Определение состава и разработка структуры программного комплекса автоматизированного диагностирования РЭС

Согласно описанной в п. 2.2 архитектуре информационной системы, предполагается использование внешних программ моделирования электрических процессов, в связи с этим структура программного комплекса разрабатывалась с учетом необходимости организации связи с этими программами. На рис. 2.5 изображена обобщенная структура программного комплекса.

В качестве среды разработки программного обеспечения была выбрана графическая среда программирования LabVIEW 2013, а в качестве внешне подключаемой программы схемотехнического моделирования электрических процессов — NI Multisim.

Данный выбор обусловлен следующим:

1) Multisim предоставляет уникальную среду разработки схем, ее тестирование/эмуляции в одной среде разработки. Данный подход обладает рядом преимуществ. Пользователю в Multisim нет необходимости знания сложного синтаксиса SPICE и его команды, тем не менее имеется возможность настройки всех параметров SPICE.

Рис. 2.5. Обобщенная структура программного комплекса

Помимо традиционных анализов SPICE, Multisim дает возможность подключать к схеме виртуальные устройства. Концепция виртуальных приборов — простой и быстрый вариант получения результата при помощи имитирования реальных явлений [16].

В случае более сложных анализов, в Multisim имеется более 15 разных функций анализа: AC анализ, Монте-Карло, анализ наиболее неблагоприятных условий и Фурье и т. п. В составе Multisim содержится Grapher — эффективное инструмент визуализации и анализа данных эмуляции.

Имеющиеся в Multisim функции различного описания и тестирования схемы, способствуют разработчику схем сэкономить его время и уберечь от ошибок на всем пути разработки схемы.

2) Среда графического программирования LabVIEW представляет собой идеальное программное средство для реализации систем измерения и контроля, систем автоматизации управления на базе технологии виртуальных инструментов [17]. LabVIEW — это среда в сочетании с такими аппаратными средствами, как устройствами сбора данных, модульными приборами, контроллерами управления движения и приводами, системами машинного зрения, беспроводными датчиками и ПЛИС, а также контрольно-измерительные средства, подключаемые к компьютеру посредством стандартных интерфейсов RS-232, USB 3.0, GPIB, PXI, VXI, дают возможность создавать системы измерения, контроля, диагностики и управления фактически любой сложности.

Обычно для исследователя процессы моделирования и экспериментирования разделены. Моделирование реализовывается в пакетах прикладных программ, а эксперименты сопровождаются иными программными средствами. Данный подход не способствует повышению эффективности исследований. К достоинствам применения среды LabVIEW в исследованиях физических объектов можно отнести то, что позволяет в своих рамках разрабатывать как математическую модель физического объекта, так и дополнять данную модель экспериментальными данными посредством аппаратных средств ввода-вывода, сопряженных с реальным физическим объектом.

Ввиду описанных преимуществ, LabVIEW идеально подходит для проведения испытаний и диагностики РЭС.

Интеграция Multisim и LabVIEW осуществлена посредством использования функций пакета LabVIEW Multisim Connectivity Toolkit для схемотехнического моделирования работы узлов и блоков виртуального прибора (ВП) [18]. В нем существует набор блоков, которые позволяют вызывать и работать с Multisim как с ActiveX сервером.

Как это работает: вызывается соединение с ActiveX сервером Multisim, у которого нет графической оболочки, но есть методы (Invoke) и свойства (Property), к которым можно программно обращаться. Далее производится загрузка модели (из файла), настройка параметров моделирования и запуск моделирования. Т. е. моделирование происходит в Multisim, а данные потом через вызов методов и свойств сервера возвращаются в LabVIEW. Кроме того есть возможность менять параметры элементов схемы (значения сопротивлений, емкостей и т. п.) и получать изображение текущей схемы (в виде статической картинки png и т. п.). Результаты моделирования получаются в виде массива значений (wave form) — на каждый вызов функций опроса данных.

С помощью функций пакета LabVIEW Multisim Connectivity Toolkit в виртуальном приборе можно выполнить следующие действия:

• · установка соединения ВП со средой Multisim;
• · загрузка в Multisim принципиальной схемы;
• · конфигурирование входов и выходов схемы;
• · передача из ВП в модель входных данных;
• · запуск симуляции;
• · ожидание завершения процесса симуляции;
• · считывание выходных данных для последующего использования (отображение, обработка, сохранение и т. д.).

