故障数据记录

故障数据记录（通用8篇）

故障数据记录 篇1

0 引言

行波测距装置已经在220kV及以上电网中得到大规模普及应用[1],工程实际中行波测距主要是以双端测距为主,但是受到施工计划安排等因素影响,大量线路仅在一端装有有效的行波测距装置。即使在线路两端都装设有行波测距装置时,依然存在两端测距装置厂家不同、对时无法保证、通信异常导致无法调取对端数据等难以进行双端测距的情况,因此单端测距在现场运行中能够发挥重大作用[2,3]。

单端测距的关键难点在于故障点反射波的辨识和标定,国内外学者对此开展了长期的研究,文献[4-5]针对雷击故障指出了雷击点与闪络点不一致的可能性,并从行波波头特征的角度对仿真波形进行了故障点反射波辨识。 小波变换、Hilbert-Huang变换等时频域信号处理方法[6,7]非常适用于针对电磁仿真波形进行波头标定方面,基于小波变换模极大值的方法已在双端行波测距和配电网故障选线等方面获得了成功应用[8,9],但是实测波形会受到电晕放电、波形后续振荡、电力电子开关动作等因素影响,存在大量非行波奇异点[10],此类时频域处理方法依然难以准确判定反射波波头。文献[11]针对现场实测数据具有的行波后续振荡提出了多分辨形态梯度与相关函数结合的标定方法,克服了行波后续振荡的问题,但形态结构元素的选取原则尚需进一步研究。文献[12]提出了Hough图像处理方法进行行波标定,取得了较好的效果,但是在近端故障情况下依然会受到行波后续振荡的影响。根据行波反射存在的频率特征,也有学者提出利用自然频率进行测距[13,14],但是该方法难以有效剔除行波后续振荡的影响。

针对行波故障测距结果优化,目前通常是采取改变波速、分区段定位等基于行波本身波速特点的改良[15,16,17],或是在具备双端测距条件下利用单端、双端多测距方式组合进行故障距离校正[18,19,20,21]。由于行波测距计算的是电磁波在线路上的传播路程,而线路长度会受到外部环境温度的影响,弧垂、杆塔跳线等不确定因素也增加了行波的传播距离,即使在找对波头的前提下,行波测距计算结果与人工巡线结果之间往往也存在相当的偏差[22]。单纯从行波自身的特点出发难以有效地提升实际工程中的测距精度。

中国40% ~70% 的线路跳闸都是由雷击引起[23,24],有效解决雷击故障情况的线路测距问题,可以降低大部分线路故障的巡线难度。为有效监测雷电活动,全国电网都已经建立相应的雷电定位系统(LLS)。LLS对所有雷击地闪均无差别记录,而在雷雨季节,短时间内线路走廊附近的落雷密度很高且分布范围较广,但是基于工频量的传统继电保护对故障时间刻画较为粗放,难以与精确至毫秒级甚至微秒级的雷电记录进行准确比较,导致LLS中与故障距离直接相关的有效信息易被非故障雷击记录淹没,故目前对LLS的利用大都限于故障类型判别、雷电密度统计等方面,将LLS数据作为故障测距优化参考的研究很少。

本文针对电网多发的雷击故障,通过LLS记录与故障位置、故障时刻的相关性,对行波实测数据中的非行波振荡与故障点反射波进行判别,剔除行波测距虚假解并初步计算故障距离,发挥LLS记录对雷击地闪位置的重要提示作用,以线路走廊方向和地闪位置空间分布的近似程度对行波测距结果进行修正,获得更符合现场需要的测距结论。

1 典型行波实测波形分析

行波测距装置高速采集卡的采样率至少在500kHz以上,高压线路电晕放电和通道量化噪声、变电站内电力电子器件开关、邻近线路开关动作等都会向高速采集卡引入高频噪声。非故障高频噪声的引入增加了波形的奇异点,加之雷电流在到达母线量测端后会受到变电站内多种一次设备等效杂散电容的影响,致使波形会附加多种突变。

图1为本文研制的行波测距装置所记录的一次雷击故障波形,故障发生于2013 年9 月12 日,由图1可以看出,雷击故障首波头非常明显,易于标定,但是后续的多个突变存在一定的相似性,即使利用一定的滤波手段,也不易判别出明显的故障点反射波。

图1所示波形图中,反射波1、反射波2、反射波3、反射波4均为疑似故障点反射波,通过小波模极大值几乎无法自动选取故障点反射波,即使专业人员进行波头人工选取,若经验不够充分,也易在反射波3和反射波4之间难以抉择。根据现场巡线人员的巡线结果,反射波4为故障点反射波,反射波3为对端母线反射波,而反射波1和反射波2为行波浪涌后续振荡,此类行波浪涌后续振荡可能为互感器传变频率特性中的极点引起,随行波浪涌的到达而出现,难以有效消除。

图2所示为发生于2014年7月30日的某线路雷击故障,初始行波浪涌后存在大量疑似行波浪涌,且存在等间隔分布的特征,极易将反射波1当成故障点反射波,根据现场巡线人员的巡线结果,故障点反射波应为图2所示反射波5。

对图1和图2所示波形进行小波变换模极大值处理,所选小波基为3次B样条小波,所得结果如图3所示。

经过小波模极大值变换后,大量模极大值点以等间隔分布,难以通过小波模极大值自动识别出故障点反射波。由上图可知,故障初始行波浪涌后的大量疑似行波为行波后续振荡,造成行波后续振荡的原因较为复杂,电流互感器的行波传变特性、二次电缆长度及负荷特性密切相关[10],在本例中可能为互感器频率特性中存在极点,而行波浪涌频率频谱覆盖了互感器频率特性极点对应的自由振荡频率,导致行波到达后会出现后续振荡。

即使在波形后续振荡较少的情况下,若故障线路对端母线为单出线形式,对端母线反射波与故障点反射波极性相同,单端测距结果是否准确难以判断,双端测距又会受到行波波头在单出线一侧波形较为微弱,波到时刻不易标定的因素影响。虽然变电站出线数量能够通过前期调研获知,但是在系统断点转移、线路检修开断导致个别变电站短时间内出现母线单出线形式的情况下,若未能及时对行波测距配置文件进行修改,依然会出现故障点反射波误判,因此单纯采用行波浪涌极性、幅值等进行行波波头的自动判别存在一定盲目性。若能够有其他辅助信息对故障距离进行判别,则能够对雷击故障情况下的故障点反射波进行判别,得到更为可信的故障测距结果。

2 雷击故障实测数据的故障点反射波搜索

对于雷击导线、杆塔或避雷线引起的闪络故障,除行波测距装置采集的雷击故障行波外,LLS也会记录下相应的雷击地闪,理论上,行波测距所得故障距离、波到时刻应与雷击地闪记录的时间、位置存在较为准确的对应关系,但是在实际工程中,受到全球定位系统(GPS)对时误差、线路走廊地形起伏、电磁波波速不恒定等不利因素的影响,二者之间会产生不同程度的偏差。尤其是在山地地形区域,若地闪位置与雷电探测站之间有高山或高建筑物阻挡,雷击地闪产生的电磁波在传播过程中需要绕过阻挡物才能到达雷电探测站[25]。

在雷雨季节,LLS可能在短时间内记录多次雷击地闪,因此,无论是雷击记录还是行波波形都存在着不反映故障点信息的“虚假解”,但是行波波形中真实解的时间与位置信息应与造成故障的雷击记录信息存在时间与空间上的关联性,除直接造成闪络故障的地闪记录外,其余地闪记录皆与闪络故障位置或故障发生时刻存在较大差异。根据这一特点,可以利用雷电记录与行波计算结果在空间和时间方面的关联性剔除LLS在故障发生前后记录的大量非故障地闪记录以及行波数据中的非故障点反射波。

2.1 计算疑似故障距离与杆塔坐标归算

行波测距结果仅为疑似故障点距量测端的距离,故需将故障距离折算为可能的故障位置才能与LLS记录的地闪信息进行对比。设线路杆塔坐标和海拔为[(Lon1,Lat1,h1),(Lon2,Lat2,h2),…,(LonN,LatN,hN)],其中,N为故障线路杆塔总数,Lon,Lat,h分别为经度、纬度和海拔,根据式(1),可以计算出第j基杆塔与第j+1基杆塔之间的距离。

