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基于PC104總線(xiàn)的故障診斷裝置的設計
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(xiàn)的便攜式故障診斷裝置的設計方案。分析了采用模塊化結構設計的硬件，介紹了利用多媒體技術(shù)實(shí)現的專(zhuān)家系統。該裝置也可為其它大型機電設備進(jìn)行故障診斷提供參考。某裝置是集機、電、液一體化的大型復雜設備。該設備由計算機通過(guò)繼電器控制電磁閥的閉合，進(jìn)而控制液壓系統，完成裝置的調平、起豎、回收等功能；由溫控系統控制發(fā)射筒內部溫度，使其保持在一定范圍內。整個(gè)系統邏輯關(guān)系復雜，信號路數繁多，使用中一旦出現故障，對其故障的定位和排隊都十分困難。針對這種情況，研制了該設備的故障診斷裝置，實(shí)現了對其不解體便能快速定位故障，并且采用專(zhuān)家系統與多媒體相結合的方式指導普通操作人員進(jìn)行故障排除。還可將本裝置接入網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現使用部隊與院�；蜓芯克g的在線(xiàn)信息交流，充分發(fā)揮領(lǐng)域專(zhuān)家作用，進(jìn)行故障的定位的排除。
圖1
1 系統硬件組成主工作原理
本裝置采用基于PC104總線(xiàn)的箱體式翻蓋機械機構。按照實(shí)現功能的不同，該裝置的硬件可分為兩大部分：診斷調校部分及裝置本身的溫控部分。系統的硬件原理圖如圖1所示。其中，CZ1～CZ8為與設備相連的插座：CZ1用來(lái)檢測電纜短路和斷咱故障；CZ2、CZ3主要用來(lái)檢測該裝置的工作信號是否正常，或者檢測給該裝置施加激勵信號后響應信號是否正常；CZ5、CZ6與壓力傳感器相連，對壓力傳感器供電，并采集壓力信號；CZ7用于調校液體擺；CZ8用來(lái)轉接手控臺的電源，將手控臺的27V電壓引入系統作為診斷的參考地。
1.1 診斷裝置的診斷調校部分
診斷裝置的診斷調校部分的硬件按照結構與功能的不同可分成三大部分：專(zhuān)用工控機部分、數據采集部分和液體擺調校校準部分。
1.1.1 專(zhuān)用工控機部分
專(zhuān)用工控機部分的主要硬件采用研華公司的產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)實(shí)驗驗證各產(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 數據采集部分
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的板卡：PEM-AIO、PCM-3724、PCLD-788。PEM-AIO是一款采用PC104總線(xiàn)結構的A/D數據采集卡，A/D轉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換成12位的數據。它主要用來(lái)采集該裝置電控、溫控系統工作時(shí)的控制信號、液壓系統傳感器輸出的壓力信號以及液體擺輸出的反映不同水平度的電阻信號，并給出具體的值。PCM-3724是基于PC/104總線(xiàn)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(lái)控制繼電器、繼電器板和自制的信號調理模擬電路板并檢測電纜故障。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的輸出端相連，1路輸出通道與PCM-3724或PEM-AIO控制相應的通道，將待測試的信號輸入到A/D數據采集板。裝置中共采用兩塊PCLD-788，通過(guò)它們節省了所需的A/D轉換通道數。
1.1.3 液體擺調校部分
該部分主要由信號調理模擬電路板、A/D數據采集板、插座和液體擺組成，用來(lái)調校液體擺。其調校原理如圖2所示。信號調理模擬電路板發(fā)出1kHz的方波信號，經(jīng)CZ7施加到的液體擺的輸入端，液體擺反饋輸出的信號經(jīng)信號調理模擬電路板濾波、跟隨、比較放大后送到A/D板的輸入端，根據A/D采集到的結果對液體擺實(shí)現精確校準。
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、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)由單片機控制的加溫和散熱系統：當溫度低于0℃時(shí)，單片機控制繼電器接通電阻絲加熱電路；當溫度高于15℃時(shí)，單片機控制繼電器接通散熱風(fēng)扇。
圖3
2 系統軟件
故障診斷裝置的軟件設計是基于Windows98操作系統的，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)測試技術(shù)和專(zhuān)家系統結合起來(lái)，建立了一個(gè)電控、溫控及液壓系統的故障診斷專(zhuān)家系統。
此專(zhuān)家系統主要由推理機、知識庫、知識庫管理系統、知識獲取系統、動(dòng)態(tài)數據庫、匯總數據庫、多媒體數據庫、人機接口、解釋模塊等組成。各模塊的關(guān)系如圖3所示。其中，推理機是專(zhuān)家系統的“思維”機構，是構成整個(gè)系統的核心部分。推理機的任務(wù)是模擬領(lǐng)域專(zhuān)家的思維過(guò)程，控制并執行對問(wèn)題的求解。本系統知識庫主要包括經(jīng)常出現的故障現象、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)驗數據、判斷每一故障是否發(fā)生的一些充分及必要條件。知識獲取系統和知識庫管理系統的主要作用是建立和維護知識庫，并能根據運行的中間結果及知識獲取程序結構及時(shí)地修改和增刪知識庫，對知識庫進(jìn)行一致性檢驗。動(dòng)態(tài)數據庫主要用來(lái)記錄系統推理過(guò)程中用到的控制信息、中間假設及中間結果。多媒體數據庫存儲了大量用于診斷中維修操作的指導性資料。匯總數據庫用來(lái)存放診斷的最終結果等一些總結性材料。人機接口是人與系統進(jìn)行信息交流的媒介，它為用戶(hù)提供直觀(guān)方便的交流手段。解釋模塊經(jīng)人機接口向使用、維護人員提供診斷結果，給出必要解釋?zhuān)瑸橛脩?hù)了解推理過(guò)程以及系統的維護提供方便的手段。
這部分程序的特點(diǎn)主要體現在：以多媒體和圖像的形式顯示故障、定位故障及指導人員排除故障，取代了傳統的以文字為主的專(zhuān)家系統界面，使故障診斷更加直觀(guān)、形象、準確。程序的流程圖如圖4所示。
該裝置操作簡(jiǎn)便、靈活機動(dòng)、便于攜帶、適應性強，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(guò)網(wǎng)絡(luò )可實(shí)現使用部隊與院�；蜓芯克脑诰�(xiàn)信息交流。實(shí)驗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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