崔新友　張建虎　雷磊

摘要：以電路板作為研究對象，采用PCI數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合外部調(diào)理電路，動態(tài)植入故障，采集電路板關(guān)鍵信號在正常和故障時的時態(tài)參量，形成故障知識。

關(guān)鍵詞：電路板；故障植入；知識獲取

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）34-0182-02

1 概述

基于知識的智能化故障診斷專家系統(tǒng)，是現(xiàn)代設(shè)備診斷技術(shù)中最有前途的發(fā)展方向之一。智能故障診斷過程的實質(zhì)是知識的運(yùn)用和處理過程，知識的數(shù)量和質(zhì)量決定了智能故障診斷系統(tǒng)能力的大小和診斷效果，推理控制策略決定了知識的使用效率[1]。由此可見，知識是智能故障診斷系統(tǒng)的核心。在故障診斷系統(tǒng)中對知識的研究主要包括知識的獲取、表示和使用。但目前由于知識工程技術(shù)領(lǐng)域有許多問題還未解決，對知識的獲取和表示還有一定的困難。

以電路板作為研究對象進(jìn)行故障知識獲取時，要解決以下問題：1、對研究對象本身的認(rèn)識要深入；2、設(shè)計相應(yīng)的電路，一方面提供電路板工作所需的信號，另一方面對關(guān)鍵信號進(jìn)行測量，以供獲取研究對象知識；3、在目標(biāo)電路上設(shè)置故障，以供獲取故障知識。

本研究以某系統(tǒng)信號接口板作為研究對象，設(shè)計了一套基于PC和PCI數(shù)據(jù)采集卡的信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可通過軟件或硬件跳線的方式對目標(biāo)電路板設(shè)置故障，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取故障數(shù)據(jù)，并以知識的形式存儲故障數(shù)據(jù)。硬件上主要采取了：1、對目標(biāo)電路板進(jìn)行了重新設(shè)計，增加了跳線和測試接口；2、采用了接口豐富的研華PCI1712多功能數(shù)據(jù)采集卡；3、充分利用PCI1712的接口設(shè)計了調(diào)理電路。另一方面軟件上，使用通用編程平臺VisualC++結(jié)合研華ActiveDAQ、ActiveDAQPro控件進(jìn)行編程，其中交互界面主要使用Visualc++ MFC設(shè)計，硬件的控制主要通過ActiveDAQ控件完成，波形顯示通過ActiveDAQPro控件完成。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

系統(tǒng)軟硬件總體框圖如圖1所示。

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，用PC作為系統(tǒng)的控制端，控制軟件由參數(shù)顯示與分析模塊、故障設(shè)置模塊和知識管理模塊等幾個基本功能模塊組成，完成對系統(tǒng)的總體控制和數(shù)據(jù)管理；PCI多功能數(shù)據(jù)采集卡在PC的控制下完成數(shù)據(jù)采集和故障動態(tài)植入的功能；條件形成電路、故障植入電路和信號調(diào)理電路相互配合，完成三個功能：為目標(biāo)電路的正常工作提供環(huán)境、故障動態(tài)植入和數(shù)據(jù)采集功能。

對硬件電路的控制與數(shù)據(jù)采集通過PCI多功能數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行。主要的硬件電路設(shè)計工作包括：1、對目標(biāo)電路的改造；2、設(shè)計信號調(diào)理電路；3、故障植入電路。對目標(biāo)電路的改造工作主要是在實現(xiàn)其電路原理的基礎(chǔ)上通過繼電器、矩陣開關(guān)或跳線完成電路故障的設(shè)置，主要的手段是對特定的器件和關(guān)鍵點設(shè)置短路和斷路的跳線選擇。條件形成電路主要是提供目標(biāo)電路能夠工作的外部信號，主要包括電源信號和激勵信號。故障植入電路主要通過繼電器和數(shù)據(jù)采集卡控制調(diào)理信號的通斷。

軟件設(shè)計采用Visual C++平臺搭建系統(tǒng)的框架，對應(yīng)用程序進(jìn)行全面的管理，提供數(shù)據(jù)管理、功能控制、數(shù)據(jù)顯示與分析等功能。

3 數(shù)據(jù)采集與控制

3.1條件形成與故障植入電路

條件形成電路主要是提供目標(biāo)電路能夠工作的外部信號，包括電源信號和激勵信號。如圖2所示，根據(jù)目標(biāo)電路的特點設(shè)計電源和激勵信號電路，通過矩陣開關(guān)接入目標(biāo)電路。激勵信號主要包括各種開關(guān)信號，如模擬信號、串行數(shù)字信號、離散信號、功率信號、射頻信號、高速數(shù)字信號等，都能經(jīng)過矩陣開關(guān)進(jìn)行自動切換[3]。