式中:下标j为第j基杆塔;R为地球半径,本文选取R=6 371.004km。

第j基杆塔与线路量测端之间的距离即为:

理论上,雷击故障点通常都是线路绝缘子被击穿而引起的,闪络故障位置应当与线路杆塔坐标相重合,但是由于行波测距装置采样率限制以及行波精确波速的不确定性,计算得到的故障点距离往往位于两个杆塔之间,故需对行波测距结果进行近似处理,假设行波测距所得故障距离x位于第j基杆塔和第j+1基杆塔之间,即

可以通过判断x-lj和lj+1-x的大小,将距离计算所得故障点最近的杆塔设为疑似故障点,疑似故障点的坐标即为该杆塔坐标。

2.2 包含多次回击的雷击地闪接地位置修正

LLS通过多个观测站所测电磁波波到时刻或波到方向对地闪位置进行定位。由于地闪产生的电磁波在传播过程中会受到地势起伏、高建筑物遮挡等多种地形影响,LLS在山地的定位精度较之平原地区有所下降,加之多点时差法或行差法对多点GPS同步要求极高,导致对一次雷击的多次回击定位结果可能存在较大差异。

国内外学者通过高速光学记录设备对雷电发展过程展开了大量研究,雷电回击过程存在后续回击产生新雷电通道或一次回击具有多个接地点的情况[26,27,28],使得一次雷击所产生的接地点准确位置更加难以获取。根据文献[29]的报道,在一次雷击具有多个雷电通道接地点的情况下,相邻接地点之间的距离相差很小,不超过500 m。而在后续回击产生新雷电通道的情况下,偏差较大的情况发生次数很少。

鉴于初次地闪接地点与后续回击接地点之间存在空间位置应较为相近的特点,针对包含多次回击的雷击地闪记录中个别接地点位置与其他位置相差较大的问题,可以通过加权质心定位方法[30]对同一次雷击中与其他回击接地点位置偏差较大的回击接地点的位置进行一定修正。

设LLS对一次雷击过程中多次回击的位置记录为[(Lon,re1,Lat,re1),(Lon,re2,Lat,re2),…,(Lon,reM,Lat,reM)],其中M为回击次数。根据式(7)求取每个回击接地点位置之间的空间距离为:

式中:0<j≤M ,0<k≤M ,j≠k;aj,k和bj,k参考式(2)、式(3)。

根据每个回击接地点之间的空间位置求取总偏差系数ε 以及两个接地点之间距离对总偏差系数的贡献程度εj,k为:

以两个接地点之间距离对总偏差系数的贡献程度εj,k作为权重因子ωk的组成部分,根据加权质心定位方法对部分定位结果进行修正,修正后的坐标(Lon,revise,Lat,revise)为:

2.3 非故障点反射波排除

将行波数据中的疑似故障点反射波按波到时刻进行升幂排序,得到疑似波头时间序列t= [t1,t2,…,tn]T,根据各个疑似故障点反射波与初始行波浪涌的时间差计算得出疑似故障距离向量x为:

式中:v为行波波速。

根据式(12)将疑似故障距离向量换算为疑似故障点位置坐标(Lon,Lat)= [(Lon1,Lat1),(Lon2,Lat2),…,(Lonn,Latn)]T。

理论上,雷击故障情况下,LLS的地闪记录应与杆塔坐标相重合,但是雷电定位精度与地面传感器的角度分辨率和时域分辨率有关,LLS记录的雷击点位置总是与真实雷击点位置之间存在一定偏差,但是与行波测距的偏差不同,LLS的偏差是与地理位置相关的邻域,而非如行波测距的偏差一样被限制在线路上。假设LLS在各个方向上的偏差可能性相同,则其偏差范围为真实雷击点附近的圆域,而圆域的半径大小与LLS定位精度有关。

以第j个疑似故障点的坐标作为几何中心,在LLS中搜索半径Radius范围内的所有雷击地闪记录集合LRj(j=1,2,…,n),得到结果如图4 所示。图4中,绿色线条代表线路走廊,每个黄色点代表一次雷击记录,褐色圆域代表疑似故障点及其搜索半径Radius的范围。

根据LRj是否为空集对疑似故障点坐标进行初步筛选,若LRj=Ø,则剔除第j个疑似故障点,若所有LRj都为Ø,则表明测距结果与LLS记录之间存在较大差距,故障可能为非雷击性故障,不适宜进行测距结果与LLS之间的数据融合。将LRj中记录的落雷时刻,与行波测距装置记录的故障初始行波到达时刻进行比较,得到时间差绝对值序列|Δtjk|(k=1,2,…,Nj,Nj为第j个疑似故障点所包含的地闪记录个数)。计算得到疑似故障点时间差绝对值序列|Δtjk|的最小值序列:

对每个非空LRj集合的疑似故障点的 Δtminj进行比较,提取 Δtminj的最小值作为最近邻地闪记录,即

Δtleast对应的疑似故障点即确定为行波测距参考故障点。若多个疑似故障点对应的 Δtleast相同,则选取距离雷电地闪记录坐标最近的疑似故障点作为行波测距参考故障点。为防止误选与行波到达时间相差较大的雷电记录,令

式中:η为相应阈值。

由于LLS与行波测距装置都是通过GPS实现授时,时间误差主要来源于不同GPS授时设备的卫星搜寻能力、时间显示方式、GPS设备内部计时装置精度等,在授时条件良好的情况下,不同GPS授时设备之间的差距小于1min。

2.4 雷击点与闪络点不一致情况讨论

雷电绕击输电线路时,若雷击点耐雷水平超过雷击过电压,则雷电冲击不会在雷击点处造成闪络,注入导线的雷电流将向线路两侧传播,当沿线绝缘子存在薄弱部分,则沿线传播的雷电流将击穿绝缘薄弱点,造成雷击点与闪络点不一致情况。由于冲击电晕和线路参数依频特性的影响,以高频分量为主的雷电流行波衰减速度快、畸变程度高,能够在传播一段时间后又造成绝缘子闪络的概率较低[31]。目前有文献报道的雷击点与闪络点不一致仅相差1km左右[32],对测距结果影响不大,由此产生的测距误差在工程可接受范围内。

3 基于地闪记录与线路走廊趋势接近度的测距结果优化

由于LLS与行波测距装置的定位结果都带有固有误差,而二者对雷击线路故障的刻画是从不同视角对同一事件的刻画结果,因此,LLS与行波测距装置之间的数据融合可以视为单一辐射源多测点定位信息之间的偏差校正,而造成雷击故障的雷击一定是击中了导线或者杆塔而导致闪络故障,雷击点准确位置应该位于线路走廊上,故该问题又可以视为带有几何路径限制的多测点定位信息融合定位[33,34]。

地闪记录可能出现的范围与真实雷击点位置有关,对于某次独立地闪记录,难以判断其与真实雷击点位置的误差大小,但是若以空间坐标中固定的线路杆塔坐标位置作为权重,则可以在一定程度上对地闪位置的准确性进行判断。若对地闪记录进行坐标变换,分为沿线路走廊趋势方向与沿线路走廊法线方向,地闪记录在法线方向的偏离程度越大,地闪记录位置的准确程度越低,可信度越差,反之,地闪记录在法线方向的偏离程度越小,虽然不能证明地闪记录与雷击点更接近,但是能够说明地闪记录与线路趋势变化更为接近,可信度较高。若利用此偏差在经度和纬度上的偏向性及其与线路走向进行信息融合定位,则可以对行波测距结果进行一定程度地校正。

融合定位方法在雷达探测、卫星定位等方面应用较为广泛,根据使用目的和观测点数量、特征方面的不同,其手段包括基于概率密度、误差分布等多种统计学方法进行定位精度提升。本文利用线路走廊方向、最近邻地闪记录位置、行波测距参考故障点之间的相对位置、方向的关系进行信息融合,对行波测距得到的初步定位结果进行修正。

