某測試設(shè)備故障監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　摘要：以某型測試設(shè)備為研究對象，針對該設(shè)備的電路結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了該測試設(shè)備故障監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)的開發(fā)基于嵌入式PC104計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其系列功能模塊，針對被測設(shè)備故障信息的特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)了開關(guān)量、電壓量、時(shí)間量、頻率量信號調(diào)理模塊;設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用了光電隔離、多路信號采樣復(fù)用、高精度定時(shí)、測頻、計(jì)數(shù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測診斷系統(tǒng)微負(fù)載動態(tài)接入和對被測設(shè)備全程在線隔離測試。

　　關(guān)鍵詞：故障診斷;在線監(jiān)測;故障模式;數(shù)據(jù)采集

　　故障監(jiān)測系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

　　對于測試設(shè)備和某控制系統(tǒng)，它們之間由電纜相連，測試設(shè)備向控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號、發(fā)送數(shù)據(jù)及接收控制系統(tǒng)返回的狀態(tài)信號均通過電纜傳輸，因此，綜合測試設(shè)備和控制系統(tǒng)在各測試步驟中的工作狀態(tài)均在這些電纜中有所反映。為此，本文提出了如圖1所示的總體設(shè)計(jì)方案。

　　在設(shè)備連接關(guān)系上，故障監(jiān)測診斷系統(tǒng)通過信號轉(zhuǎn)接箱與控制系統(tǒng)以及綜合測試設(shè)備相連，當(dāng)測試設(shè)備對控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合測試時(shí)，信號轉(zhuǎn)接箱將控制系統(tǒng)及其綜合測試設(shè)備所產(chǎn)生的各種信號轉(zhuǎn)接后送至信號調(diào)理單元，由信號調(diào)理單元完成對信號的濾波、限幅、整形、放大、隔離等處理。同時(shí)，PC104計(jì)算機(jī)通過PC總線向數(shù)據(jù)采集板發(fā)出控制指令，控制相應(yīng)的繼電器組和模擬開關(guān)工作，接通需要采集的信號通道，通過A/D接口板和I/O接口板對被測設(shè)備的電壓量、頻率量、開關(guān)量和時(shí)間量進(jìn)行采集，并將采集到的信號進(jìn)行分析、判斷和顯示[2~3]。

　　針對測試設(shè)備監(jiān)測信號具有種類多、數(shù)量大的特殊性，結(jié)合基于PC104總線的嵌入式CPU主板和數(shù)據(jù)采集板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[4]，系統(tǒng)采用技術(shù)成熟的PC104總線CPU模塊PCM3350、I/O接口板ONYX-MM-XT和A/D接口板DIAMOND-MM-AT作為開發(fā)平臺，外加上自行開發(fā)的外圍信號調(diào)理電路和接口模塊，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了故障監(jiān)測診斷系統(tǒng)所要求的功能。

　　開關(guān)量測量模塊的設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)需要采集的開關(guān)信號有50路，其平時(shí)狀態(tài)為低電平(幅值為0V)，工作時(shí)為高電平。其中有19路信號的高電平狀態(tài)為15V，31路信號的高電平狀態(tài)為5V。

　　隔離電路的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的隔離測試和電平轉(zhuǎn)換功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過光電隔離芯片TLP521-4L來完成的?？紤]到引入的數(shù)字信號驅(qū)動能力有限，為了減少監(jiān)測診斷系統(tǒng)對綜合測試設(shè)備工作的影響，增強(qiáng)信號的驅(qū)動能力，在對信號進(jìn)行光電隔離前需將待測開關(guān)信號輸入到八輸入/八輸出反相驅(qū)動器ULN2803A中，以保證TLP521-4L能穩(wěn)定可靠地工作。設(shè)計(jì)的開關(guān)信號光電隔離電路如圖2示。

　　開關(guān)信號的采集

　　對于31路高電平狀態(tài)為5V的開關(guān)量，在經(jīng)過圖2的電路進(jìn)行光電隔離后，分別接入擴(kuò)展82C55#3板上的A口、B口和C口和ONYX-MM-XT板上82C55#2的C口。

　　對于19路高電平狀態(tài)為15V的開關(guān)信號，由于電壓較高，需通過一個(gè)1MΩ和一個(gè)510kΩ的電阻分壓，經(jīng)電壓跟隨器跟隨信號和ULN2803A反相驅(qū)動后引入到光電隔離芯片TLP521-2L輸入端。當(dāng)監(jiān)測診斷系統(tǒng)需要采集數(shù)據(jù)時(shí)，PC104計(jì)算機(jī)通過PC總線分別向3片82C55發(fā)出控制指令，讀取相應(yīng)的數(shù)字采集通道，實(shí)現(xiàn)開關(guān)信號的采集。設(shè)計(jì)的開關(guān)信號采集電路如圖2所示。