Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Информационные технологии
Размещена 02.05.2016. Последняя правка: 01.05.2016.

Автоматизация испытаний усилителей мощности

Завальный Александр Сергеевич

Омский государственный технический университет

студент-магистрант

Задорожный В.Н., доктор технических наук, профессор, Омский государственный технический университет


Аннотация:
В статье рассматривается процесс создания автоматизированного рабочего места для получения параметров усилителей мощности управляемых по CAN.


Abstract:
The article discusses the process of creating a workstation for power amplifier parameters controlled by CAN.


Ключевые слова:
усилитель мощности; измерительное оборудование; программа.

Keywords:
power amplifier; measuring equipment; software.


УДК 004.418

Введение

На предприятиях, которые занимаются разработкой различного оборудования распространенной задачей является проведение испытаний изделий на соответствие требованиям технических условий (ТУ). Испытания являются трудоемкой задачей и отнимают сравнительно большое время. Если в процессе испытаний полученные характеристики изделия не соответствуют техническим условиям, изделие отправляется на доработку и затем вновь проверяется на соответствие требованиям ТУ, что приносит новые временные, трудовые и финансовые затраты.

На одном из предприятий г. Омска, выполняющего заказы для оборонного комплекса страны, остро стоит проблема проведения испытания изделий на соответствие электрическим параметрам. Чтобы получить параметры изделия, требуется провести большое количество расчетов и измерений с помощью специальных измерительных приборов. Данные испытания отнимают, сравнительно со всеми этапами разработки, большое количество времени и отвлекают инженеров от основных задач. Решением этой проблемы могут стать автоматизированные рабочие места, которые значительно сократят время и трудоёмкость испытаний.

Современное измерительное оборудование имеет интерфейсы для подключения к персональному компьютеру (ПК) и использует для обмена данными с компьютером стандартизированные интерфейсы и протоколы, что позволяет управлять оборудованием с ПК и получать данные измерений в удобной форме. На базе такого оборудования появляется возможность собрать рабочее место, управление которым происходит с помощью специализированной программы на ПК.

В данной статье будет кратко описан процесс создания АРМ на примере рабочего места для получения параметров блоков усилителей мощности (БУМ) используемых в радиопередающих устройствах.

Автоматизированное рабочее место

Автоматизированное рабочее место – это совокупность информационно–программно–технических ресурсов, обеспечивающих конечному пользователю обработку данных и автоматизацию управленческих функций в конкретной предметной области. При этом предполагается, что операции по накоплению, хранению и переработке информации возлагаются на вычислительную технику, а специалист выполняет часть ручных операций и операций, требующих творческого подхода [1].

Наиболее простой функцией АРМ является информационно–справочное обслуживание, присущее любому АРМ. В зависимости от назначения АРМ могут включать экранные формы документов, расчетные алгоритмы, обеспечивающие обработку информации и отображение результатов, текстовые системы и т.д.

АРМ, созданные на базе ПК – наиболее простой и распространенный вариант, обеспечивающий:

– простоту и удобство пользования;

– простоту адаптации к конкретным функциям пользователя;

– компактность размещения и невысокие требования к условиям эксплуатации;

– простоту организация технического обслуживания [1].

Создание АРМ для получения параметров блоков усилителей мощности (БУМ) – это сложная инженерная задача, требующая знаний в таких областях как: электротехника, метрология и программирование. При создании АРМ следует правильно подобрать измерительное оборудование и коммутацию, настроить его, описать методы получения параметров, реализовать их в программе управления АРМ.

Существующие решения

Анализ рынка измерительного оборудования показал, что многие крупные производители, такие как Agilent Technologies, Rohde & Schwarz, National Instruments и т.д., предлагают со своим оборудованием, программное обеспечение для удаленного управления им с компьютера. Были рассмотрены такие программы как OpenLAB, TestStand, LabVIEW и т.д. Все они в какой-то степени автоматизируют процесс испытаний, но обладают недостатками, из-за которых, использовать их с собственными изделиями, не целесообразно.

Во-первых, управление усилителями мощности производится по протоколам, разработанным на предприятии. Таким образом управлять ими с помощью ПО разработанным сторонней фирмой либо невозможно, либо затруднительно.