设与LLS记录的雷击点距离最近的杆塔号为Ng,而行波测距装置计算得到的参考故障点所在杆塔号为Mg,当|Ng-Mg|≤1 时,LLS记录的雷击点与行波测距计算的参考故障点已经非常相近,无需进行校正。当|Ng-Mg|>1时,构造最近邻地闪记录至行波测距参考故障点的空间位置向量rlightning,以及Ng~Mg号各基杆塔至行波测距参考故障点的空间位置向量矩阵r,如图5所示。

求取r和rlightning的内积为:

计算各基杆塔空间位置向量r与最近邻地闪记录位置向量的接近度p为:

式中:0≤pi≤2(i=1,2,…,|Ng-Mg|),当pi=1时,最近邻地闪记录与杆塔坐标重合,当pi=2时,最近邻地闪记录位于第i基杆塔与行波测距参考故障点之间。

接近度的大小体现了杆塔与最近邻地闪记录相对于行波测距参考故障点的相对位置,若pi>0,则记录的雷击点与杆塔相对于行波测距参考故障点大致方向相同,反之,则记录的雷击点与杆塔相对于行波测距参考故障点大致方向相反。根据式(18)求取pmax。

利用接近度中的最大值pmax作为测距结果优化的修正系数,设pmax对应杆塔到行波测距参考故障点之间的线路长度lfl,根据式(19)对疑似故障距离进行修正。

式中:pmaxlfl的正负号与行波测距结果和pmax对应杆塔之间的相对位置有关。

根据式(19)将修正后的故障距离调整至最近的杆塔上,此杆塔即为经过修正后的故障定位结果。包含雷击故障点反射波与测距结果优化的方法流程图如图6所示。

pmax反映的其实是线路走廊趋势与地闪记录之间的接近程度,向量p中的元素大小反映了接近度大小。在行波测距结果、地闪记录与真实故障点都相差不大的情况下,即使行波测距结果位于地闪记录与真实故障点连线之间,由于二者与真实故障点之间相差都不大,lfl必定很小,与pmax相乘后,误差往往小于一个档距,经过故障杆塔归算以后,测距结果初步确定的故障杆塔不会改变。在行波测距结果与真实故障点都相差不大而地闪记录与真实故障点相差较大的情况下,鉴于地闪记录误差在经度和纬度上趋向于均匀分布的特点,地闪记录与线路走廊趋势接近的概率很小,pmax的值通常很小,相应的pmaxlfl也较小,对行波测距结果的劣化不会很大。在地闪记录与真实故障点都相差不大而行波测距结果与真实故障点相差较大的情况下,pmax的值较大,pmaxlfl的值也会随之增大,对行波测距结果有明显的优化作用。

4 应用实例

现以图1所示的故障波形为例,对本文所提出的方法进行验证,计算疑似故障点所对应的疑似故障距离,经验波速定为2.98×108m/s,根据式(1)至式(6)折算为疑似故障点,每个疑似故障点在半径为R的圆内包含的雷击地闪记录数量及相应 Δtmin如表1所示,R=5km,GPS授时设备的误差阈值η=30s。

第4个疑似故障点反射波对应的 Δtmin最小,将第4个疑似故障点坐标作为行波测距参考故障点,Δtmin对应的地闪记录为最近邻地闪记录。最近邻地闪记录的坐标为(99.624 35,25.344 65),rlightning为(-0.010 689,0.000 361),与其最接近的杆塔为151号杆塔,则151,152,153号各基杆塔至行波测距参考故障点的空间位置向量分别为(-0.007 883, -0.002 914 ), (-0.004 886,-0.001 797),(-0.000 917,-0.000 256),接近度分别为0.727,0.451,0.085。

可知,pmax=0.727,151号杆塔与154号杆塔之间距离lfl= 857.28 m,计算得到xcorrected=77.092km,修正后的故障定位结果为第152 号杆塔。根据现场巡线人员的巡线结果,在第150号杆塔发现绝缘子被击穿的痕迹,与未进行测距结果优化的结果相比,经过优化的测距结果和实际巡线结果更接近。

为进一步验证测距结果优化方法的可靠性,对一些实际工程中测距结果与巡线结果相差较大的雷击故障历史记录进行测距结果优化,所得结果如附录A表A1所示。

可以看出,由于引入了LLS地闪记录作为行波测距结果修正,本文所提方法能大幅提升与雷击故障的单端自动测距可靠性,利用地闪记录剔除了测距结果伪根,避免了雷击故障的测距结果谬误。测距优化结果更加趋近于巡线呼称距离,降低了因波速、弧垂、温度等现场不确定因素造成的行波测距误差过大的概率。

5 结论

1)在实测数据中,受到现场电磁噪声等因素的干扰,故障点反射波波头不易准确标定;现场线路投切时刻不确定导致故障时刻线路的配置文件难以及时更新,单纯利用极性或幅值难以判定故障点反射波。

2)以初始行波极性相同的突变作为疑似故障点反射波,计算得到相应的疑似故障距离,搜索疑似故障点附近一定范围内的雷击地闪记录,求取满足最小时间差和空间位置最近邻的地闪记录,从LLS和行波波形各自的多个可能解当中求取近似解,可以排除LLS记录的大量非故障雷击并剔除非故障点反射波。

3)以行波测距参考故障点与最近邻地闪记录之间的线路走廊趋势作为基准,以接近度判断最近邻地闪记录位置与线路走廊趋势之间的吻合程度,以接近度大小作为修正系数,对行波测距结果进行修正,利用实测数据进行验证,证明了该方法在实际中具有可行性。

附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

摘要：针对输电线路故障概率最高的雷击故障存在实测数据故障点反射波难以标定等困难,提出基于行波测距数据和雷电定位系统记录等多平台来源信息的雷击故障测距结果优化方法。以实测数据中疑似故障点反射波对应的疑似故障点作为基准,根据最近邻地闪记录与疑似故障点之间的空间距离和时差排除雷电定位系统中非故障雷击地闪记录和实测行波数据中非有效行波的干扰,初步确定故障点位置。在此基础上,根据最近邻地闪记录在空间位置上的趋向性,以线路走廊走势作为基准,计算最近邻地闪记录与线路走廊各基杆塔之间的空间趋势接近度,以接近度作为修正系数对行波测距结果进行优化。最后,以故障实测数据进行验证表明该方法可行、有效。

关键词：单端行波测距,波头标定,信息融合,线路走廊趋势,雷击记录

故障数据记录 篇2

行车记录仪现在已经相当普及了，但在使用时难免会遇到一些问题，下面是行车记网仪网总结的一些常见的行车记录仪故障和解决方法，希望广大车友永远都不要用到，但还是以防万一吧