為了獲取電路在不同狀態(tài)下的參數(shù)，特別是在故障狀態(tài)下的動態(tài)參數(shù)，需要對電路進(jìn)行故障植入，主要采用的方法是：1、通過矩陣開關(guān)改變目標(biāo)電路的激勵源；2、對目標(biāo)電路進(jìn)行改造，通過跳線或通過矩陣開關(guān)改變目標(biāo)電路連接。

3.2 信號調(diào)理電路

信號調(diào)理平臺是系統(tǒng)主要的硬件，主要對各種的直流和交流信號進(jìn)行調(diào)理與采集。其中交流信號的檢測原理如圖3所示。待測交流信號通過經(jīng)過分壓電路以及比例放大電路處理之后分成兩路，其中一路經(jīng)模擬開關(guān)和峰值保持電路后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，可采集到交流信號的峰值。另一路，經(jīng)整形和模擬開關(guān)之后，進(jìn)行頻率測量。

直流信號調(diào)理電路用于把待測的直流信號進(jìn)行分壓、電壓跟隨和限幅處理，使之滿足A/D采集端口的電壓要求。

3.3 數(shù)據(jù)采集卡

系統(tǒng)主要的數(shù)據(jù)采集和對電路的控制主要通過PCI1712的AI和DIO口完成的。PCI1712多功能數(shù)據(jù)采集卡提供了豐富的接口，主要包括：16位數(shù)字I/O口、16位模擬I/O口。當(dāng)然，這些接口還不夠用的話，可以通過硬件電路進(jìn)行擴(kuò)展[4]。

數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動軟件可以直接對板卡的寄存器編程，管理數(shù)據(jù)采集硬件的操作并把它和處理器中斷、DMA和內(nèi)存等資源結(jié)合在一起。驅(qū)動軟件隱藏了復(fù)雜的硬件底層編程細(xì)節(jié)，為用戶提供了容易理解的接口[2]。使用VC++控制PCI數(shù)據(jù)采集卡有多種方法可以選擇使用DLL（動態(tài)鏈接庫）函數(shù)或ActiveX控件進(jìn)行。使用DLL編程編程比較靈活，但實現(xiàn)起來較為復(fù)雜，尤其是在對中斷觸發(fā)的管理，需要設(shè)置多線程的同步。使用ActiveX控件則可以使用很少的代碼來完成軟件觸發(fā)、中斷觸發(fā)和DMA的數(shù)據(jù)采集功能。PCI1712的ActiveX DAQ控件主要包括AI、AO、DI、DO、Counter、PULS等，ActiveX DAQ Pro還提供了一些圖形控件。

使用ActiveX DAQ控件進(jìn)行編程一般過程為：在界面上插入控件、導(dǎo)入控件控制類、建立控件控制變量、選擇設(shè)備、打開設(shè)備、使用設(shè)備、關(guān)閉設(shè)備等。

4 知識獲取和表達(dá)

知識的表達(dá)方法有很多種主要包括：邏輯表示法、產(chǎn)生式表示法、框架表示法、語義網(wǎng)表示法、腳本表示法、過程表示法、petri網(wǎng)表示法、神經(jīng)元表示法和面向?qū)ο蟊硎痉ǖ?。在選擇知識的表示方法時主要考慮知識的表示能力、推理效率、正確性和結(jié)構(gòu)性。

電路故障知識主要是電路實時測量的參數(shù)，包括電壓、峰值電壓、波形、時間等信號?！霸O(shè)計故障診斷專家系統(tǒng)時，要求既能表達(dá)領(lǐng)域?qū)ο蟮撵o態(tài)特性、行為特征及約束，又要表達(dá)專家經(jīng)驗、 判斷決策等知識，還要有較強(qiáng)的數(shù)值計算及過程控制能力?！盵5]本研究采用面向?qū)ο蟮闹R表示方法。面向?qū)ο蟮闹R表示方法相對于產(chǎn)生式表示法、框架表示法等傳統(tǒng)表示方法來說具有很大的優(yōu)越性，它不但能充分利用傳統(tǒng)框架對邏輯語言的描述能力，還能夠嵌入規(guī)則，所以它可以方便的對邏輯語言表達(dá)也可以對數(shù)值進(jìn)行表達(dá)，同時具備很強(qiáng)的擴(kuò)展能力。

5 使用效果

系統(tǒng)軟件運(yùn)行效果如圖4所示，經(jīng)試用該項目取得了比較良好的使用效果，故障設(shè)置方便，結(jié)果顯示直觀，故障知識表達(dá)清楚，為智能化故障診斷專家系統(tǒng)故障知識的獲取提供了一個比較好的途徑。

6 總結(jié)

本研究只是探討性的研究了特定電路板故障植入、實時獲取電路運(yùn)行數(shù)據(jù)、并從中獲取電路故障知識，為實現(xiàn)智能化專家系統(tǒng)打下基礎(chǔ)，但具有一定的局限性：不同電路板所需的激勵信號不同，使用外部電路植入故障之后有可能造成電路板燒壞等，這些問題希望讀者注意。

參考文獻(xiàn)：

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