Во-вторых, рабочие места, собранные для получения параметров БУМ, можно автоматизировать, так как все приборы имеют функции удаленного управления с ПК. То есть не целесообразно тратить средства на новое оборудование и ПО, если можно модернизировать обычное рабочее место и превратить его в автоматизированное.

В-третьих, собственная система более гибкая. Ее можно адаптировать под собственные потребности.

Так же большинство производителей предоставляют библиотеки языка программирования (чаще всего C++) и используют открытые стандартизированные протоколы для управления из самостоятельно разработанного ПО.

Актуальность работы

Проблема автоматизации производственных процессов и процессов управления, как средство повышения [производительности] труда, всегда являлась и остается актуальной в народном хозяйстве [2]. В общем случае актуальность внедрения АРМ обусловлена снижением затрат и повышением качества на производстве.

Решаемая в статье задача востребована на предприятии из-за следующих проблем:

– проведение испытаний усилителей мощности занимает длительное время, в результате требуется снижать временные затраты;

– высококвалифицированному работнику приходится заниматься однотипными и монотонными измерениями и расчётами, отвлекаясь от основных задач разработки устройств;

– из двух предыдущих затрат, вытекают финансовые затраты на оплату труда работника, проводящему испытания;

– человеческий фактор влияет на качество измерений.

Так же снижение временных затрат влияет на конкурентоспособность предприятия, требуется выпускать продукт раньше конкурентов.

Возникает необходимость проводить испытания оборудования, разработанного внутри предприятия. Разработанное оборудование работает по внутренним протоколам, закрытым для сторонних разработчиков, поэтому актуально разработать собственное рабочее место, работающее с этими протоколами.

Актуальной работа становиться именно на данный момент времен по причине развития измерительного оборудования. Появилась возможность управления, с помощью ПК, измерительным оборудованием, а, следовательно, и возможность объединения в АРМ.

Постановка задач и цели

Исходя из структуры предприятия, для которого требуется создание АРМ, и аналитического обзора предлагаемых решений можно сделать вывод, что требуется разработать собственное автоматизированное рабочее место для проведения испытаний блоков усилителей мощности.

Целью работы является оптимизация процесса проведения испытаний блоков усилителей мощности.

Задачи:

– выбрать оборудование с такими интерфейсами для управления, которые позволят объединить его в одну систему;

– выбрать оборудование с высокой скоростью обмена данными;

– скомпоновать и подключить оборудование так, чтобы его было удобно использовать;

– разработать алгоритмы получения параметров усилителей, основываюсь на общепризнанных методах;

– разработать программу с удобным интерфейсом для автоматизации проведения испытаний;

– разработать инструкции по сборке и работе с автоматизированным рабочим местом.

Описание рабочего места

Автоматизированное рабочее место позволяет проводить такие спытания как:

– контроль выходной мощности при уровне входного сигнала;

– контроль гармонических составляющих;

– контроль нелинейных комбинационных искажений двухсигнальным методом.

Исходя из методов получения параметров и технических условий, предъявляемых для усилителей мощности, можно выделить измерительные приборы и их характеристики. Для подачи входного сигнала на усилитель используется генератор, для измерения выходной мощности усилителя используется измеритель мощности, для получения значений гармоник используется анализатор спектра. Приборы должны работать в том же диапазоне параметров, что и испытываемый усилитель мощности. Усилители мощности, для которых разрабатывается АРМ, осуществляют усиление мощности сигнала от 8 до 300 Вт с частотой от 1,5 до 30,0 МГц. Исходя из выше описанных требований, можно обозначить состав автоматизированного места, который представлен в таблице 1.

Таблица 1. Состав АРМ.

Наименование

Кол-во, шт

Инструкции

Примечание

1

Персональный компьютер

1

 

С USB и Ethernet под управлением Windows

2

Генератор Rohde&Schwarz SMB100A (или Rohde&Schwarz SMA100A)

2

Руководство по эксплуатации: «Генератор сигналов R&S SMA100A 1400.0000.02»

Второй генератор используется при контроле нелинейных комбинационных искажений двухсигнальным методом.