1，死机，不开机： 死机是指在排除电源问题的情况下，机器不启动的情况或者机器启动工作中不反应了，一直停留在某个状态下！

解决办法：

（1）先将SD卡或者TF卡取出，按开机键确认是否能开机。

（2）如还是不开机，请翻看机器侧面，找到“RESTE”孔用细软的东西桶一下复位孔后在按一下开机键看是否开机启动。

（3）如果黑匣子正常启动，那就说明是卡的问题，接下来请将您的卡格式化一下

（4）将卡格式化后插上，如果还是有这样的情况，建议您更换一张内存卡

不开机是在启动机器时，不工作或者死机后通过死机的解决方法确认还是不开机的情况

解决办法：

（1）检查电源线是否正常，检查车充电源指示灯是否工作，行车记录仪上的充电指示灯是否工作？

（2）检查开机键是否按下起效，一般行车记录仪的电源键按下时，其工作指示灯都会变亮（工作指示灯一般为蓝色）

（3）拔出卡后复位机器，按下开机键，看是否开机

（4）如都不能解决问题请联系当地经销商解决。

2，拍摄录影的时候会自动停止：原因是由于高清视频资料量巨大，内存已经录满，不能在继续录制视频

解决办法：

（1）检查机器是否设置了录象循环功能

（2）检查机器的录制格式，设置一下录制视频格式，尽量节省空间

（3）请使用与SDHC相容的高速TF卡，高速TF卡会有C4或者C6标志。

3，视频图片重播的的时候出现停顿或跳帧：主要原因是存储资料的时候出现了错误或者内存卡质量问题

解决办法：

（1）使用格式化功能，格式化您的SD卡或者TF卡

（2）检查您的卡是否为水卡（台版卡），如果是请更换为金士盾原装正版卡

4，影像录制后朦胧或者模糊一片。主要原因可能是镜头不够干净，或者前挡风玻璃不够干净。

解决办法：将镜头擦拭干净

5，汽车黑匣子在拍摄时候图像黑，或者特亮，原因是由于大反差场景，影响了机子的自动曝光功能

解决办法：调节感光度功能

6，阴天或者室内的情况下，图像表现不够完美

解决办法：调节白平衡

7，图像有横条纹干扰 原因是由于设置了错误的光源频率

解决方法：根据当地的供电频率，进行相应的设置 50HZ 或者60HZ

8，录像噪音很大，主要原因是由于低电情况

解决方法：将记录仪充足电量再录制

9，视频用电脑播放时卡机，视频不连贯，原因可能是卡的不兼容或者播放器***格式出现问题

解决办法：

（1）首先建议换个电脑播放器播放

（2）更换一张格式化了的高速卡

10，接车充后车充和行车记录仪电源指示灯亮 但不开机，原因可能是车充不匹配解决办法：换厂家提供的原装车充！

电梯故障记录仪系统设计 篇3

关键词：电梯故障记录,S3C2440A,信号对比,无线传输

引言

目前我国许多电梯正处于老龄化阶段, 较老的电梯又缺少安全保障措施, 没有专门设备去记录故障, 而解决电梯故障大部分是依赖技术员不断积累的经验。当电梯故障时, 维修人员往往不能第一时间赶到事故现场, 很有可能造成救助不及时从而出现二次伤害;同时, 乘梯人员对故障描述不清楚, 也会延误有效抢修时间。所以当前状况急需对旧电梯进行故障识别和记录。故提出电梯故障记录仪, 以检测和记录电梯各种故障, 同时提示维保人员有效地对电梯进行维护, 保障人员安全。

电梯故障记录仪俗称电梯黑匣子, 主设备安装于电梯机房内, 信号采集装置安放在电梯各个关键信号输出位置, 是一种能够对电梯故障的时间、速度、楼层数、故障点以及其他状态信息进行采集记录的装置。为了提高监控电梯故障的准确性和实时性, 故障记录系统通过获取电梯中各关键终端的输出信号, 将信号传递至电梯“黑匣子”, 迅速判断并定位出故障位置, 为检测人员迅速找到故障部位, 及时处理、排除故障提供了有效依据, 对电梯故障进行自动判断就显得十分重要。

1 主要故障分析

通过调查电梯故障及总结得出, 电梯故障主要分四类:门机构故障、控制屏故障、电梯供电电源故障和井道设备故障。所有电梯故障的产生最主要是由电梯门系统故障引起的。电梯门包括轿门和层门, 是重要的安全防护设施。门系统故障的主要原因是电气联锁接触不良、开关门受阻、门开关运行频繁、人为撞击等。控制屏故障主要由电气设备引起。主要包括:制动器非正常工作、线路板故障、中间继电器和接触器故障。电梯供电电源故障是因为电梯主机启动电流为正常工作电流的3倍以上, 启动时会引起供电电压的波动, 极易导致电梯故障。井道设备故障主要是曳引钢丝绳损坏的问题, 这一直是制约电梯发展的关键因素[1]。

针对上述电梯故障, 设计了电梯故障记录系统, 实时记录电梯信号。当电梯出现即使是轻微或短暂的故障时, 都能提示出预警信号, 告之乘客该梯为危梯, 以保障人员安全。

2 系统总体方案设计

为了提高电梯信号传输速度, 本文设计的电梯黑匣子系统中MCU选用基于ARM920T内核的16/32位的RISC嵌入式微处理器S3C2440A芯片。同时为了信号传输的稳定性, 选择与该MCU相匹配的无线发射芯片n RF2401进行通信。系统其他模块为故障信号采集模块、数据存储、通信接口电路、LCD显示、键盘操作等。系统的硬件设计框图如图1所示。

系统通过各终端获取输出信号, 对门系统信号、控制屏信号、井道设备控制信号等进行采集, 该信号所在的模块都设有相应的无线发射模块, 主控芯片模块也有相应的无线接收模块, 经过无线收发把采集到的电梯状态信号传递至MCU对信号进行分析处理。通过处理后的数据存储于外部FLASH中。同时, 实时信号如停止楼层数、上下行方向、有无召唤等可通过LCD显示。

3 硬件系统设计

3.1 门系统信号获取

电梯门信号通过电梯整梯控制系统和门机机械系统发出开关门信号、平层信号、门极限信号和安全输出信号至门控制系统, 来控制电梯门的运行。其中平层信号是指电梯到达该层楼平面位置时产生的信号;开关门极限信号指轿门运动到门两端极限位置时, 由极限开关产生的信号;电梯光幕和安全触板是检测障碍的装置, 其只在关门过程中有效, 当关门时遇到障碍物, 会产生触板阻挡信号或电梯光幕输出信号, 控制电梯门重新开启, 防止障碍物被夹。

同时门控制系统将获取到的电梯门相关数据通过无线模块传递至MCU的无线接收模块。通过比较第N次与第N+1次信号, 来确定动作是否正常完成, 同时将错误动作记录至存储器中。比如, 第N次信号判断为开门到达极限, 那么收到第N+1次信号后应该判断为关门到达极限, 假设其他信号正常, 说明这此次动作无误。若第N+1次信号判断不为关门到达极限, 说明电梯门系统中门极限开关故障, 门很有可能发生事故, 那么此次信号就被完整地记录到黑匣子中, 同时屏蔽内外召唤板, 禁止电梯工作, 并在屏幕上显示故障说明, 供给维修人员参考。如图2所示。

3.2 控制屏信号获取

控制屏系统分电梯内、外楼层召唤系统, 其获得相应信号后, 通过电梯控制系统的判断对电梯制动器进行控制, 使电梯上行、下行或停止。同时, 控制板系统将同样的信号传递给黑匣子的MCU, 当黑匣子获得两相邻信号, 就能判断出此次系统有无正确动作。如图3所示。

3.3 无线主从式收发设计

本文中硬件系统采用的中心拓扑结构为星型网络, 建立主从式通信链路, 一个节点损坏不至于拖累其他任何节点, 主从节点之间无其他节点, 信号传输能直接到达主节点, 缩短了传输时间, 增加了网络的安全性。其中主节点负责整个网络信号的接收, 从节点只与主节点进行通信, 从节点相互之间无通信, 从而有效避免了从节点间信号串扰的问题。主从节点之间是利用n RF2401无线收发模块进行通信, 它的有效距离可以达到几十米至几百米, 最大速率可以达到1Mbps, 在一般的井道环境中能够满足速度与距离的要求。图4是主从式网络结构示意图。

4 系统软件设计

软件设计的主程序框图如图5所示。根据系统的实际设计和需求, 工作流程如下:

(1) 上电自检

电梯系统上电后, 先对系统初始化, 然后进行自检。自检内容主要包括I/O口、时钟、存储器等。若检测到系统工作不正常, 先将故障数据存储于FLASH中, 同时显示屏则显示错误信息, 并提示检修;若检测正常, 显示屏将显示“系统工作正常”。

(2) 数据采集、处理和保存

电梯运行后, 记录仪获取到初始数据, 根据其记录时间、速度、运行状态等能够计算出电梯总运行时间、每周故障、每月故障等, 当达到一定数量微小故障时, 提示危险信号, 此时需要维修人员来检修。当有事故发生, 事故前一段时间的数据将不被系统覆盖, 自动记录数据, 便于数据比对, 同时显示在显示屏上;如果没有事故发生, 则以一定的容量进行数据存储。

5 结束语

本文具体分析研究了电梯黑匣子系统, 主要包括其软硬件的总体设计。设计的重点和关键包括电路设计、信号采集、数据存储和故障处理等部分。该系统基本能实现现有大部分电梯信号的故障采集存储。在实际应用系统前, 还需要对所在环境进行相应的测试和事故模拟测试, 用以确保系统的可靠。

