АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2011 года по МПК G06F11/00 G01R31/00 

Изобретение относится к вычислительной и контрольно-измерительной технике и может быть использовано для проверки работоспособности и поиска неисправных элементов цифровых и аналоговых устройств.

Последние годы характеризуются интенсивными научными исследованиями в области технического диагностирования сложных систем и устройств, используемых в приборах и специальных машинах. Усиление интереса объясняется созданием и применением все более сложных изделий, устройств и систем при непрерывном увеличении темпов их производства, росте интенсивности их использования и повышении требований к их надежности. При этом в большинстве случаев проектирование систем ведется без учета того, как они будут проверяться и налаживаться в условиях производства, как будет организована проверка работоспособности, правильности функционирования и поиска неисправностей в условиях их эксплуатации или хранения. Недооценка важности своевременной и глубокой проработки вопросов организации эффективных процедур диагноза, в том числе автоматизации поиска неисправностей сложных объектов, ведет к непроизводительным материальным затратам.

Среди объективных причин такого положения следует назвать недостаточное развитие теории и методов технической диагностики, слабую проработку принципов построения технических средств диагноза, а также отсутствие налаженного производства таких средств. При этом для уже существующих систем без заложенных аппаратных функций диагностирования вопрос определения состояния объекта также остается актуальным.

Известна диагностическая система контроля состояний высоковольтного оборудования под напряжением [см. патент РФ на полезную модель №68704, МПК G01R 31/00 (2006.01), опубл. 27.11.2007]. Система предназначена для непрерывного мониторинга и диагностики текущего состояния высоковольтных объектов в рабочем режиме. Диагностическая система содержит блок измерения параметров высоковольтного энергетического оборудования, включающий модуль сбора информации, модуль контроля состояний вводов и модуль управления системой охлаждения объекта контроля. В состав системы входят также модуль регистрации перенапряжений и импульсных токов, протекающих через объект контроля и модуль контроля параметров газомасляной среды. Все модули подключены к магистрали связи. Особенностью известной системы является то, что в качестве приемника собственного электромагнитного излучения объекта контроля система содержит широкополосную антенну и модуль широкополосного спектрального анализа, вход которого присоединен к выходу широкополосной антенны, а выход через магистраль связи присоединен к входу блока обработки информации - классификатору состояний контролируемого высоковольтного энергетического объекта (ВЭО).

Недостатком известной системы является, прежде всего, ограниченность ее функциональных возможностей, которая обусловлена тем, что данное техническое решение обеспечивает только функциональное диагностирование состояния объекта. При этом контроль, который осуществляется через широкополосную антенну и модуль широкополосного спектрального анализа, позволяет диагностировать только состояние контролируемого объекта, то есть сам факт наличия неисправности энергетического оборудования. Таким образом, используя известную систему, невозможно проконтролировать состояние конкретных выходов и выявить конкретное место повреждения ВЭО.

Известно также устройство для контроля величины регулируемого напряжения электронного регулятора напряжения [см. патент РФ на изобретение №2060510, МПК 6 G01R 31/00, опубл. 20.05.1996], состоящее из генератора треугольных импульсов, сопротивления нагрузки, одна клемма которого соединена с выходом генератора треугольных импульсов, а другая - с его входом; осциллографического устройства с усилителем развертки и усилителем сигналов; вольтметра пиковых значений и делителя частоты, входы которых соединены с выходом генератора. Недостатком указанного устройства является то, что оно способно контролировать исключительно регуляторы напряжения, применяемые в автомобильной технике, и не пригодно для диагностирования других электронных приборов.

Известно устройство для диагностирования электронных приборов систем электрооборудования автомобилей [см. патент РФ на изобретение №2146376, МПК 7 G01R 31/00, опубл. 10.03.2000], в котором устранен указанный выше недостаток предыдущего аналога, и, таким образом, существенно расширены его функциональные возможности. Устройство работает в трех режимах в зависимости от типа диагностируемого прибора. Первый режим - проверка транзисторных коммутаторов. Второй режим - проверка прерывателя указателей поворотов. Третий режим - проверка регуляторов напряжения. Однако, как и предшествующий аналог, известное устройство способно диагностировать только конкретные электронные приборы, входящие в системы электрооборудования автомобилей.

Известно устройство, предназначенное для диагностики технического состояния электрооборудования [см. патент РФ на полезную модель №70998, МПК G01R 31/00 (2006.01), G01R 17/00 (2006.01), опубл. 20.02.2008]. Устройство обеспечивает возможность диагностирования электрооборудования, размещенного в любом месте, в том числе труднодоступном для эксплуатации и диагностики.

