传输技术来实现，但测量站的IP网络带宽为2 MHz，在此带宽上进行远程数据传输时发现传输的波形数据不能实时更新。监控网络流量时发现占用网络带宽很大(2 MHz左右)。在这种情况下，由于系统配置信息(IP地址、被控仪器名称、检测点信息等)所占空间小，可通过DataSocket服务器来传输;而对于“检测点测试数据”，则利用Web服务器结合远程面板技术来实现，因为Web服务器可把虚拟仪器的软面板实时发布到中心站服务器。

在检测点远程采集模型中，装备检测终端和中心站服务器接入IP网络以后，专家在控制室便可远程操作故障诊断软件。当专家选择了装备检测终端的IP地址、检测点名称和用于检测的仪器名称后，装备检测终端的故障检测点信息便会传输到专家所在的中心站。软件自动将接收到的检测点数据和标准数据作比对，为故障树诊断或者专家判断提供第一手资料，最终可确定故障检测点的位置［8］。在这个过程中，DataSocket服务器用于传输仪器的配置信息指令，Web服务器用于传输故障检测点的信息。这样只需要设定仪器的IP地址和仪器名称，就可通过设计程控软件把图1中的装备检测终端通过IP网络连接起来，专家就可以在办公室远程协同诊断装备出现的问题。当装备出现故障时，专家通过远程故障诊断软件，选择出现故障的装备检测终端的IP地址和用于检测的仪器;装备检测终端通过DataSocket服务器在接收到上述系统配置信息指令后，通过Web服务器把故障检测点信息远程采集到专家所在的中心站或其他装备端;在远程故障诊断软件平台上，把接收到的检测点数据和标准数据作比对，为故障树诊断或专家判断提供第一手资料，从而最终确定故障检测点位置［8］。

在RNS协议中，首先A生成随机数RA以及A和B的身份信息用密钥EA_S加密后连同A的身份信息一起发送给B；接着B将生成随机数RB和B的身份信息以及刚刚收到的EA_S密文和B选择的时间戳TB用EB_S加密后发送给S；然后S解密EA_S，EB_S密文并生成A，B间的会话密钥K，用EA_S加密K,RA,TB和B的身份信息，用EA_S加密K,TB和A的身份信息，将密文和RB发送A；最后A解密EA_S密文，用K加密RB连同EB_S加密信息一起发送给B。

2 关键技术

在LabVIEW环境下，利用上述的检测点远程采集模型，设计了测控装备远程故障检测系统。在该系统的开发过程中，需要解决以下关键技术问题。

2.1 配置信息的传输方法

配置信息设计时，通过在DataSocket服务器的管理器下新增系统配置信息的“测试条目”，同时给“系统配置信息”控件添加其“数据绑定”属性，然后就可以通过数据绑定读写相应“测试条目”的值。数据绑定是将前面板对象绑定至网络发布项目以及网络上的共享变量引擎数据项。如果某个虚拟仪器用于获取检测点的实时波形信息，可以对虚拟仪器前面板上的控件设计成共享变量项，这样在中心站的专家就可以通过已经被设计为共享变量的控件来控制选择相应的虚拟仪器和测量站。

在其他的远程控制系统中，大多采用单独运行DataSocket可执行的应用程序，这样的设计方法使用时很不方便。为此本文设计了自动加载DataSocket服务器的程序，设计流程如图2所示。通过IP地址转换和设置虚拟仪器(virtual instrument，VI)的属性，实现了对DataSocket服务器的自动加载。

图2 DataSocket服务器自动加载流程图Fig.2 Automatic loading method for DataSocket server

2.2 测试波形的采集方法

利用远程面板技术来实现对虚拟仪器界面的实时控制，这样中心站的专家就可以通过调节仪器的参数，获取远程检测点的波形数据。检测点的监测程序设计采用顺序结构嵌套条件型循环结构来实现。在顺序结构的第一帧中，首先加载DataSocket服务器;然后进入顺序结构的第二帧，从DataSocket服务器获取请求控制的仪器名称，根据选择的仪器名称通过动态调用的方式把仪器面板显示在界面上。而对于中心站的请求控制端来说，程序动态加载Web服务器，通过相应的HTTP端口获取被控端仪器的远程面板。经过上述过程即可实现请求控制端对被控端虚拟仪器的调用［9］。配置信息文件的编辑过程如图3所示。

图3 配置文件的自动编辑流程图Fig.3 Automatic editing method for configuration file

由于网页浏览工具也采用HTTP协议，且选用的HTTP端口默认是80，而这个HTTP端口必须是唯一的，因此需要重新配置一个用于获取检测点采集界面的HTTP端口号。本系统所用的前端用户界面软件版本为LabVIEW8.6。该软件提供了对Web服务器的启动属性，但是未提供对HTTP端口的软件配置方法。因此，本软件采用了编辑配置文件的方式来改写HTTP的端口号。设计时，首先读取Web服务器配置文件中的HTTP端口号，然后改写HTTP端口号，最后保存Web服务器的配置文件。