参考文献

[1]阎明.基于可靠性的电梯故障分析及诊断[J].电子世界, 2013 (03) 49-50

[2]张杰.基于ARM的汽车黑匣子的研究与设计[D].武汉理工大学, 2008

[3]李春林, 程健.基于ARM和nRF2401的嵌入式无线网络测控平台[J].自动化仪表, 2007 (8) :8-11+15

[4]李中兴, 林创鲁, 邱东勇, 等.基于STM32的电梯实时监测系统[J].自动化与信息工程, 2012 (1) :43-45

[5]秦鼎鼎.基于RFID和GPRS的无线通信平台的医疗应用[D].哈尔滨工程大学, 2011

[6]高玉民.汽车黑匣子简介[J].交通与运输, 2005 (2) :22-23

[7]崔元溪.电梯故障原因分析及对策[J].技术与市场, 2013 (6) :101-102

[8]王耿芳.电梯门系统故障的诊断和处理[J].江苏电器, 2005 (3) :29-31

[9]黄坚.电梯控制柜测试与故障诊断技术的研究[D].浙江工业大学, 2012

[10]马永芳.电梯故障诊断系统的构架设计和算法研究[D].华东理工大学, 2011

故障数据记录 篇4

1 监控装置系统组成及故障分析

1.1 监控装置系统组成

LKJ-2000型列车运行监控记录装置基本组成单元是一个主机箱和两个显示器。它的速度信息来自光电式速度传感器, 机车信号信息来自通用是机车信号, 压力监测除了检测列车管压力外, 还检测机车制动缸的压力及均衡风缸压力。

1.2 故障分析

当监控装置正常运行时, 主机板上的CPU就会释放出400HZ方波脉冲, 从而产生交流电压供给继电器。如果系统出现故障后, 则会无方波释放, 接通电路后显示器也会发生吱吱的声音进行报警, 故障灯也会亮起, 这个时候要及时的进行处理, 要不然会导致烧毁监控装置。

1.2.1 原因分析

一是主机板上输入的5V电压不稳, 主要由电源板无5V电源输出或其它插板使用5V电源有短路造成, 致使CPU芯片工作不稳。

二是负责主机板CPU存储器及地址译码器编辑工作的可编程芯片D2 (GAL20V8) 因长期使用出现老化现象, 芯片过热导致其性能不稳定或失效。

三是在编辑程序时人为的出现输入错误或是编辑程度出现错误, 都会引起程序出错, 造成系统故障的发生。

四是主机系统的时钟如果出现错误, 则会导致整个系统运行的混乱, 出现程序死机现象的发生, 这也会引起装置的系统故障。

五是在对监控装置进行检修时, 主板上的配件会进行拔插的动作, 如果多次进行拔插后会造成插脚与插座接触不良, 使设备出现系统故障;还有就是机车在运行过程中的震动也会造成配件的接触不良, 从而导致系统故障的发生。

1.2.2 解决措施

(1) 监控装置的电源板采用的三极管及电阻功率偏小, 受机车电压波动影响, 无法给监控装置提供稳定可靠的电源, 因此将原电源电路中的三极管及电阻功率适当增大即可解决这一问题。

(2) 正常的芯片都有一定的使用寿命, 所以在使用过程中不同厂家的产品可以使用的期限也会有所不同, 一般情况下芯片在使用三万小时左右就应该进行更换, 也就是说工作超过三年的芯片都应该进行全部更换, 以便影响监控系统的正常工作。

(3) 为了避免芯片在编程过程中出现问题, 所以在所有程序写入存贮芯片后, 必须在试验台上进行试验。

(4) 供应电源的电池在平时工作时的电压不应低于3V, 工作时间也不能超过三年, 对于达不到工作标准及超出使用年限的都应进行更换, 以保证电源的正常供应。

2 速度传感器故障和电务设备故障

2.1 原因分析

2.1.1 光电速度传感器故障

由于速度传感器本身故障如传送电缆断、轮轴的插孔及套脱出等;或电源故障, 监控装置不能准确计算出机车运行的速度, 造成调出信号及公里标错误, 监控装置出现误动作, 机车乘务员只能做关机处理。

2.1.2 机车信号故障无法正确接收地面信号

如果机车信号出现故障不能接收地面信号时, 监控装置的监控依据也将消失, 这时监控装置会按规定模式把控制机车的出口限速为0km/h, 这样列车就不能正常的行驶了, 所以这时乘务员应该将监控装置关掉, 以保证列车的正常运行。

2.2 解决措施

2.2.1 关闭监控装置, 机车乘务员必须通知列车调度员, 由列车调度员下发调度命令, 按非正常车次掌握。

乘务员退勤时交回调度命令, 做为凭证, 否则视为非法关机。

2.2.2 增加速度传感器的检查次数, 规定每次小修时, 速度传感器下

车检查, 对发现插套磨损的必须进行更换。

2.2.3 电务设备故障, 机车信号出现灭灯后, 乘务员关闭监控装置后, 必须电话通知列车调度员, 到前方停车。

列车停车后, 乘务员改变车次为重联车次, 重新对标开车, 保证监控装置记录相应的数据, 虽不能控制列车安全, 但凭此数据可分析乘务员是否安全操纵列车。

3 信号故障

机车信号是列车监控装置进行监控的重要依据, 所以一旦机车信号出现故障, 这时监控装置通过计算机对机车做的指令就与实际情况有出入, 造成列车接收到错误的信号, 停车或是减速等情况, 使列车的正常运行程序受到了影响。

3.1 原因分析

3.1.1 机车信号车下感应线圈故障或安装高度不符合要求。

3.1.2 轨道发码设备故障。

发码设备故障, 不发或错发信号码, 造成机车信号显示与地面实际显示不符, 导致监控装置在执行过程中出现错误。

3.1.3 接近发码区段距离较短, 列车运行速度较高, 机车信号不能及时上码, 乘务员被迫对监控装置采取解锁操作。

3.2 解决措施

可以把机车信号接线圈的安装支架改造成可调节式的, 再适当的延长部分车站接近发码区段的距离。

4 监控装置记录的文件丢失

监控装置所记录的列车运行的数据, 正常情况下芯片可存放十年的数据, 但在实际运行过程中, 如人为操作的错误或是人为的破坏, 亦或是配件的质量问题从而导致数据的丢失, 这时会给机车的运行带来安全问题, 无法进行运行的分析工作。

4.1 原因分析

4.1.1 监控装置设备质量问题

(1) 监控装置主机插件故障。 (2) 记录插件电池不良, 达不到RAM芯片中数据正常保存的要求。

4.1.2 由于监控装置记录的文件条数过多 (以下称大文件) , 将RAM芯片中存放的数据挤出, 造成文件丢失现象。

4.1.3 机车乘务员为掩盖操纵上的失误, 人为将监控装置记录的运行数据毁掉。

4.2 解决措施

4.2.1 在对监控装置检修时要实行实名制检修, 并固定人员进行检

修, 尽量减少检修人员的更换率, 这样在检修过程中就能在质量上有所保障。

4.2.2 检修完成后, 需要进行相关的检测, 只有达到检测标准并能准

确记录数据的配件才可在监控装置上使用, 对于不合乎标准的配件, 一律不许在监控装置上使用。

4.2.3 为了保证系统时钟的正常运行, 对于NI-Cd电池要进行电压

测试, 对于低于3V的电池要进行更换, 同时对于使用三年以上的电池也要进行定期更换, 以免影响系统时钟的正常运行。

5 结语

综上对于列车监控记录装置系统的故障的分析, 并在实际工作中得以应用, 并取得了较好的效果, 一方面在很大程度上提高了监控装置监控的质量, 另一方面也保证了列车运行过程中的全程监控。保证了列车的安全运行。

参考文献

[1]杨明军.LKJ-2000型监控装置柴油机转速记录显示误报的处理[J].内蒙古科技与经济, 2011年14期.[1]杨明军.LKJ-2000型监控装置柴油机转速记录显示误报的处理[J].内蒙古科技与经济, 2011年14期.