Устройство диагностирования содержит модуль регистрации и модуль обработки, при этом модуль регистрации включает антенну, направленную на объект диагностирования, и анализатор спектра. В модуле обработки выход блока анализа параллельно соединен с первым входом блока сравнения и с входом блока хранения данных, причем выход блока хранения данных соединен со вторым входом блока сравнения. Отличительной особенностью устройства является то, что антенна, направленная на объект диагностирования, имеет узкую диаграмму направленности, причем выход антенны соединен с входом блока согласования, выход которого соединен с входом анализатора спектра через коаксиальный кабель. Кроме того, в модуль обработки дополнительно включены блок отображения, вход которого соединен с выходом блока согласования, а также оператор с возможностью принятия им решения о техническом состоянии объекта диагностирования, для чего оператор получает данные диагностики с выхода блока отображения.

Известное устройство обеспечивает высокую точность, достоверность, скорость и наглядность процесса диагностики и принятия решения о техническом состоянии электрооборудования. Однако, несмотря на то, что антенна, направленная на объект диагностирования, имеет узкую диаграмму направленности, каждый из приборов, входящих в состав электрооборудования, обладает собственным электромагнитным излучением (ЭМИ). Когда прибор диагностируется не в лаборатории, а в составе системы, ЭМИ неизбежно накладывается на соседние приборы, оказывая влияние на собственное высокочастотное ЭМИ каждого из окружающих приборов. В результате этих возмущений не представляется возможным обеспечить высокую точность, достоверность, скорость и наглядность процесса диагностирования, а следовательно, и принятия решения о техническом состоянии электрооборудования.

Известна также автоматизированная система диагностирования цифровых устройств [см. патент РФ на изобретение №2097827, МПК 6 G06F 11/00, G01R 31/28, опубл. 27.11.1997], которая предназначена для проверки работоспособности и поиска неисправных элементов цифровых устройств. Автоматизированная система содержит ПЭВМ, устройство сопряжения, устройство контактирования и объект диагностирования. В состав ПЭВМ входят первый дешифратор и программируемый параллельный порт ввода-вывода. Устройство сопряжения содержит блок шинных формирователей, шины адреса, данных и управления, второй дешифратор, селектор, три группы программируемых портов ввода-вывода и N буферных элементов. Система позволяет реализовать передачу тестовых воздействий на объект диагностирования и считывание с него ответных реакций в n-разрядном параллельном коде (где n - разрядность регистра порта ввода-вывода ПЭВМ). Рассмотренная система надежна в работе, а также обладает высоким быстродействием.

Однако недостатком известной системы является ограниченность ее функциональных возможностей, заключающаяся в том, что данное техническое решение позволяет осуществлять поиск только неисправных цифровых устройств. Это обусловлено тем, что в системе не предусмотрена возможность внешнего воздействия на объект диагностирования стационарным или динамическим аналоговым сигналом. Однако в настоящее время существует сложнейшее оборудование, относящееся к предшествующему поколению приборов, снабженных аналоговыми входами и выходами, диагностирование которых можно осуществить только через аналоговые входы/выходы, отсутствующие в известной системе. Кроме того, в системе реализовано только тестовое диагностирование, что также существенно ограничивает ее функциональные возможности.

Некоторые из указанных выше недостатков были устранены в автоматизированной системе диагностирования цифровых устройств [см. патент РФ на полезную модель №70720, МПК G06F 11/00 (2006.01), G01R 31/28 (2006.01), опубл. 10.02.2008], которая является наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемой системе диагностирования. Система предназначена для проверки работоспособности и поиска как неисправных цифровых устройств, так и аналоговых. Автоматизированная система содержит следующие основные узлы: ПЭВМ, устройство сопряжения, устройство контактирования и объект диагностирования. ПЭВМ, являющаяся центральным модулем системы, включает в себя процессор, клавиатуру, дисплей, память, принтер и программируемый порт ввода-вывода, подключенные к системной шине. Особенностью системы является дополнительное введение в нее блока аналогового ввода и блока аналогового вывода. Выход блока аналогового ввода соединен с входом блока шинных формирователей, а выход блока аналогового вывода выполнен с возможностью подключения объекта диагностирования. Устройство сопряжения, являющееся коммуникационным модулем, содержит: блок шинных формирователей, шины адреса, данных и управления, подключенные к соответствующим выходам блока шинных формирователей, дешифратор, селектор, три группы программируемых портов ввода-вывода, а также N буферных элементов с тремя состояниями. Введение в систему блока аналогового ввода и блока аналогового вывода является несомненным достоинством системы, повышает ее функциональные возможности, расширяет номенклатуру объектов диагностирования и сокращает время поиска их неисправностей.