2.3 数据压缩算法

在上述情况下，必然要考虑有限的网络带宽是否能保证数据顺畅的传输。因此，为了保证能把被控端的测试数据顺利传输到各位专家面前，必须进行数据压缩，以减少网络带宽占用。

在不影响原始波形的情况下，运用了数据抽取方法，将原始数据点压缩为少量数据点。假设压缩前构成信号的点数为N1，压缩后构成信号的点数为N2，压缩因子为K，压缩方法为M，通过设置合适的压缩因子K和压缩方法M来达到减少对网络带宽的占用，具体表达式为:

压缩方法M有以下几种:①均值法，它返回每段的平均值作为结果信号输出;②最大值法和最小值法，在每段中使用最大值法或最小值法来压缩输入信号。

3 模型测试方法与结果

3.1 模型测试方法

利用上述检测点远程采集模型设计了测控装备远程故障检测系统，使得该系统运行在2 MHz网络下。装备端检测终端放置在各个测量站，中心站服务器放置在中心站机房。专家在故障诊断软件中选择要连接的被控端IP地址和所要连接的仪器名称，装备检测终端把中心站请求的仪器面板传输到中心站。控制端请求装备端检测终端后，装备端调用了一个示波器的界面，并实时把该界面传输到中心站。专家可请求获得仪器的控制权，获得控制权后，就可以调节示波器的幅度、时基、触发模式、耦合模式、探针衰减等参数，还可以设置压缩因子，通过此压缩因子就可调节波形数据的大小。示波器的控制界面也可处于浏览模式，其他专家可浏览某一个测控装备检测点的测试数据。

3.2 测试结果

测试结果表明，中心站的故障诊断软件根据此虚拟仪器采集的故障检测点的波形与标准波形比对，可利用建立的故障树对测控装备进行故障定位。通过在2 MHz试验网络下对系统进行测试，得出如下结论。

①单个用户访问万用表时，占用网络带宽大约为100 kHz;而对于示波器，由于采样率较高，所以在不进行数据压缩时，占用网络带宽大约为1 MHz;当选择压缩因子为2时，占用网络带宽大约为600 kHz;当压缩因子为10时，波形仍然未畸变，这时占用网络带宽大约为300 kHz。

②检测点信息的网络响应时间在2 s之内。

③故障的误报率和漏报率均小于1%。

上述测试结果满足实际的使用要求。

4 结束语

本文建立了测控装备的故障检测点信息远程采集模型，并把该方法应用到测控装备远程故障诊断系统中，实现了检测点信息的远程实时采集。文中给出了具体的硬件配置方法和软件设计方法。将这些方法应用到远程故障诊断系统中，经在2 MHz试验网络环境运行后发现，现场检测点信息和测试波形数据可以实时传输到各位专家所在的计算机上，从而为专家进行故障诊断提供了原始的数据支撑。测试结构表明，检测点信息的网络响应时间在2 s之内，故障的误报率和漏报率均小于1%。

［1］林砺宗，赖磊捷，万建丁.基于远程测控的数控按键荷重测试机的研制［J］.计算机测量与控制，2008，16(8):1065 －1066.

［2］李冰，王宝良，王羽中.基于DataSocket的电台网络化远程测控系统［J］.电子技术应用，2007(10):81 －82.

［3］储世玉，李兴城.基于远程测控模块的物料流量控制系统［J］.计算机仿真，2003，20(11):81 －82.

［4］庞文尧，蒋静坪.基于Winsock和SQL服务器的远程控制实验研究［J］.仪器仪表学报，2005，25(4):549 －550.

［5］胡准庆，张欣.机车监控装置远程控制方案及实现方法［J］.仪器仪表学报，2003，24(3):249 －250.

［6］戴亚平，田德振，董芳艳.混合结构的互联网资源共享和远程控制实验室［J］.仪器仪表学报，2003，29(2):250 －251.

［7］鲍文，祝豪，胡清华.基于改进的最小描述长度小波变换数据压缩［J］.仪器仪表学报，2006，27(10):1340 －1341.

［8］俞洋，彭喜元，张毅刚.基于重复子向量的测试数据压缩算法［J］.仪器仪表学报，2009，30(2):357 －358.

［9］蒋鹏，黄清波，尚群立，等.基于小波网络的数据压缩方法研究［J］.仪器仪表学报，2005，26(12):1244 －1245.