[2]武新杰, 邵嘉林, 李长生.LKJ2000型列车运行监控记录装置模拟设备开发及应用[J].中国科技信息, 2011年17期.[2]武新杰, 邵嘉林, 李长生.LKJ2000型列车运行监控记录装置模拟设备开发及应用[J].中国科技信息, 2011年17期.

故障数据记录 篇5

本文介绍了一种自动记录ARINC429总线数据的测试设备 (以下简称429记录仪) , 下面分别介绍该429记录仪的技术性能、组成和设计方法。

1 技术要求

1.1 功能要求

429记录仪研制中要充分阻抗匹配问题, 同时也应考虑429总线驱动能力, 避免因传输距离过长造成误码或丢失数据现象。

记录仪应能记录被测件加电时刻, 并在被测件发送429数据后开始记录, 在被测件断电后停止记录, 记录被测件所有发送的429数据, 对所记录数据以被测件“上电”时刻为零时刻打统一时标。记录数据不应有漏帧、错帧。记录数据以磁盘文件形式存储, 并能对数据文件进行加载、显示、分析。

1.2 数据记录要求

数据记录结束后提醒操作者存盘, 同时应有文本框供操作者输入当前试验情况说明, 此说明与记录数据一并存入数据文件。

1.3 数据处理、分析要求

图形显示:操作者能根据实验情况, 对所记录数据进行选择, 对选择数据以图形方式显示。

2 设计方案

2.1 系统组成和工作原理

429记录仪主要由工业计算机、429数据接收卡、记录处理分析软件三部分组成, 如图1所示。

2.2 工业计算机

工业控制计算机, 根据用户的携带方便的要求, 选用便携式工业控制计算机。

2.3 4 2 9数据接收卡

新研的429数据接收卡, ISA总线接口, 两个429发送通道, 四个接收通道, 符合429总线标准。

ARINC429数据接收卡主要用来接收被测件通过429总线发来的数据, 并把数据传给主机进行处理。

数据接收卡的组成如下。

本ARINC429的数据接收卡的控制中心是8096单片机系统, 负责ARINC429数据的管理, 简化了电路系统的设计, 工作在16位数据传输方式下, 其原理图见图2。

其中ISA总线接口电路完成ISA总线和接收卡的通讯。双口RAM实现ARINC429数据的缓冲存贮, 采用8096CPU进行管理, 双口RAM中的数据可以被主控机快速地读走从而实现了主控机和模块之间的快速数据通讯, 实现并行存取, 减少了主控机的负担。

数据接收卡的工作原理如下。

发送过程:首先主机将需要发送的数据按帧的形式组织好, 将其放在数据接收卡的发送存储区, 当卡接收到发送命令时, 将数据沿ARINC429总线发送出去, 发送完毕后向主机发出中断申请, 主机可以重新装载数据, 命令模块发送出去。

接收过程:当数据接收卡接收允许接收命令时, 开始监视ARINC429总线, 总线上有数据时开始接收数据, 并把数据放到双口RAM的接收缓冲区中, 当缓冲区满时用中断向主机报告其状态, 并请求主机将数据从双口RAM中读走。

2.4 记录仪软件

软件的开发、运行环境。

测试软件的主要硬件对象429数据接收卡, 因此可有针对性地选择软件编程工具, 经比较, 选用NI公司的基于标准C语言的、开放式的编程环境LabWindows/CVI, 操作系统选用Windows 2000。

软件总体组成。

软件由两部分组成。数据采集模块, 主要包含数据记录和存储的功能。数据处理模块, 主要包括显示、打印、处理等功能。

数据采集模块的主要功能是在被测件测试的过程中, 把429信息采集下来, 按规定的格式存储。

数据采集的过程共分为以下4个阶段。

第一阶段, 等待“被测件准备”信号, 等该信号出现后, 记录时间。

第二阶段, 连续记录被测件传出的429总线信息, 并按照规范进行整理。

第三阶段, 停止记录。

第四阶段, 输入存盘文件名称, 试验备注, 存盘。

数据分析模块的主要功能是读取存盘文件, 对文件中记录的被测件信息进行显示、分析。数据显示的方式有列表显示、图形显示。图形显示采用标准图形控件来实现, 具有缩放、拖动、取值等丰富的功能, 便于进行数据分析。

存盘文件。

存盘文件的文件名由当前系统日期和时间组成的。

信息以ASCII码 (即文本) 文件形式存贮, 每行49个信息字 (其中第一个信息字为时间值, 第2~49信息字为被测件发送的数据, 具体文件内容格式为:

T T TDDZZXXXXDDZZXXXX……DDZZXXXX

其中, TTT为接收到信息的时间值 (以ms为单位) 。

数据信息字由DD、ZZ和XXXX三部分组成:

DD为429数据地址;

ZZ为8位组合信息, 由记录仪软件填充;

XXXX为16位429数据。

3 结语

故障数据记录 篇6

随着科学技术的不断发展, 新的地震勘探仪器出现了, 盒式磁带也不再是记录数据的唯一的和首要选择了。法国SERCEL公司生产的428XL和408XL地震仪器就是较为先进应用广泛的两种, 它们不仅支持盒式磁带作为储存媒介, 而且还支持、NAS盘、移动硬盘等等记录媒质作为地震采集数据的存储介质。428XL和408XL地震仪器的出现使得数据采集不再受到一些特殊条件的限制, 数据的采集读取更加的方便和安全。

一、428XL仪器:新一代的数据采集系统

428XL仪器, 在我国地震勘探领域应用范围最广, 它是全数字遥测地震采集系统, 由SERCEL公司在2005年推出。它不仅拥有在2ms采样时分别为16M和100M的大线和交叉线的传输速率, 而且还兼容了408UL的地面设备, 在大幅度的降低采集站的重量和功耗的同时, 它的单线传输带道能力也达到了2000道。同时它还是单个检波点平均重量最轻的地震采集系统, 它的每检波点只有1.8kg, 这包含了电瓶、检波器、电子单元和大线等, 这得益于它采用了基于MEMS技术的数字检波器。而且DSU和FDU都使用了采集链结构, 一个采集链一般有1~6个DSU或FDU, 大大减少了接头数量, 提高了可靠性。除此之外428XL的客户端可以通过互联网实现远程的实时采集显示工作, 还可以对采集的质量进行监控, 极大的提高了采集的质量和监控的水平。

二、数据记录方式的分析

记录通道的分析:通过对428XL仪器的系统构成的研究, 可以发现在野外的地上单元进行了数据的采集之后, 这些数据都会通过主机体传输到428XL仪器的服务器上, 最终这些数据经SCSI接口或者是光纤接口传入磁带机进行记录。这是428XL仪器的基本记录流程。通过研究发现这个流程可以发现, 在外界异常因素的影响下系统很容易出现采集的数据丢失的现象, 这是其只启用了一个数据记录通道而导致的。但如果我们能够找到一个双保险结构的话, 这个问题就迎刃而解。办法就是在数据到达428XL仪器的服务器, 通过SISC的接口将数据送往磁带机时多增加一条数据记录的途径, 这样最终就可以成倍的增加数据记录的安全性。

三、新型的数据记录方式

428XL仪器把每一个设备都当成了一个联网的节点, 通过互联网技术, 以网络通用的TPC/IP协议为基础把设备连成一个整体来管理, 互联网技术的应用使得其硬件联机更具灵活性以及通用性。NAS网络储存系统和FTP网络传输技术方案的应用, 有效的保障了数据的安全, 从而解决了在野外施工中由于记录载体损坏而造成的数据丢失问题。

NAS网络储存系统:NAS网络储存系统为428XL仪器的数据记录提供了更加安全和便捷的方式, NAS网络储存系统可以很方便的以硬盘和磁带作为储存数据的媒介, 作为一种网络文件储存、备份设备可以说十分专业。NAS的本质是一台小型的计算机, 精简了大部分不必要的计算和不利于数据储存的功能, 使其更适合用于储存服务, 同时NAS完成TB级的储存容量扩充也十分方便, 仅占用极少的IP资源即可。需要注意的是NAS系统中的双端口千兆网卡和母板上的一个自带端口, 这三个端口的地址不同, 由于NAS系统的型号不同, 连接428XL主机时所使用的端口位置也不一样。

FTP网络传输技术:FTP即文件传输协议, 作为通行证它可以将计算机终端与具有FTP文件传输协议的服务器连接到一起, 从而实现PC端和服务器之间的数据的传输和下载。428XL拥有静态IP地址即固定因特网IP地址, 可以方便的安装FTP服务器程序, 不必进行端口的映射, 配置好属性就可以实现安全便捷的数据传输。

结语

数据的丢失是野外生产施工勘探过程中不可避免的问题, 这个问题给野外的生产带来了极大的困扰, 不仅影响生产施工的效率, 更会造成经济上的损失, 本文通过对428XL仪器采集数据记录方式的分析, 和对NAS网络储存系统和FTP网络传输技术方案的研究来找到更好的提高数据安全的方法, 为仪器的操作者提供一些参考。数据的安全是重中之重, 在这里也提醒操作者切不可因技术的提升而掉以轻心。在428XL仪器没有被引进以前, 我国的野外生产施工始终受到数据记录因盒式磁带易损坏而丢失的困扰。这也表明了我国这类仪器的研发设计能力还不成熟, 关键的勘探仪器设备太过依赖进口, 缺乏自己的核心技术, 生产建设易受国外垄断公司的技术威胁。因此我国应加紧发展自主知识产权, 研制出拥有自主知识产权的可靠地震勘探仪器, 来摆脱国外公司的技术钳制。

参考文献

[1]熊维纲.微地震与地热勘探[J].勘探地球物理进展, 1982 (03) .

多总线数据记录系统的设计与实现 篇7

目前,随着传感器技术、网络技术、通讯技术的发展,工业总线技术也由原先的专用串行总线发展到RS-485串口总线(简称485总线)、1553B总线、ARINC 429总线(简称429总线)和以太网总线等。

而国家目前的大型武器平台也向自动化、信息化发展,复杂性越来越高。这类武器系统通常由多个分系统、子设备组成,通过不同种类的总线连接在一起。为了对其进行测试,需要对多种总线的数据进行记录,事后分析数据得出武器性能指标。因此解决多种总线的数据记录问题成为关键。

1 总线介绍

1.1 1553B总线

1553B总线标准全称MIL STD 1553B(以下简称1553),该标准作为美国国防部武器系统集成和标准化管理的基础之一,被广泛的用于飞机综合航电系统、外挂物管理与集成系统,并逐步扩展到飞行控制等系统,涉及坦克、舰船、航天等领域。最初由美国空军用于飞机航空电子系统,目前已广泛应用于美国和欧洲的海、陆、空三军,而且正在成为一种国际标准。

GJB 289A-97《飞机内部时分制指令/响应型多路传输数据总线要求》简称GJB 289A,是我国制定的与美国1553相对应的军用航空总线标准,GJB 289A兼容1553。GJB 289A数据标准总线正在我国航空航天、武器平台等方面得到越来越多的应用,必将逐渐成为我国国防电子的重要的基础设施之一。

1.2 ARINC 429总线

ARINC 429总线是美国航空无线电公司(ARINC)制定的航空数字总线传输标准,定义了航空电子设备和系统之间相互通信的一种规范。随着国内航空业的发展,ARINC 429总线的应用日益广泛,已推广到许多航空设备中。与此同时在许多航空机载设备的检测维修中出现了大量对429信号的检测需求。

ARINC 429协议规定使用双绞屏蔽线以串行方式传输数字数据信息,信息为单向传输,即总线上只允许有1个发送备,可以有多个(≤20个)接收设备。总线的数据传输率为12.5～100kbps,传输字为32位。线路上的码型为双极性归零码。

1.3 RS-485串口总线[3]

RS-485总线采用一种平衡发送和差分接收数据传输的电气规范[1],已成为业界应用最为广泛的标准通信接口之一。它具有组网能力强(可驱动32个负载设备)、噪声抑制能力强、数据传输速率高、传输电缆长以及可靠性高等特点。因此,许多不同领域都采用RS-485作为数据传输链路。

1.4 以太网总线

以太网技术广泛应用于INTERNET网络、城域网、局域网。目前大型的信息武器平台也将以太网作为其主要的信息传送通道,各个分系统通过局域网组成作战网络,通过IP协议传送信息。

2 实现途径

多总线数据记录系统需要记录的是多条不同类型、速率、信息格式的数据,所以必须考虑数据的多样性、并发性以及速率突发性,特别是以太网数据,在某一时刻具有较快的发送速率。

该系统采用CPCI总线计算机来实现。CPCI总线计算机具有良好的扩展性、稳定性和加固性,能较好的适应武器平台对设备的环境要求。

软件方面采用多线程架构,每个线程接收一路总线数据,由单独的数据记录线程完成总线数据的记录。这样即保证了每一路总线数据的实时、高速、可靠的接收又能保证数据稳定、持续的记录。

在以太网数据记录方面,由于一般的网络是由交换机组成的交换式网络,应用软件点对点发送数据。而作为数据记录系统,不能改变原系统软件的功能,所以,准备采用网络镜像技术以及Sniffer技术完成对以太网数据的记录。

3 方案设计

3.1 硬件设计

该系统采用CPCI总线计算机来实现,系统计算机自带百兆/千兆自适应网络、485总线接口,然后通过加装1553B总线板卡、429总线板卡实现1553、429接口的扩展。

3.2 软件设计

软件作为一个综合数据记录软件配置项,它由以太网网络数据捕获组件、1553B总线数据监视组件、485串口数据接收组件、429总线数据接收组件、主框架组件组成。

软件采用多线程工作模式,动态管理各个组件,利用缓冲技术保证各类数据能够准确可靠的接收、记录。软件数据流如图1所示。

主框架包括综合记录软件的人机界面模块、消息映射模块、综合配置模块、综合数据记录模块、线程管理模块、缓冲区模块。它们各自独立,为以太网网络数据捕获组件、1553B总线数据监视组件、485串口数据接收组件、429总线数据接收组件提供界面、缓冲、记录、配置管理以及线程管理的服务。

人机界面模块和消息映射模块在MFC(Microsoft FundationClass)的基础上设计,它支持windows操作系统最新的应用,包括了众多的控件、样式、消息等设计,而且提供了网络支持。通过VC对程序的优化,软件运行也更加可靠和稳定。

综合数据记录模块完成对各个监视、捕获以及接收组件的结果数据进行存盘,是最终的数据结果。考虑到各个监视、捕获以及接收组件在多线程下运行,它们可能同时需要存储数据。综合数据记录模块为各个组件分配时间片,该模块只在时间片内存储相应组件的数据。这样大大提高了存储设备的利用率,加快了存储的速度,防止了因为存储设备速率低导致数据丢失的可能性。

线程管理模块以面向对象的形式设计,它设计为一个父类,各个监视、捕获以及接收组件继承于这个父类,自动实现线程管理提供的功能。线程管理模块实现线程启动、暂停、停止等线程基本功能,并且在其内封装了缓冲区模块,实现对监视、捕获以及接收组件子类的透明式缓冲功能。

缓冲区模块提供了在多线程下使用FIFO队列的能力。封装了入缓冲区和出缓冲区接口,为线程管理模块提供缓冲。

综合配置模块为各个组件提供读取配置信息以及保存、更新配置信息的功能。软件框架如图2所示。

3.3 技术要点

该设备主要的技术要点包含多线程管理、同步双缓冲区和网络数据捕获。

3.3.1 多线程管理[2]

线程(Threads)是比进程(process)更小的执行单元,CPU的调度与时间分配皆以Threads为对象。多线程能够提高多人、多任务程序接口的反应速度,产生Threads毫无困难,要让它们分工容易,而要让它们合作,要花费一些精力,否则,使用线程可能会引发数个潜在性的严重问题。

线程管理模块以面向对象的形式设计,它设计为一个父类(CThread),实现线程启动、暂停、停止等线程基本功能。各个监视、捕获以及接收组件继承于这个父类,自动继承线程管理模块提供的功能。多线程管理模块类图如图3所示。

