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基于PC104總線的故障診斷裝置的設(shè)計(jì)
摘要：為了解決某裝置故障診斷的難題，提出了一種基于PC104總線的便攜式故障診斷裝置的設(shè)計(jì)方案。分析了采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的硬件，介紹了利用多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)的專家系統(tǒng)。該裝置也可為其它大型機(jī)電設(shè)備進(jìn)行故障診斷提供參考。某裝置是集機(jī)、電、液一體化的大型復(fù)雜設(shè)備。該設(shè)備由計(jì)算機(jī)通過繼電器控制電磁閥的閉合，進(jìn)而控制液壓系統(tǒng)，完成裝置的調(diào)平、起豎、回收等功能；由溫控系統(tǒng)控制發(fā)射筒內(nèi)部溫度，使其保持在一定范圍內(nèi)。整個(gè)系統(tǒng)邏輯關(guān)系復(fù)雜，信號(hào)路數(shù)繁多，使用中一旦出現(xiàn)故障，對(duì)其故障的定位和排隊(duì)都十分困難。針對(duì)這種情況，研制了該設(shè)備的故障診斷裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其不解體便能快速定位故障，并且采用專家系統(tǒng)與多媒體相結(jié)合的方式指導(dǎo)普通操作人員進(jìn)行故障排除。還可將本裝置接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)使用部隊(duì)與院�；蜓芯克g的在線信息交流，充分發(fā)揮領(lǐng)域?qū)＜易饔茫M(jìn)行故障的定位的排除。
圖1
1 系統(tǒng)硬件組成主工作原理
本裝置采用基于PC104總線的箱體式翻蓋機(jī)械機(jī)構(gòu)。按照實(shí)現(xiàn)功能的不同，該裝置的硬件可分為兩大部分：診斷調(diào)校部分及裝置本身的溫控部分。系統(tǒng)的硬件原理圖如圖1所示。其中，CZ1～CZ8為與設(shè)備相連的插座：CZ1用來檢測(cè)電纜短路和斷咱故障；CZ2、CZ3主要用來檢測(cè)該裝置的工作信號(hào)是否正常，或者檢測(cè)給該裝置施加激勵(lì)信號(hào)后響應(yīng)信號(hào)是否正常；CZ5、CZ6與壓力傳感器相連，對(duì)壓力傳感器供電，并采集壓力信號(hào)；CZ7用于調(diào)校液體擺；CZ8用來轉(zhuǎn)接手控臺(tái)的電源，將手控臺(tái)的27V電壓引入系統(tǒng)作為診斷的參考地。
1.1 診斷裝置的診斷調(diào)校部分
診斷裝置的診斷調(diào)校部分的硬件按照結(jié)構(gòu)與功能的不同可分成三大部分：專用工控機(jī)部分、數(shù)據(jù)采集部分和液體擺調(diào)校校準(zhǔn)部分。
1.1.1 專用工控機(jī)部分
專用工控機(jī)部分的主要硬件采用研華公司的產(chǎn)品，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證各產(chǎn)品間不存在硬件沖突。ECM-3610是一塊PC104主板，集成有VIA Eden ESP6000(667 MHz)EBGA低功耗板載CPU、Savage4 AGP 4X顯卡的VIA VT8606芯片、AC 97 2.0聲卡、兩個(gè)板載10/100Base-Tx網(wǎng)卡等，可接入網(wǎng)絡(luò)。
圖2
1.1.2 數(shù)據(jù)采集部分
為了保持裝置的硬件兼容性，外圍板卡部分也都采用研華公司的產(chǎn)品。主要有以下三種型號(hào)的板卡：PEM-AIO、PCM-3724、PCLD-788。PEM-AIO是一款采用PC104總線結(jié)構(gòu)的A/D數(shù)據(jù)采集卡，A/D轉(zhuǎn)換最多可接收十六個(gè)通道的單端模擬量輸入，并將這些模擬輸入量轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)據(jù)。它主要用來采集該裝置電控、溫控系統(tǒng)工作時(shí)的控制信號(hào)、液壓系統(tǒng)傳感器輸出的壓力信號(hào)以及液體擺輸出的反映不同水平度的電阻信號(hào)，并給出具體的值。PCM-3724是基于PC/104總線的48路I/O板，仿真8255 PPI模式為0，輸入輸出TTL電平。它主要用來控制繼電器、繼電器板和自制的信號(hào)調(diào)理模擬電路板并檢測(cè)電纜故障。PCLD-788提供16路輸入通道及1路輸出通道。它的16路輸入通道與外部信號(hào)的輸出端相連，1路輸出通道與PCM-3724或PEM-AIO控制相應(yīng)的通道，將待測(cè)試的信號(hào)輸入到A/D數(shù)據(jù)采集板。裝置中共采用兩塊PCLD-788，通過它們節(jié)省了所需的A/D轉(zhuǎn)換通道數(shù)。
1.1.3 液體擺調(diào)校部分