3

Измеритель мощности Rohde&Schwarz NRT

1

Operating Manual Power Reflection Meter NRT 1080.9506.02/.62

 

4

Анализатор спектра Rohde&Schwarz FSL (или Rohde&Schwarz ZVL)

1

Руководство по эксплуатации R&S ZVL Векторный анализатор цепей 1303.6509.03

 

5

COM – LAN адаптер Moxa NPort 5150

1

 

Если на ПК имеется COM–порт, то возможно подключение измерителя мощности без адаптера. Так же возможно использовать COM–USB адаптер.

6

Эквивалент нагрузки с аттенюатором 30 dB

1

 

Возможно использование дополнительного эквивалента нагрузки с аттенюатором в зависимости от мощности усилителя.

7

Адаптер PCAN–USB

1

 

 

8

Коммутатор D-Link DES-1008D

1

 

Или любой эквивалентный коммутатор LAN с 8 портами.

9

Технологический сумматор

1

 

 

10

Patch cable RJ45 Cat. 5e–U/UTP 25–300–37

4

 

 

11

N–кабель RG–58 46–316–10

3

 

 

12

D–Sub Cable Assembly 9–pin 25–301–09

1

 

 

13

Технологическая оснастка для блока усилителя мощности

1

 

 

В первую очередь, требуется разместить все оборудование так, чтобы длины соединительных кабелей хватило для соединения оборудования. Рекомендуется производить монтаж в рэковой стойке. Производить соединение нужно с выключенным оборудованием по схеме, приведенной на рисунке 1. 

Рисунок 1. Схема АРМ для измерений характеристик БУМ

Реализация программы управления рабочим местом

Для управления рабочим местом была разработана программа MasterAmplifierSettings. Основной алгоритм работы программы приведен на рисунке 2.

 Основной алгоритм

Рисунок 2. Основной алгоритм

Программа написана на языке С++ с использованием библиотек Microsoft Foundation Classes (MFC). Выбор языка C++ обусловлен тем, что для всего оборудования, используемого в АРМ, существуют библиотеки языка C++. Так как для удобной работы с программой требуется визуальный интерфейс использовались библиотеки MFC. MFC облегчает работу по разработке интерфейса программы путем создания макета с помощью визуального редактора.

После запуска программы появится окно первого шага мастера подготовки к испытаниям. Всего мастер подготавливает АРМ к испытаниям за 4 шага. На каждом шаге требуется внести необходимую для испытаний входную информацию и соединится с оборудованием. После чего начинается сам процесс испытаний. В главном окне программы, изображенном на рисунке 3, можно наблюдать ход испытаний, также реакцию на действия, совершенные в программе, можно наблюдать на экранах и индикаторах оборудования. После завершения измерений программа выдаст соответствующее сообщение.

 Главное окно программы MasterAmplifierSettings

Рисунок 3. Главное окно программы MasterAmplifierSettings

Заключение

Данная работа показывает значимость внедрения на предприятиях автоматизацию производственных процессов. Проведения испытаний блока усилителя мощности и создание протокола измерений в обычном режиме занимает у инженера и техника от 2 до 4 часов, с помощью АРМ проведение испытаний занимает от 45 минут до 1 часа. Присутствие инженера во время испытаний не требуется совсем, техник только вводит параметры и следит за ходом испытаний. В результате можно сделать вывод что данная разработка повышает производительность труда инженера, которому приходится производить частые однотипные измерения.

Библиографический список:

1. Автоматизированное рабочее место, его состав и назначение [электронный ресурс]. – http://tovaroveded.ru/lektsii-kompyuternye-tekhnologii-v-tovarovedenii-i-ekspertize/4-avtomatizirovannoe-rabochee-mesto-ego-sostav-i-naznachenie.html (дата обращения 01.05.2016)
2. Необходимость внедрения АРМ (автоматизированных рабочих мест) в процесс управления производством. [электронный ресурс]. – http://www.rusnauka.com/11_NPE_2012/Informatica/2_108027.doc.htm (дата обращения 01.05.2016)




Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх