前言:
很多控制系統(tǒng)是由單片機等組合而成,而微機控制系統(tǒng)能否正常運行則由諸多因素決定,其中包括來自外部的各種干擾及系統(tǒng)本身品質(zhì)等方面的原因。對于系統(tǒng)的各種外部干擾,采用相應(yīng)的抗干擾措施,基本上可以克服,而系統(tǒng)自身由于各種芯片、電子元件、電路板等出現(xiàn)的誤差,就會影響整個系統(tǒng)品質(zhì)。因此,為了提高硬件可靠性,采取硬件故障診斷措施及時診斷硬件故障類型,使系統(tǒng)能及時采取措施保證系統(tǒng)正常運行就顯得非常必要。
1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
該系統(tǒng)的核心是由8098單片微型計算機構(gòu)成,主要完成電液位置伺服控制,系統(tǒng)框圖如圖1所示。
[IMG=系統(tǒng)框圖]/uploadpic/THESIS/2007/12/2007121509471622682H.jpg[/IMG]
為滿足控制性能和可靠性的要求,提高系統(tǒng)的抗干擾能力,單片機與輸入/輸出通道之間均采取了嚴(yán)格的隔離措施。在輸入通道中采用了雙線采樣、儀表放大器(AD624)差動輸入、線性隔離放大器(AD202)隔離放大和4個有源濾波等措施,有效地抑制了外部干擾??刂破鞯目刂屏枯敵霾捎酶呔鹊母咚佥敵鯤SO.0來獲得PWM輸出,經(jīng)光電耦合,再經(jīng)有源濾波器獲得直流控制電壓,送往伺服放大器,最終達到對被控對象的控制。
2 故障診斷過程的實施
系統(tǒng)中設(shè)置有CPU、程序執(zhí)行、RAM、EPROM、輸入/輸出通道、伺服放大器等故障診斷功能。在CPU無故障的前提下系統(tǒng)故障測試框圖見圖2。
[IMG=系統(tǒng)故障測試框圖]/uploadpic/THESIS/2007/12/2007121509475146841J.jpg[/IMG]
2.1 CPU故障診斷
CPU程序執(zhí)行故障診斷是利用單片機本身提供的信號和功能,配以簡單電路組成故障診斷系統(tǒng)對其進行檢測。
CPU工作正常與否直接由硬件故障診斷模塊對芯片的信號進行監(jiān)視。在CPU工作正常時,不斷交替進行讀寫操作,該信號呈現(xiàn)出高低電平的交替變化。無電平變化,則CPU工作異常,此時診斷模塊輸出故障信號。
程序執(zhí)行故障由軟故障診斷模塊來檢測CPU芯片的RESET信號的變化。在正常工作時,該信號處于高電平,只有在上電復(fù)位、溢出、指令RST復(fù)位的情況下,該信號方被鉗位到低電平。在系統(tǒng)中設(shè)置了特征標(biāo)志,以區(qū)別正常復(fù)位和故障復(fù)位。其方法是:通過特征標(biāo)志發(fā)現(xiàn)是正常復(fù)位,則清除記錄數(shù)據(jù);發(fā)現(xiàn)是故障復(fù)位,則保留記錄數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)達N次后,軟故障診斷模塊輸出故障信號。
2.2 輸入通道故障診斷
模擬輸入信號的A/D通道是分時多路開關(guān),采用多路開關(guān)(4052)來選擇模擬輸入信號。所有的模擬輸入信號共享8098單片機內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器[1>。模擬輸入通道故障包括A/D轉(zhuǎn)換器故障、隔離放大器故障、差分放大器故障和多路開關(guān)故障。如果對這些故障一一檢測會使硬件增加較多,系統(tǒng)變得十分復(fù)雜。為避免系統(tǒng)過于復(fù)雜,對整個輸入通道實行統(tǒng)一測試。測試方法是在輸入通道的最前端,即多路開關(guān)的輸入端加2個特殊的信號(5V、0V),通過對這2個特殊情況轉(zhuǎn)換結(jié)果的測試,判斷模擬輸入通道是否正常,測試框圖見圖3。RAM、EPROM故障診斷用軟件完成[2>。
[IMG=測試框圖]/uploadpic/THESIS/2007/12/2007121509480631647G.jpg[/IMG]
2.3 位置傳感器故障檢測
如果電位器出現(xiàn)短路、斷路故障或與之相連的連接線出現(xiàn)短路、斷路,系統(tǒng)將不能正常工作,因此對此故障實施實時診斷是十分必要的。
按照電位器具體的安裝工藝,在線路和電位器正常時,電位器的輸出電壓不可能出現(xiàn)0V和5V這2個電壓等級。只有在電位器和連線出現(xiàn)故障時,才會產(chǎn)生0V和5V這2個電壓等級。如果在工作中,在輸入通道無故障的情況下,測得輸入電壓為0V或5V,就說明出現(xiàn)了傳感器故障。當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時,就可以采取必要的措施及時維修。測試框圖見圖4。
[IMG=傳感器故障檢測圖]/uploadpic/THESIS/2007/12/2007121509481424841F.jpg[/IMG]
2.4 輸出通道和伺服放大器故障診斷
輸出通道和伺服放大器出現(xiàn)故障將導(dǎo)致比例閥的損壞,故要設(shè)計輸出通道和伺服放大器故障診斷電路。具體設(shè)計方案如下:
模擬輸出信號由8098的高速輸出(HSO.0)端輸出,輸出通道和伺服放大器的電氣參數(shù)調(diào)整好后,HSO.0的每一輸出值對應(yīng)一基本固定的負載電流。當(dāng)HSO.0以一定占空比輸出時,通過測量通道檢測負載電流是否在相應(yīng)的范圍內(nèi),若不在范圍之內(nèi),說明模擬輸出通道或伺服放大器出現(xiàn)故障,測試框圖見圖5。
[IMG=輸出通道和伺服放大器故障診斷]/uploadpic/THESIS/2007/12/20071215094822933743.jpg[/IMG]
文中設(shè)計的診斷系統(tǒng)已于1996年用于電爐煉鋼電液位置伺服控制系統(tǒng)硬件故障診斷系統(tǒng)中,具有一定的準(zhǔn)確性、可靠性,有推廣價值。
參考文獻
1 李哲英,肖海橋,余文龍單片機原理及應(yīng)用北京:清華大學(xué)出版社,199575~76
2 周航慈單片機應(yīng)用程序設(shè)計北京:北京航空航天大學(xué)出版社,199256~60