3.3.2 同步双缓冲区

总线数据记录软件是由数据接收线程和数据记录线程协作完成的,它们之间存在数据同步的问题,为此我们单独设计了同步双缓冲区组件,一个缓冲区用于数据接收,另一个缓冲区用于数据记录,当记录缓冲区空置时,接收缓冲区与记录缓冲区通过指针互换。这样即保证了数据及时的接收,又保证了双线程之间数据的同步。

3.3.3 网络数据捕获[1]

网络数据捕获是利用Sniffer(嗅探器)技术,截获传送给其它计算机的数据报文。该技术被广泛应用于网络维护和管理。它工作的时候就像一部被动声纳,接收着来自网络的各种信息。

数据在网络上是以“帧”为单位进行传输。帧是根据通信所使用的协议,由网络驱动程序按照一定的规则生成的,然后通过网卡发送到网络中。在目标主机的一端按照同样的通信协议执行相反的过程。在正常情况下,网卡读入一帧并进行检查。如果帧中携带的目的地址和自己的物理地址一致或者是广播地址,网卡通过产生一个硬件中断将帧中所包含的数据传送给系统进一步处理;否则将这个帧丢失。

当网卡设为正常模式时,对网络的帧如上面说的一样进行处理和接收,显然这样就不能达到数据捕获的目的,因为我们要捕获的帧不是发给我们的。我们可以把网卡设为混杂模式，这样该网卡将接收所有在网络中传输的帧,无论该帧是广播的还是发送到某一指定地址的,这就为捕获数据形成了物理通道。

虽然网卡可以设为混杂模式捕获数据,但是现在的网络是基于交换机的网络,其数据帧是根据目的地址进行分发的,单个网卡将无法监听到所有正在传输的数据帧。利用交换机的网络镜像技术,可以将某个端口A的发送/接收数据镜像到另外一个端口B,我们只需在端口B利用Sniffer技术捕获数据即可。

4 结束语

武器系统信息化使得一套武器系统必须采用多种总线技术才能完成任务,也使得对应的测试系统必须能够采集记录多种总线的数据。因此研究多总线数据数据记录系统,使多种类型的总线数据能够快速、可靠、并行记录具有重要的意义。本文正是从这一点出发,对武器系统常用的总线进行分析,开发设计了多总线数据记录系统,对于其它的总线,在研究了该总线的特点后,开发相应的数据采集模块,可以方便的集成到该系统中。相信,本套数据记录系统对于提高武器测试系统采集模块的功能具有借鉴意义。

参考文献

[1]王石.局域网安全与攻防[M].北京:电子工业出版社,2007.

[2]BEVERIDGE J,WIENER R.Multithreading applications in Win32[M].Pearson Education,1992.

[3]龚建伟,熊光明.Visual C++/Turbo C串口通信编程与实践[M].北京:电子工业出版社,2005.

自动气象站异常数据记录处理方法 篇8

1 故障及采取的措施

1.1 故障现象

相对湿度分钟数据缺测, 期间温度分钟数据正常。因人工护传感器, 致使温度分钟数据异常。

1.2 补救措施

为了保证观测资料的连续性、完整性, 按规范规定我们及时采取了补救措施, 即在近点时人工补测部分或全部观测项目。

2 异常记录的处理方法

2.1 B文件维护

B文件是月基本数据库文件, 由每天定时观测和编报使用的自动站和人工观测数据组成。它包括24个时次的正点数据、日数据和编报数据, 正点数据包括自动气象站采集数据Z文件的全部内容和分钟降水量数据。文件按月生成, 月末最后一天的全部记录同时存入下月文件中。B文件是常规业务的综合, 与日常地面观测业务关系最密切。

1) 自动站正点相对湿度出现缺测而温度正常。a.正点前后10分钟内的相对湿度分钟数据亦缺测。B文件该时相对湿度用人工观测干湿球值订正后查算值代, 水汽压、露点温度用其配合温度反查得。b.正点前后10分钟内有相对湿度分钟数据。B文件该时相对湿度用此分钟相对湿度数据代, 水汽压、露点温度用其配合正点温度反查得, 如24日9时。

2) 自动站正点相对湿度正常但因人工维护使正点温度异常, 正点前后10分钟内有温度分钟数据。B文件该时温度用此分钟温度数据代, 水汽压、露点温度用其配合正点相对湿度反查得。

3) 自动站出现故障接近正点才恢复, 要注意该正点的2分钟、10分钟风速是否有误, 异常偏小时就要用人工观测值代。如19日17时10分风要用EN (或EL) 代。

4) 因更换自动站仪器致使自动站正点数据缺测时, B文件该正点所有要素值用人工补测的值代, 如26日10时如果没有人工补测值, 缺测一个时次, 用内插法计算该时值 (降水量、风向风速不能内插) ;影响两个或以上时次则记录作缺测处理。

缺测时段内有降水时, 自动站小时雨量用虹吸雨量值代, 分钟雨量作缺测处理。

在对上述自动站异常记录进行B文件维护时, 一定要判断该记录对时极值有无影响, 如有影响则时极值及出现时间按缺测处理, 并要进一步判断是否影响日极值。以上处理方法要在气簿-1详细备注。

2.2 J文件维护

J文件是分钟观测数据文件, 由一个站月的时间尺度为分钟的原始观测数据构成。存放每分钟的观测资料, 包括本站气压 (P) 、气温 (T) 、相对湿度 (U) 、降水量 (R) 、风 (F) 等5个气象要素。J文件通常做如下处理:

1) 将异常的分钟作缺测处理。2) J文件00分数据有误, 自动站正点数据正常, 用自动站正点数据代替J文件00分数据。3) J文件00分数据有误, 自动站正点数据是由人工补测、或接近正点的10分钟内的正确分钟数据代替的, 则J文件00分数据按缺测处理。

以上要在A文件中备注。

2.3 A文件维护

A文件是地面气象观测数据文件, 由一个站月的原始观测数据、数据质量控制标识及相应的台站附加信息构成。

本月出现的异常记录已经在逐日地面数据 (B文件) 维护中完成, 所以A文件维护主要是对台站附加信息段的“备注”进行维护。主要有:1) 异常记录具体处理方法;2) 对极值有无影响;3) J文件维护情况。下面是我站3月份相关备注:

“BB/03-25/因温湿传感器故障, J文件各时的00分相对湿度;温度按缺测处理。在故障和排除故障期间影响的分钟数据也皆按缺测处理。”“BB/03-25/因温湿传感器故障, A文件各正点相对湿度缺测, 气温正常, 相对湿度用人工观测干湿球温度查算得, 水汽压、露点温度用其反查得。小时极值按缺测处理, 皆不影响日极值。”

“BB/03-24/因温湿传感器故障, A文件3日15时相对湿度正常, 温度用15时09分的代;24日9时温度正常、相对湿度用8时59分的分钟数据代替, 水汽压、露点温度由其反查得;小时极值按缺测处理, 皆不影响日极值。”

“BB/19/16时后维护温湿传感器, 16时56分自动站恢复正常, A文件17时的10分钟风向风速用EN值代替, 时最大、极大风向风速及出现时间按缺测处理, 不影响日极值。”

“BB/26/因更换温湿传感器, 10时A文件各要素正点值用人工观测值代替, 水汽压、相对湿度、露点温度、本站气压人工查算得。10时、11时各极值及出现时间按缺测处理, 不影响日极值。J文件10时00分分钟数据按缺测处理。”

3 结语

1) 当自动站出现故障时, 不论何种情况都要对所有器测项目人工补测。

2) 当自动站出现故障时, 应尽量减少人为干涉, 及时申报故障。可以在大探中心的指导下对传感器维护或更换。

3) 温湿传感器在相对湿度长时间为100%时 (我站3月最长连续56小时) , 湿敏电容感应不正常, 造成相对湿度缺测。可以采取以下3种维护措施, 而且一定避开正点时间:一是更换湿敏电容的过滤罩;二是在温湿传感器的中间接缝处用9210专用胶带密封;三是更换温湿传感器, 注意不要接错线。