CODOG監(jiān)控系統(tǒng)電路板自動測試技術(shù)研究

肖新斌 劉永葆 高建華

1中國人民解放軍91458部隊修船處，海南三亞572000 2華中科技大學(xué) 能源與動力學(xué)院，湖北 武漢430074 3海軍工程大學(xué) 船舶與動力學(xué)院，湖北 武漢430033

CODOG監(jiān)控系統(tǒng)電路板自動測試技術(shù)研究

肖新斌1劉永葆2，3高建華3

1中國人民解放軍91458部隊修船處，海南三亞572000 2華中科技大學(xué) 能源與動力學(xué)院，湖北 武漢430074 3海軍工程大學(xué) 船舶與動力學(xué)院，湖北 武漢430033

電路板自動測試技術(shù)對于艦用動力裝置監(jiān)控系統(tǒng)的故障檢測與維修至關(guān)重要。以CODOG動力裝置監(jiān)控系統(tǒng)使用廣泛、故障率較高的電路板RA1－01繼電器輸出板為例，選取BDS—9210柜式VXI自動測試設(shè)備作為測試平臺，介紹RA1－01的測試程序集（TPS）的開發(fā)過程。測試結(jié)果表明：TPS故障檢測率為95%，故障隔離率為80%（模糊度為4）。

聯(lián)合動力裝置；自動化監(jiān)控系統(tǒng)；繼電器；電路板自動測試；測試程序集；艦船技術(shù)保障

1 引言

近年來，柴燃聯(lián)合動力裝置（CODOG）由于其起動快、備航時間短、機(jī)動性好等優(yōu)點(diǎn)，在各類海軍艦船上使用越來越廣泛［1－2］。這類動力裝置廣泛使用基于多電路板系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)［3］，其功能先進(jìn)、自動化程度高，給艦員的操作帶來了極大的方便。然而，隨著監(jiān)控系統(tǒng)自動化程度的不斷提高，其設(shè)備、功能卻日趨復(fù)雜化，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，傳統(tǒng)的診斷測試方法需要花費(fèi)大量時間，不能滿足現(xiàn)代艦船動力監(jiān)控系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的需要。

現(xiàn)代電路板自動測試系統(tǒng)，能夠滿足測試過程高度自動化，能適應(yīng)復(fù)雜的電子系統(tǒng)，不要求維修人員具有復(fù)雜的專門知識，具有故障測試速度快、準(zhǔn)確率高的特點(diǎn)［4－7］。通過選取相應(yīng)的系統(tǒng)測試平臺（ATE）等設(shè)備，由相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜议_發(fā)專用測試程序集，即可把少數(shù)專家的復(fù)雜勞動轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄶?shù)人的簡單操作，從而使復(fù)雜電子系統(tǒng)的故障診斷與維修變得簡單易行。因此自動測試技術(shù)已成為保持、恢復(fù)、提高現(xiàn)代武器裝備戰(zhàn)斗力和綜合測試保障能力的“高效率武器”，越來越受到世界各軍事強(qiáng)國的高度重視并得到了迅猛的發(fā)展［8，9］。

目前，艦船動力裝置監(jiān)控系統(tǒng)電路板自動測試與故障分析是當(dāng)前發(fā)達(dá)國家艦船技術(shù)保障的重要組成部分。國內(nèi)也已開始這方面的研究和應(yīng)用工作。對于艦用柴燃動力裝置監(jiān)控系統(tǒng)而言，在系統(tǒng)分析其組成和工作原理的基礎(chǔ)上，選取合適的系統(tǒng)測試平臺，然后對監(jiān)控系統(tǒng)各電路板進(jìn)行TPS的開發(fā)。這些不僅是解決修理問題的重要手段，而且已經(jīng)成為裝備技術(shù)保障的必然趨勢，這一技術(shù)實(shí)施的好壞，直接影響艦船的機(jī)動性和快速出動能力，具有很大的軍事應(yīng)用價值。

2 TPS開發(fā)硬件平臺

優(yōu)良的系統(tǒng)測試平臺不僅能夠快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)故障檢測和故障診斷定位，具有比較完善的自動測試功能，還應(yīng)具有對各種電路板良好的兼容性。鑒于此，在研究工作中選取了BDS—9210柜式VXI自動測試設(shè)備作為電路板的測試平臺。該測試平臺是基于VXI總線標(biāo)準(zhǔn)，輔以GPIB儀器集成的開放式、模塊化的通用自動測試系統(tǒng)［9］，其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 BDS－9210柜式系統(tǒng)測試平臺系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)框圖