該部分主要由信號(hào)調(diào)理模擬電路板、A/D數(shù)據(jù)采集板、插座和液體擺組成，用來調(diào)校液體擺。其調(diào)校原理如圖2所示。信號(hào)調(diào)理模擬電路板發(fā)出1kHz的方波信號(hào)，經(jīng)CZ7施加到的液體擺的輸入端，液體擺反饋輸出的信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模擬電路板濾波、跟隨、比較放大后送到A/D板的輸入端，根據(jù)A/D采集到的結(jié)果對(duì)液體擺實(shí)現(xiàn)精確校準(zhǔn)。
1.2 診斷裝置的溫控部分
診斷裝置本身的溫度控制部分包括一個(gè)單片機(jī)、兩個(gè)溫度傳感器、四個(gè)散熱風(fēng)扇、六路繼電器以及特制的加熱電阻絲。其工作原理比較簡(jiǎn)單，其實(shí)就是一個(gè)由單片機(jī)控制的加溫和散熱系統(tǒng)：當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，單片機(jī)控制繼電器接通電阻絲加熱電路；當(dāng)溫度高于15℃時(shí)，單片機(jī)控制繼電器接通散熱風(fēng)扇。
圖3
2 系統(tǒng)軟件
故障診斷裝置的軟件設(shè)計(jì)是基于Windows98操作系統(tǒng)的，采用可視化編程軟件Visual Basic6.0作為基本的編程環(huán)境，將自動(dòng)測(cè)試技術(shù)和專家系統(tǒng)結(jié)合起來，建立了一個(gè)電控、溫控及液壓系統(tǒng)的故障診斷專家系統(tǒng)。
此專家系統(tǒng)主要由推理機(jī)、知識(shí)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)、知識(shí)獲取系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、匯總數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)接口、解釋模塊等組成。各模塊的關(guān)系如圖3所示。其中，推理機(jī)是專家系統(tǒng)的“思維”機(jī)構(gòu)，是構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。推理機(jī)的任務(wù)是模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，控制并執(zhí)行對(duì)問題的求解。本系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)主要包括經(jīng)常出現(xiàn)的故障現(xiàn)象、引起每個(gè)故障發(fā)生的原因、各種原因引起該故障的可能性大小的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、判斷每一故障是否發(fā)生的一些充分及必要條件。知識(shí)獲取系統(tǒng)和知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)的主要作用是建立和維護(hù)知識(shí)庫(kù)，并能根據(jù)運(yùn)行的中間結(jié)果及知識(shí)獲取程序結(jié)構(gòu)及時(shí)地修改和增刪知識(shí)庫(kù)，對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)主要用來記錄系統(tǒng)推理過程中用到的控制信息、中間假設(shè)及中間結(jié)果。多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了大量用于診斷中維修操作的指導(dǎo)性資料。匯總數(shù)據(jù)庫(kù)用來存放診斷的最終結(jié)果等一些總結(jié)性材料。人機(jī)接口是人與系統(tǒng)進(jìn)行信息交流的媒介，它為用戶提供直觀方便的交流手段。解釋模塊經(jīng)人機(jī)接口向使用、維護(hù)人員提供診斷結(jié)果，給出必要解釋，為用戶了解推理過程以及系統(tǒng)的維護(hù)提供方便的手段。
這部分程序的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：以多媒體和圖像的形式顯示故障、定位故障及指導(dǎo)人員排除故障，取代了傳統(tǒng)的以文字為主的專家系統(tǒng)界面，使故障診斷更加直觀、形象、準(zhǔn)確。程序的流程圖如圖4所示。
該裝置操作簡(jiǎn)便、靈活機(jī)動(dòng)、便于攜帶、適應(yīng)性強(qiáng)，特別適合野外作業(yè)條件下的快速故障診斷及排除；同時(shí)具有聯(lián)網(wǎng)功能，通過網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)使用部隊(duì)與院�；蜓芯克脑诰�信息交流。實(shí)驗(yàn)證明該診斷裝置很好地解決了某裝置故障診斷與
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