Однако существенным недостатком известного технического решения, выбранного в качестве прототипа, является ограниченность его функциональных возможностей. Это объясняется тем, что в системе реализовано только тестовое диагностирование. Однако тестовое диагностирование может быть применено далеко не ко всем видам приборов, например электрические насосы не располагают входами для подачи тестовых воздействий. Ограниченность возможностей тестового диагностирования заключается также в том, что далеко не все неисправности могут быть идентифицированы путем тестовых воздействий. Другим недостатком известной системы является отсутствие в системе возможности подключения широкодиапазонного блока питания с контролируемым потреблением, который значительно расширяет номенклатуру объектов диагностирования. К недостаткам известной системы следует также отнести невозможность внешнего воздействия на объекты диагностирования электромагнитным сигналом.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются расширение функциональных возможностей системы и номенклатуры объектов диагностирования, обнаружение конкретного неисправного элемента, а также сокращение времени поиска неисправностей объектов диагностирования.

Для решения указанных задач предлагается автоматизированная система диагностирования цифровых устройств, которая, как и наиболее близкая к ней система, выбранная в качестве прототипа, содержит ПЭВМ, включающую процессор, клавиатуру, дисплей, память, принтер, блок питания, программируемый порт входа-выхода, подключенные к системной шине. Система диагностирования содержит также устройство сопряжения, включающее блок шинных формирователей, шины адреса, данных и управления, дешифратор, селектор и буферные элементы, образующие блок цифровых интерфейсов, который подключен через устройство контактирования к объекту диагностирования. В устройство сопряжения входят также программируемые порты входа-выхода, образующие устройство управления блоком цифровых интерфейсов, а также блок аналоговых входов и блок аналоговых выходов, выход которого через устройство контактирования подключен к объекту диагностирования. Особенностью предлагаемой системы, отличающей ее от известной системы, принятой за прототип, является то, что к ПЭВМ дополнительно подключен блок управляющих элементов, а в устройство сопряжения дополнительно введены: блок питания с контролем потребления, подключенный через устройство контактирования к объекту диагностирования; формирователь электромагнитного поля, образующий с блоком аналоговых выходов блок аналоговых и электромагнитных выходов; блок контроля электромагнитного поля, образующий с блоком аналоговых входов блок аналоговых и электромагнитных входов. Кроме того, устройство сопряжения дополнено устройством управления блоком аналоговых и электромагнитных входов, подключенным к блоку аналоговых и электромагнитных входов, и устройством управления блоком аналоговых и электромагнитных выходов, подключенным к блоку аналоговых и электромагнитных выходов. В блок цифровых интерфейсов дополнительно введены: блок шинных формирователей, шина адреса, шина данных, шина управления, дешифратор, селектор и буферные элементы. Выполнен блок цифровых интерфейсов системы в виде двух модулей: модуля цифровых выходов и модуля цифровых входов. Блок питания с контролем потребления, устройство управления блоком аналоговых и электромагнитных входов, устройство управления блоком цифровых интерфейсов, устройство управления блоком аналоговых и электромагнитных выходов подключены к программируемому порту входа-выхода ПЭВМ через дополнительно введенный интерфейсный модуль. Для обеспечения комфортной работы оператора и высокого быстродействия процессов отображения информации, полученной в ходе диагностирования, а также высокой контрастности и четкости изображения дисплей ПЭВМ системы выполнен в виде жидкокристаллического сенсорного монитора.

Важнейшими задачами, которые решались при создании предлагаемого изобретения, были расширение функциональных возможностей системы и номенклатуры объектов диагностирования. Поставленные задачи были решены за счет следующих конструктивных особенностей системы.

Во-первых, это введение в устройство сопряжения системы новых блоков, а именно блока питания с контролем потребления, формирователя электромагнитного поля и блока контроля электромагнитного поля, а также двух устройств, обеспечивающих управление соответствующими блоками (блоком аналоговых и электромагнитных входов и блоком аналоговых и электромагнитных выходов). Блок питания с контролем потребления, являясь универсальным устройством, обеспечивает диагностируемый объект различными напряжениями питания, например, 3, 5, 12 вольт и др., при этом осуществляется контроль потребления путем измерения параметров входа по питанию объекта диагностирования (I, R и U). Это дает возможность подключения широкого круга электротехнических объектов диагноза. Вновь введенные формирователь электромагнитного поля и блок контроля электромагнитного поля обеспечивают диагностирование электрооборудования. Таким образом, увеличивается номенклатура объектов диагностирования и расширяются эксплуатационные возможности системы в целом. Подключенный к ПЭВМ блок управляющих элементов представляет собой клавиатуру, оснащенную «горячими клавишами» (клавишами быстрого вызова), значительно ускоряет работу системы, увеличивая количество возможных действий, выполняемых с помощью клавиатуры. Нажатие одной или нескольких клавиш обеспечивает выполнение определенной команды, например, «старт», «стоп», «обучение системы», запрограммированной на вызов при нажатии этого сочетания.

