某測試設備故障監測系統的設計

　　摘要：以某型測試設備為研究對象，針對該設備的電路結構和工作特點(diǎn)，設計了該測試設備故障監測系統。系統的開(kāi)發(fā)基于嵌入式PC104計算機系統及其系列功能模塊，針對被測設備故障信息的特點(diǎn)，分別設計了開(kāi)關(guān)量、電壓量、時(shí)間量、頻率量信號調理模塊;設計中綜合運用了光電隔離、多路信號采樣復用、高精度定時(shí)、測頻、計數等技術(shù)，實(shí)現了監測診斷系統微負載動(dòng)態(tài)接入和對被測設備全程在線(xiàn)隔離測試。

　　關(guān)鍵詞：故障診斷;在線(xiàn)監測;故障模式;數據采集

　　故障監測系統的方案設計

　　對于測試設備和某控制系統，它們之間由電纜相連，測試設備向控制系統發(fā)出控制信號、發(fā)送數據及接收控制系統返回的狀態(tài)信號均通過(guò)電纜傳輸，因此，綜合測試設備和控制系統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所示的總體設計方案。

　　在設備連接關(guān)系上，故障監測診斷系統通過(guò)信號轉接箱與控制系統以及綜合測試設備相連，當測試設備對控制系統進(jìn)行綜合測試時(shí)，信號轉接箱將控制系統及其綜合測試設備所產(chǎn)生的各種信號轉接后送至信號調理單元，由信號調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計算機通過(guò)PC總線(xiàn)向數據采集板發(fā)出控制指令，控制相應的繼電器組和模擬開(kāi)關(guān)工作，接通需要采集的信號通道，通過(guò)A/D接口板和I/O接口板對被測設備的電壓量、頻率量、開(kāi)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]。

　　針對測試設備監測信號具有種類(lèi)多、數量大的特殊性，結合基于PC104總線(xiàn)的嵌入式CPU主板和數據采集板的結構特點(diǎn)[4]，系統采用技術(shù)成熟的PC104總線(xiàn)CPU模塊PCM3350、I/O接口板ONYX-MM-XT和A/D接口板DIAMOND-MM-AT作為開(kāi)發(fā)平臺，外加上自行開(kāi)發(fā)的外圍信號調理電路和接口模塊，運用模塊化設計思想，實(shí)現了故障監測診斷系統所要求的功能。

　　開(kāi)關(guān)量測量模塊的設計

　　本系統需要采集的開(kāi)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。

　　隔離電路的設計

　　系統的隔離測試和電平轉換功能的實(shí)現主要是通過(guò)光電隔離芯片TLP521-4L來(lái)完成的?？紤]到引入的數字信號驅動(dòng)能力有限，為了減少監測診斷系統對綜合測試設備工作的影響，增強信號的驅動(dòng)能力，在對信號進(jìn)行光電隔離前需將待測開(kāi)關(guān)信號輸入到八輸入/八輸出反相驅動(dòng)器ULN2803A中，以保證TLP521-4L能穩定可靠地工作。設計的開(kāi)關(guān)信號光電隔離電路如圖2示。

　　開(kāi)關(guān)信號的采集

　　對于31路高電平狀態(tài)為5V的開(kāi)關(guān)量，在經(jīng)過(guò)圖2的電路進(jìn)行光電隔離后，分別接入擴展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(kāi)關(guān)信號，由于電壓較高，需通過(guò)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反相驅動(dòng)后引入到光電隔離芯片TLP521-2L輸入端。當監測診斷系統需要采集數據時(shí)，PC104計算機通過(guò)PC總線(xiàn)分別向3片82C55發(fā)出控制指令，讀取相應的數字采集通道，實(shí)現開(kāi)關(guān)信號的采集。設計的開(kāi)關(guān)信號采集電路如圖2所示。