客運索道故障診斷專家系統的開發

摘要： 索道故障診斷專家系統的建立有利于工作人員在最短的時間內根據故障的表面現象確定其深層原因，從而能夠盡快排除故障。

關鍵詞： 索道；故障診斷

系統構成

整個系統由實施故障信息采集的單片機部分和完成故障診斷的PC上位機部分組成，兩部分的通信通過芯片MAX232進行。系統結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

在一般索道的電氣系統中，大都按照緊急停車、工作停車、正常停車的分類將引起停車的各類故障進行區分，并通過發光二極管顯示。在本系統中，索道停車故障信息就是從這里采集的，在單片機部分將故障加以編號，通過MAX232傳輸給上位機，上位機根據獲得的故障號，調用相應的診斷模塊，為操作人員的決策提供依據。

單片機設計

故障信息采集

在索道正常運行時，原索道電氣系統的LED故障指示燈熄滅，沒有信號輸出；一旦發生停車故障，LED指示燈點亮，有信號輸出。為了得到能夠被單片機處理的5V信號，通過光耦TLP521對索道電氣系統常用的24V信號進行電壓變換(如圖2)，同時還能起到信號隔離的作用，一方面防止外部高壓信號侵入單片機系統，另一方面隔斷單片機系統與原索道系統的電氣連接，保持原系統的獨立性。圖中二極管D1的作用是防止光耦反壓時將其擊穿。在該部分電路中，電阻R的選擇非常關鍵，既要保證PLC有輸出時LED和D1的可靠打開，又要防止電流太大，縮短器件壽命，因此要合理調整R值，使導通電流在10~20mA范圍內。

圖2 故障信號的采集

索道的停車故障原因可能會有上百種，而單片機端口有限，我們使用芯片8255對端口進行擴展(如圖3所示)，保證能對144種故障信息進行識別。對故障信息的編號采用順序編號的方式，即第1種故障(通過8255-1端口PA0采集)編號為1(二進制表示為00000001)，第2種故障(通過8255-1端口PA1采集)編號為2(二進制表示為00000010)，依此類推，第144種故障(通過8255-6端口PC7采集)編號為144(二進制表示為10010000)。

圖3  單片機端口的擴展

使用AT89C51單片機，P0口作為故障信號的采集通道，P2口作為芯片8255的片選信號，P1口沒有使用，作為系統的擴展備用端口，晶振頻率11.0592MHz，保證與PC機進行通信時波特率計算的方便。

單片機與上位PC機的通信

單片機使用的是TTL電平，單片機的串口輸出信號也是如此，但是串行通信中使用的是PC機9針串口，該串口遵循RS-232C通信協議，二者電平并不同，需要外接接口進行電平匹配。

采用MAX232芯片進行單片機和PC機的連接(如圖4所示)。通過MAX232的TTL和RS-232的輸入/輸出端口，自動調節單片機串口的TTL電平信號和RS-232的串行通信信號的電平匹配，同時完成索道停車故障信息向上位機的傳送。

圖4  89C52與PC機的電平匹配

單片機的串行端口有1個數據寄存器SBUF，該寄存器為發送和接受所共有，在一定條件下，向SBUF寫入數據就啟動發送過程，讀SBUF就啟動接收過程，本系統中要求單片機向外發送數據，只需要對SBUF進行寫操作。單片機可以采用查詢方式或中斷方式實現數據的發送，本系統設計中采用中斷方式，并使串口工作于方式1，即10位異步通信方式，其中1個起始位，8個數據位(即故障信息代碼)和1個停止位。波特率由定時器T1的溢出率和串口控制寄存器SMOD的狀態確定，由于CPU的晶振為11.0592MHz，波特率可以很方便的取成整數，這里采用了9600bps。

上位機設計

用visual basic 6.0進行串行通信的程序設計，較好的辦法是使用通信組件Microsoft Communications Control(以下簡稱MSComm)。MSComm提供了兩種處理通信問題的方法，一是事件驅動方法，一是查詢法。本程序設計采用MsComm控件的事件驅動方式。

MSComm控件初始化設置

在程序啟動加載時，首先要對MSComm控件初始化設置。

PC機讀取串口數據

PC機在檢測到串行端口有數據傳來時，則觸發MyComm控件的OnComm事件，系統讀取到故障代碼后，則顯示相應的故障處理解決辦法。

Private Sub MyComm1_OnComm()
 ；讀取串行端口傳來的數據，并顯示相
     應的故障處理解決辦法。
dim Buffer As Variant  ；保存串口讀來
    的數據
dim tmp(0) as byte  ；保存串口讀取
    的二進制數據
dim errnum as integer  ；將二進制數據
    轉換成故障代碼
If  MScomm1.CommEvent = comEvReceive then
 ；觸發OnComm事件
Buffer=MSComm1.Input ；讀取串口數據
tmp=buffer
errnum=ascb(tmp)  ；轉換成故障代碼
 call(fault_manage(errnum)) ；調用其它模
    塊顯示相應的
    故障處理說明，
    并將發生的該
    故障記錄入庫
end if
end sub

故障處理說明顯示和故障記錄

系統從com1串行端口檢測到故障號后，顯示相應的索道故障處理說明，并同時將發生的該故障記錄入庫，以供后面的故障統計分析之用。在故障診斷顯示界面主要有該故障的故障說明、排除方法、電氣圖紙、應急處理方法、相關說明(操作手冊中對故障點相關器件的說明)、備注信息(故障點的實物圖片)等相關內容。

圖5 故障診斷界面

故障統計分析

該模塊實現對故障記錄的歷史統計功能，以供分析某個時間段內故障發生的頻率。

*故障類別統計：主要按照索道正常停車、工作停車、緊急停車等不同類別，分類統計某一階段各類故障發生的次數。
*故障部位統計：按照故障部位的分類來統計某一階段內各部位發生故障的次數。
*故障類型統計：根據故障代碼分類，統計每種代碼所代表的故障某一階段內發生的次數。
*故障明細統計：按照故障分類，顯示每一類型的故障某一階段發生的所有明細記錄。
根據這些統計結果，可以針對某些發生頻率較高的故障進行深入的研究，找出相關的對應措施，減少或避免故障的發生。

結語

一個成熟實用的索道故障診斷系統將會為索道運行中故障的盡快排除提供極大幫助。它不但可以省去查找可能的故障點、翻閱相關圖紙、確定排除方法等常規步驟，而且系統中提供的實物圖片、操作手冊中的相關信息等內容會給工作人員帶來很大方便。同時，相關故障信息的調用都是通過程序自動進行，該過程幾乎在一瞬間就可完成，從而可以將索道運行中的停車時間縮小到最短。