Другой важной задачей, решенной при создании предлагаемой системы, является поиск неисправностей, а именно указание конкретных мест имеющихся в объекте неисправностей. Поиск неисправностей необходим для выявления и замены дефектных элементов или связей объекта, для устранения ошибок монтажа и т.п. Как указывалось выше, в наиболее близкой к заявляемой системе диагностирования [см. ПМ №70720] было реализовано тестовое диагностирование. Однако системы тестовой диагностики подают на объект диагностирования специально организуемые тестовые воздействия и обычно решают задачи проверки исправности, работоспособности и поиска неисправных элементов и работают только тогда, когда объект не используется по прямому назначению. В заявляемой системе, в отличие от прототипа, неисправный блок может быть обнаружен непосредственно в процессе работы системы с помощью функциональных воздействий. Функциональный диагноз дает возможность немедленно реагировать на нарушение правильности функционирования объекта и тем самым путем замены отказавших узлов, включения резерва, повторного выполнения операций, перехода на другой режим функционирования во многих случаях позволяет обеспечить нормальное или хотя бы частичное выполнение объектом возложенных на него функций даже при наличии в нем неисправностей. Осуществление функциональных воздействий для определения неисправностей в объекте диагностирования обеспечивается в заявляемой системе математическим алгоритмом диагностики, содержащимся в ПЭВМ, а также следующими вновь введенными блоками: универсальным блоком питания с контролем потребления, блоком аналоговых и электромагнитных выходов, блоком аналоговых и электромагнитных входов, устройством управления блоком аналоговых и электромагнитных входов, устройством управления блоком аналоговых и электромагнитных выходов; выполненным по-новому (в виде двух самостоятельных модулей) блоком цифровых интерфейсов, а также дополнительно введенным интерфейсным модулем, обеспечивающим передачу функциональных воздействий через перечисленные выше блоки на объект диагностирования. При этом идентификация конкретного неисправного блока осуществляется с помощью пакета прикладных программ, хранящихся в базе данных ПЭВМ, входящей в состав центрального модуля системы.

Следует также отметить, что сокращение времени поиска неисправностей происходит за счет того, что функциональный диагноз - это диагноз, который осуществляется в реальном времени и не требует дополнительных тестовых воздействий, а также вследствие сокращения объема хранимой информации, что обеспечивается в предложенной системе за счет использования идентификационных масок отказа, представляющих собой совокупную информацию, характеризующую принадлежность переходных характеристик системы (прибора) к тому или иному виду отказа.

Для повышения быстродействия системы в формулу предложенного технического решения был введен признак, касающийся выполнения блока цифровых интерфейсов. В прототипе этот блок, включающий блок шинных формирователей, шины адреса, данных и управления, дешифратор, селектор, буферные элементы, в процессе работы перепрограммируется: сначала на вывод информации, а затем - на ввод. В заявляемом техническом решении - это два самостоятельных модуля. Они могут работать одновременно, в результате существенно сокращается время поиска неисправностей.

Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решать поставленные задачи.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена функциональная схема одного из конкретных примеров выполнения автоматизированной системы диагностирования;

на фиг.2 представлен математический алгоритм подготовки данных и поиска неисправного элемента.

Система диагностирования содержит ПЭВМ 1, включающую процессор 2, клавиатуру 3, жидкокристаллический сенсорный монитор 4, память 5, принтер 6, блок питания 7, программируемый порт входа-выхода 8 и блок управляющих элементов 9, подключенные соответствующим образом к системной шине 10. ПЭВМ 1 оснащена операционной системой «LINUX» и программным обеспечением, разработанным в организации-заявителе. Перечисленные блоки образуют центральный модуль 11 системы диагностирования. В состав системы диагностирования входит также устройство сопряжения 12, состоящее из блока цифровых интерфейсов 13, выполненного в виде двух модулей: модуля цифровых выходов 14 и модуля цифровых входов 15. Модуль цифровых выходов 14 включает блок шинных формирователей 16, шину адреса 17, шину данных 18 и шину управления 19, дешифратор 20, селектор 21 и буферные элементы 22. Модуль цифровых входов 15 состоит из блока шинных формирователей 23, шины адреса 24, шины данных 25 и шины управления 26, дешифратора 27, селектора 28 и буферных элементов 29.

