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，設計了該測試設備故障監測系統。系統的開發基于嵌入式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，分別設計了開關量、電壓量、時間量、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、測頻、計數等技術，實現了監測診斷系統微負載動態接入和對被測設備全程在線隔離測試。

　　關鍵詞：故障診斷;在線監測;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出控制信號、發送數據及接收控制系統返回的狀態信號均通過電纜傳輸，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。

　　在設備連接關系上，故障監測診斷系統通過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行綜合測試時，信號轉接箱將控制系統及其綜合測試設備所產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，PC104計算機通過PC總線向數據采集板發出控制指令，控制相應的繼電器組和模擬開關工作，接通需要采集的信號通道，通過A/D接口板和I/O接口板對被測設備的電壓量、頻率量、開關量和時間量進行采集，并將采集到的信號進行分析、判斷和顯示[2~3]。

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

　　開關量測量模塊的設計

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

　　隔離電路的設計

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

　　開關信號的采集

　　對于31路高電平狀態為5V的開關量，在經過圖2的電路進行光電隔離后，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路高電平狀態為15V的開關信號，由于電壓較高，需通過一個1MΩ和一個510kΩ的電阻分壓，經電壓跟隨器跟隨信號和ULN2803A反相驅動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，PC104計算機通過PC總線分別向3片82C55發出控制指令，讀取相應的數字采集通道，實現開關信號的采集。設計的開關信號采集電路如圖2所示。