Следует отметить особенности моделирования, выполняемого из ВП:

• · принципиальная схема для моделирования должна быть подготовлена заранее в среде Multisim и сохранена в заданной папке;
• · электрические соединения в принципиальной схеме не могут быть изменены;
• · в процессе работы ВП с помощью функций пакета LabVIEW Multisim Connectivity Toolkit в принципиальной схеме может быть программно реализована замена однотипных электронных компонентов и изменение номинальных значений базовых элементов (резисторов, конденсаторов и индуктивностей).

Сопоставление результатов моделирования и измерений позволяет проверить адекватность используемой модели и при необходимости внести в модель необходимые коррективы.

Все используемые ВП в процессе создания программного комплекса диагностирования РЭС и их описание представлены в таблице:

Таблица. ВП пакета Multisim Connectivity Toolkit.

ВП пакета Multisim Connectivity Toolkit.	Описание.
ВП, позволяющие установить соединение со средой Multisim.
ВП позволяющие открывать, сохранять и создать новые пустые файлы Multisim, а также отобразить имя файла и схемы.
ВП ввода/вывода, позволяющие получать, устанавливать и удалять элементы ввода/вывода во время моделирования.
ВП, позволяющие управлять процессами запуска, паузы, остановки и возобновления моделирования.
ВП, позволяющие изменять значения электронных компонентов схемы.
ВП позволяющие обрабатывать ошибки моделирования, выводить версию подключенного Multisim, выводить отчет и Log моделирования.

На рис. 2.6 показана лицевая панель ВП и фрагмент блок-диаграммы (рис. 2.7), реализующий вышеописанный алгоритм функционирования программного комплекса.

При подготовке входного файла модели исследуемого РЭС для диагностирования в разработанном программном комплексе, следует учитывать, что в качестве входных данных схемы выступают источники питания, а в качестве выбранных КТ — установленные в схеме пробники (Probe) (рис. 2.8).

Рис. 2.6. Лицевая панель ВП автоматизированного диагностирования РЭС

Рис. 2.7. Фрагмент блок-диаграммы ВП программного комплекса

Лицевая панель ВП представлена в виде вкладок, такая форма отображения позволяет не загромождать пользователя, легко и быстро обучится работать с ней. Она содержит в себе ссылки, для указания путей к файлу схемы и файлу измерений, а также список ЭРЭ анализируемой схемы, с соответствующими типономиналами. По световым зеленым индикаторам можно судить о статусе коммутации LabVIEW и Multisim, и в случае возникновения ошибки моделирования, выводится сообщение в соответствующем окне.

Рис. 2.8. Выбор входных данных и контрольных точек

Во вкладке «Circuit Image» отображается изображение исследуемой схемы, собранной в Multisim. Вкладки «Transient Analysis», «DC анализ» и «AC анализ» отображают выбранного пользователем режима моделирования. Каждая вкладка соответствует своей задаче, на которой можно запускать и останавливать процесс моделирования, визуально видеть анализируемые сигналы, которые представлены в виде графиков (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Вкладка «Transient Analysis»

При создании программного комплекса была создана структура, хранящая данные, которые разбиты по их назначению: база неисправностей, составляющие КА, описание ЭРЭ, выбор режима анализа.

Структурное разбиение программного комплекса на модули соответствует требованиям и позволяет решать задачу автоматизированного диагностирования РЭС по электрическим характеристикам.

Выводы по главе 2

В главе 2 сформулированы требования к системе автоматизированного диагностирования РЭС с учетом взаимного влияния физических процессов, включающие в себя как функциональные, так и программные требования.

Разработана архитектура информационной системы диагностического моделирования РЭС с учетом взаимного влияния физических процессов в статическом, динамическом и частотном режимах, которая включает в себя описание концепции построения системы диагностирования, структуру и информационную модель.

Определены алгоритм функционирования, структура и состав программного комплекса автоматизированного диагностирования РЭС.