Устройство сопряжения 12 является исполняющим устройством. С помощью устройства контактирования 30 оно обеспечивает связь центрального модуля 11 с объектом диагностирования 31. Устройство сопряжения 12 предназначено для формирования и контроля входных и выходных и сигналов. В качестве входных и выходных сигналов могут служить аналоговые сигналы и цифровые сигналы. Все входные и выходные сигналы (цифровые и аналоговые) гальванически развязаны, что обеспечивает защиту входных и выходных каскадов. Блок цифровых интерфейсов 13 через устройство контактирования 30 подключен к объекту диагностирования 31, а также к устройству 32 управления блоком цифровых интерфейсов, состоящему из программируемых портов входа-выхода. Устройство сопряжения 12 содержит также блок питания 33 с контролем потребления, состоящий из формирователя 34 выходных напряжений питания и блока контроля потребления 35. Блок питания 33 с контролем потребления через устройство контактирования 30 подключен к объекту диагностирования 31. Блок питания 33 с контролем потребления является универсальным устройством, так как обеспечивает объект диагностирования 31 требуемыми напряжениями питания. При этом производится контроль потребляемого тока, что обеспечивает проверку диагностируемого изделия на возможные неисправности, например, такие как «короткое замыкание» и «разрыв» в цепях блока питания и другие.

В состав устройства сопряжения 12 входят также блок аналоговых и электромагнитных выходов 36 и блок аналоговых и электромагнитных входов 37. Блок аналоговых и электромагнитных выходов 36 состоит из блока аналоговых выходов 38, включающего формирователь напряжения 39 и формирователь тока 40, и формирователя электромагнитного поля 41. Блок аналоговых и электромагнитных входов 37 состоит из блока аналоговых входов 42 и блока контроля электромагнитного поля 43. К программируемому порту входа-выхода 8 через интерфейсный модуль 44 подключены блок питания 33 с контролем потребления, устройство управления блоком аналоговых и электромагнитных входов 45, соединенное с блоком аналоговых и электромагнитных входов 37, устройство управления блоком аналоговых и электромагнитных выходов 46, соединенное с блоком аналоговых и электромагнитных выходов 36, и устройство управления блоком цифровых интерфейсов 32. Устройства управления 32, 45, 46 и интерфейсный модуль 44 образуют центральный интерфейсный контроллер 47, подключенный к ПЭВМ 1 при помощи интерфейсов RS 232/422/485 или USB. Центральный интерфейсный контроллер 47 осуществляет обмен информацией между центральным модулем 11 и объектом диагностирования 31, а также управляет работой устройства 32 управления блоком цифровых интерфейсов, устройством 45 управления блоком аналоговых и электромагнитных входов и устройством 46 управления блоком аналоговых и электромагнитных выходов с целью формирования возмущающих тестовых воздействий и контроля (получения) ответных сигналов от объекта диагностирования 31.

Блок аналоговых выходов 38 предназначен для формирования аналоговых сигналов различной длительности и амплитуды и служит для подачи на ОД 31 тестовых воздействий. Блок аналоговых входов 42 предназначен для измерения входных аналоговых сигналов, в качестве которых могут выступать аналоговые сигналы, полученные с ОД 31. Блок построен на микросхемах AD-8544. Модуль цифровых выходов 14 реализован на базе микросхемы ST2225A, а модуль цифровых входов 15 может быть реализован на базе микросхем 74НС245.

Система работает следующим образом.

Настройка (обучение системы).

Объект диагностирования (ОД) 31 подключается к устройству контактирования (УК) 30, которое обеспечивает электрическую связь между выводами разъема ОД и устройством сопряжения (УС) 12. При этом происходит инициализация ПЭВМ 1, осуществляется загрузка операционной системы. Далее проводится обучение системы в двух режимах: функциональном и тестовом для различных типов ОД (или для каждого типа ОД).

Для работы системы в режиме функционального диагностирования необходимо получить информацию с входов/выходов ОД 31 в его различных состояниях, например: ОД - исправен, ОД - не исправен, ОД имеет i-ю неисправность.

Для проведения тестового диагностирования необходимо также иметь все данные о состоянии ОД при j-м тестовом воздействии при i-й неисправности в различных режимах функционирования.

При проведении диагностирования приборов и определении отказавшего в нем элемента, узла, блока необходимо иметь информацию о переходных характеристиках системы (показателей контролируемых входов-выходов) в зависимости от вида отказа. Таким образом, если в приборе n контролируемых блоков, узлов и m возможных отказов, то для проведения диагностики необходимо иметь (или получить статистически) n×m массивов данных, снятых с контролируемых входов-выходов. В результате объем необходимых исходных данных об эталонном объекте будет весьма значительным и затруднит процесс поиска неисправностей. В связи с этим для проведения диагностики предлагается использовать идентификационные маски отказов. Идентификационная маска отказов для каждого конкретного ОД представляет собой совокупную информацию, характеризующую принадлежность переходных характеристик ОД к тому или иному виду отказа. Применение подобных масок позволяет с минимальными вычислительными затратами провести анализ переходных характеристик ОД, значительно сократить объем хранимой информации об ОД для идентификации отказов и с высокой степенью достоверности определить отказавший элемент.

Идентификационные маски того или иного отказа строятся исходя из анализа переходных характеристик ОД с неисправностью.

Построение идентификационных масок осуществляется следующим образом. Пусть имеется некоторое множество Z^∗ конкретной реализации объекта диагноза за промежуток времени t, где t∈(t_НАЧ÷t_КОН) - время некоторого процесса, протекающего в системе, тогда - переходная характеристика i-го выходного сигнала за время t. Определим множество Q^∗ (разница между физическим значением и эталонным), в нем - переходная характеристика отклонения физического сигнала от эталонного для i-го физического сигнала.

Как уже отмечалось выше, изменение характера переходного процесса однозначно определяет вид неисправности. Отсюда возникает необходимость построения таких тестов выходных переходных характеристик (), набор которых однозначно бы определял принадлежность последних к тому или иному виду отказа. Результат проведения такого набора тестов после специальной обработки и представляет собой идентификационную маску отказа. Допустим, что в системе имеется n наблюдаемых выходных сигналов (p) контролируемых входов-выходов, а также с использованием разработанного поста автоматизированной первичной диагностики имеется возможность считывания информации с ОД для получения его переходных характеристик в m различных видов отказов (O - множество рассматриваемых отказов). Будем называть этот процесс обучением диагностической системы. Тогда для определения одного из m состояний системы необходимым является получение n×m идентификационных масок m_ij (где i∈1…n, j∈1…m) и заполнение таблицы функциональной неисправности.

Набор идентификационных масок отказов (таблица функциональной неисправности) Выходные сигналы Отказы o₁ o₂ o_j … o_m p₁ m₁₁ m₁₂ m_1j m_1m p₂ M₂₁ m₂₂ m_2j m_2m … … p_i m_i1 m_i2 m_ij m_im p_n m_n1 m_n2 m_nj m_nm

Для определения идентификационных масок конкретной реализации системы Q^∗ (Z^∗ - набор переходных характеристик выходных сигналов) нужно разработать и провести ряд тестов (Ts) над множеством Q^∗, которые однозначно бы определили принадлежность выходных переходных характеристик к рассматриваемой структуре системы.

Каждая переходная характеристика представляет собой N реализаций системы в моменты времени от t_НАЧ до t_КОН. Обозначим через x_вых(t), где t∈(t_НАЧ÷t_КОН), т.е. =x_вых(t).

На основании проведенных исследований в работе для любой переходной характеристики предложено применение следующих тестов (проверок):

1. Положительный модернизированный эксцесс

где - среднее алгебраическое значение; σ - среднеквадратичное отклонение. Результат теста положителен (Ts₁=1), если µ₄>0 или σ≠0. Результат теста отрицателен (Ts₁=0), если µ₄<0 или σ=0.

2. Положительное отклонение от эталона

Результат теста положителен (Ts₂=1), если x_вых(t)≥0 и результат теста отрицателен (Ts₂=0), если x_вых(t)<0.

3. Отрицательное отклонение от эталона

Результат теста положителен (Ts₃=1), если x_вых(t)≤0 и результат теста отрицателен (Ts₃=0), если x_вых(t)>0.

4. Среднее положительное отклонение ()

Результат теста положителен (Ts₄=1), если ≥0 и результат теста отрицателен (Ts₄=0), если <0.

5. Среднее отрицательное отклонение

Результат теста положителен (Ts₅=1), если ≤0 и результат теста отрицателен (Ts₅=0), если >0.

6. Положительная асимметрия

Результат теста положителен (Ts₆=1), если µ₃≥0 и результат теста отрицателен (Ts₇=0), если µ₃<0.

7. Отрицательная асимметрия

Результат теста положителен (Ts₇=1), если µ₃≤0 и результат теста отрицателен (Ts₇=0), если µ₃>0.

8. Вследствие того, что на значение контролируемых параметров зачастую влияют режимы работы прибора, вводится L-тестов на контроль выхода значений переходной характеристики (контроль параметра) за допустимые пределы.

Пусть мы имеем L диапазонов контролируемого параметра, при которых прибор является работоспособным, тогда результат теста положителен (Ts_7+i=1), если какой-либо из членов x_вых(t)>d_imax или x_вых(t)<d_imin, где d_imax, d_imin - i-й допустимый диапазон, i=1…L. Если же все члены не выходят за пределы допустимых диапазонов, то результат теста отрицателен (Ts_7+i=0).

9. Представленные выше зависимости справедливы в полной мере для диагностирования состояний системы по переходным характеристикам измеряемых аналоговых сигналов (напряжение, сопротивление, ток и т.д.). В то же время у многих приборов есть и цифровые интерфейсы, контроль которых также возможен, а вследствие чего возможно и проведение диагностирования состояния системы с их помощью.

а) Тест на результат завершения команды

Пусть в системе команд по данному контролируемому цифровому интерфейсу есть F команд. Тогда результат теста положителен (Ts_7+L+j=1), если ответ на команду от прибора не получен, и результат теста отрицателен (Ts_7+L+j=0), если ответ получен, где j=1…F.

б) Тест на ошибку при передаче команды

Если при передаче команды ответ от прибора приходит с ошибкой в контрольной сумме или передаваемом пакете данных, то результат теста положителен (Ts_7+L+F+j=1). Если ошибок при передаче нет, то результат теста отрицательный (Ts_7+L+F+j=0).

Диагностические тесты 9.а) и 9.б) не выполняются, если контролируемыми характеристиками являются только аналоговые выходные сигналы. Аналогичным образом, результаты тестов от 1 до 7+L отрицательны при анализе только цифровых выходов. Результатом проведения группы тестов является вектор Ts.

Допустим, контролируемым параметром является напряжение питания по некоторому выходу. В нормальных условиях (когда система работоспособна) при одном допустимом диапазоне ±0.55 B. В результате проведения измерений определено, что напряжение на контролируемом выходе U_к=13.7 B. В таком случае мы имеем следующие ответы на диагностические тесты:

Ts 1 2 3 4 5 6 7 8 Результат 0 1 0 1 0 1 1 1

Преобразование вектора Ts в идентификационную маску осуществляется на основании зависимости

,

где N_t - количество проведенных тестов. В рассматриваемом примере N_t=7+1=7+1=8. L=1 - так как контролируемый диапазон - один.

Для рассмотренного выше примера

m_i=1·0+2·1+4·0+8·1+16·0+32·1+64·1+128·1=234.

Аналогичным образом происходит определение идентификационных масок всех переходных характеристик множества Q^∗, в результате образуется множество М (идентификационных масок), размерность которого соответствует числу переходных характеристик множества Q^∗.

Количество и содержание тестов (проверок) должно быть выбрано так, чтобы по их результатам были определены уникальные диагностические маски, определяющие то или иное состояние системы из всего множества возможных ее реализаций.

Система диагностирования готова к работе.

Работа системы

На ПЭВМ 1 на клавиатуре 3 выбирается название или тип ОД. К УК 30 подключается ОД. Выбирается тип диагностирования: функциональный или тестовый.

а) Функциональный диагноз

В режиме функционального диагноза с помощью устройства сопряжения 12 в ПЭВМ 1 поступают данные обо всех состояниях входов/выходов ОД 31 в различных режимах его работы.

б) Тестовый диагноз

При тестовом диагностировании ПЭВМ 1 через устройство сопряжения 12 формирует различные тестовые воздействия на ОД 31 и фиксирует реакцию на них ОД 31.

Процедура сравнения идентификационных масок

Пусть необходимо произвести сравнение двух масок m_test и m.

Причем под сравнением здесь понимается содержание маски m_test в маске m. Пример сравнения проиллюстрируем с использованием таблиц.

Пусть дана маска m:

Ts 1 2 3 4 5 6 7 8 m 1 1 0 1 0 1 1 0

Необходимо сравнить ее с маской m_test:

Ts 1 2 3 4 5 6 7 8 m_test 1 0 0 1 0 1 0 0

Сравнение осуществляется по логическому принципу “И” (And), т.е.

Ts 1 2 3 4 5 6 7 8 m 1 1 0 1 0 1 1 0 m_test 1 0 0 1 0 1 0 0 m_RES 1 0 0 1 0 1 0 0

Если m_RES=m_test, то тогда маска m_test содержится в маске m.

Проведение диагноза с целью выявления неисправного элемента

Наша система обучена и имеет для каждого ОД 31 таблицу функциональной неисправности (см. таблицу).

Процедура диагноза выполняется следующим образом (см. фиг.2).

Предположим, что уже априорно определено, что в системе имеется неисправность (т.е. зафиксирован факт отказа) и необходимо распознать отказавший элемент. Для этого переходные характеристики ОД 31 подвергаются тестированию с целью определения множества идентификационных масок отказов. Указанные операции выполняются с помощью модулей 32 - эталонный объект диагноза (ЭОД) и 33 - модуль вычитания из переходных характеристик объекта диагноза 31 переходных характеристик эталонного объекта 32 (Q^∗=Z^∗-Z). После этого полученные идентификационные маски (M^test) сравниваются (операция 34 - проведение тестов-проверок ПТП) с множествами масок M_j (j∈1…m), соответствующих m состояниям объектов диагностирования 36÷36+m с отказами определенных элементов. Результатом сравнения является определение номера j∈1…m некоторого множества M_j, которое содержит в себе множество M^test (36+m+1).

Поиск неисправного элемента осуществляется с помощью алгоритма, представленного на фиг.2, где МОД_j (36+j) - объект диагноза с отказом j-го элемента.

По номеру j определяется одна из m реализаций ОД с известным отказом и таким образом определяется сам отказавший элемент.

Таким образом, в заявляемой системе по сравнению с прототипом существенно расширены функциональные возможности, а также номенклатура ОД. Кроме того, особенностью новой системы является возможность обнаружения неисправного блока в ОД непосредственно в процессе работы системы с помощью функционального диагноза. Определение неисправностей в объекте диагностирования обеспечивается в заявляемой системе введением в нее целого ряда новых блоков, а также математическим алгоритмом диагностики, содержащимся в ПЭВМ.

Изобретение относится к вычислительной и контрольно-измерительной технике и может быть использовано для проверки работоспособности и поиска неисправных элементов цифровых и аналоговых устройств. Технический результат заключается в обнаружении конкретного неисправного элемента, сокращении времени поиска неисправностей объектов диагностирования, а также в расширении функциональных возможностей системы в части обеспечения диагностирования электрооборудования и возможности функционального диагноза непосредственно в режиме работы. Система состоит из трех основных блоков: центрального модуля, устройства сопряжения и объекта диагностирования. В состав центрального модуля входит ПЭВМ. Устройство сопряжения обеспечивает формирование и контроль входных и выходных сигналов, в качестве которых могут быть как аналоговые, так и цифровые сигналы. Устройство сопряжения через устройство контактирования обеспечивает связь центрального модуля с объектом диагностирования. Устройства управления и интерфейсный модуль образуют центральный интерфейсный контроллер, который осуществляет обмен информацией между центральным модулем и объектом диагностирования. Определение неисправностей в объекте диагностирования обеспечивается в заявляемой системе математическим алгоритмом диагностики, содержащимся в ПЭВМ. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Автоматизированная система диагностирования цифровых устройств, содержащая ПЭВМ, включающую процессор, клавиатуру, дисплей, память, принтер, блок питания, программируемый порт входа-выхода подключенные к системной шине, устройство сопряжения, включающее блок шинных формирователей, шины адреса, данных и управления, дешифратор, селектор, буферные элементы, образующие блок цифровых интерфейсов, подключенный через устройство контактирования к объекту диагностирования, программируемые порты входа-выхода, образующие устройство управления блоком цифровых интерфейсов, а также блок аналоговых входов, блок аналоговых выходов, выход которого через устройство контактирования подключен к объекту диагностирования, отличающаяся тем, что к ПЭВМ дополнительно подключен блок управляющих элементов, в устройство сопряжения дополнительно введены: блок питания с контролем потребления, подключенный через устройство контактирования к объекту диагностирования, формирователь электромагнитного поля, образующий с блоком аналоговых выходов блок аналоговых и электромагнитных выходов, блок контроля электромагнитного поля, образующий с блоком аналоговых входов блок аналоговых и электромагнитных входов, а также устройство управления блоком аналоговых и электромагнитных входов, подключенное к блоку аналоговых и электромагнитных входов, устройство управления блоком аналоговых и электромагнитных выходов, подключенное к блоку аналоговых и электромагнитных выходов; блок цифровых интерфейсов дополнен блоком шинных формирователей, шиной адреса, шиной данных, шиной управления, дешифратором, селектором, буферными элементами и выполнен в виде двух модулей: модуля цифровых выходов и модуля цифровых входов, а блок питания с контролем потребления, устройство управления блоком аналоговых и электромагнитных входов, устройство управления блоком цифровых интерфейсов, устройство управления блоком аналоговых и электромагнитных выходов, подключены к программируемому порту входа-выхода через дополнительно введенный интерфейсный модуль.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дисплей выполнен в виде жидкокристаллического сенсорного монитора.