該系統(tǒng)具備40 M以下數(shù)字、模擬及數(shù)／?；旌想娐钒宓淖詣訖z測能力，并可將故障診斷定位到元器件。軟件方面，系統(tǒng)配置了測試生成和實(shí)板仿真軟件，能讓用戶獨(dú)立完成被測電路板／模塊的TPS開發(fā)，其測試軟件還具有接受其他測試軟件（如LASAR）生成的測試數(shù)據(jù)的接口。除此之外，該系統(tǒng)具有接受和顯示EDA軟件產(chǎn)生的布局／電路圖的能力，以及比較完善的自測試、自校準(zhǔn)功能，可將故障定位到具體模塊。

3 監(jiān)控系統(tǒng)電路板TPS開發(fā)

柴燃聯(lián)合動力裝置監(jiān)控系統(tǒng)可以連續(xù)監(jiān)測動力裝置運(yùn)行過程的各項運(yùn)行參數(shù)，同時還可控制聲光報警和參數(shù)狀態(tài)顯示。這里僅以CODOG動力裝置監(jiān)控系統(tǒng)使用廣泛、故障率較高的電路板RA1－01繼電器輸出板為例，介紹測試程序集的全部開發(fā)流程。

3.1 RA1－01繼電器輸出板原理分析

測試電路板原理分析是電路板測試方案設(shè)計和測試程序設(shè)計的基礎(chǔ)工作。RA1－01繼電器輸出板的主要功能是通過接收CPU的信息，經(jīng)過外設(shè)接口適配器、驅(qū)動電路，控制繼電器通斷以驅(qū)動電磁閥、啟動器及功率繼電器等大電流負(fù)載。RA1－01繼電器輸出板原理框圖如圖2所示。

圖2 繼電器輸出板方框圖

3.2 UUT適配板設(shè)計

接口測試適配器（ITA）是提供UUT和ID之間信號、電源連接與調(diào)節(jié)的裝置。其連接盒為352針連接盒，編號為TB－001。UUT適配板名稱為CF96T型插座適配板－1，ID號 0000000000001111。該UUT適配板完成UUT和ITA連接盒之間30路TTL電平數(shù)字信號和2組電源的連接，對電源的工作狀態(tài)用發(fā)光二極管顯示。為UUT適配板的ID驗證和自測試提供硬件結(jié)構(gòu)上的支持。UUT適配板的原理結(jié)構(gòu)和連接框圖如圖3所示。

圖3 UUT適配板原理結(jié)構(gòu)及連接框圖

1）電源濾波顯示電路

程控電源經(jīng)過UUT適配板濾波，為UUT提供1組＋5V電源和1組＋24V電源。

2）ID編碼移位電路

UUT編碼移位電路占用系統(tǒng)2路數(shù)字I／O資源，“CLK”第188路數(shù)字I／O相連，“ID”第186路數(shù)字I／O相連。S1、S2為撥位開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)UUT適配板標(biāo)識編碼的設(shè)定；U7、U8為移位寄存器，E4與R3、R4、U6組成上電置數(shù)電路，可在UUT適配板上電時將其標(biāo)識編碼置入U7、U8內(nèi)部寄存器中；U7、U8可以在時鐘“CLK”的控制下串行地將標(biāo)識編碼“ID”提供給系統(tǒng)。

3）UUT適配板自測試電路

U1、U2為利用54LS244組成的多路數(shù)字開關(guān)，開關(guān)通斷的控制端“EN”與第187路數(shù)字I／O相連。UUT適配板自檢時，“EN”端控制數(shù)字開關(guān)閉合，UUT適配板上的數(shù)字I／O通道兩兩實(shí)現(xiàn)相連進(jìn)行自測試；自檢結(jié)束后，“EN”端控制斷開數(shù)字開關(guān)，使數(shù)字開關(guān)輸入輸出線呈現(xiàn)高阻態(tài)。

3.3 測試程序集的設(shè)計

為提高TPS的通用性、可靠性，軟件設(shè)計采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，采用面向測試的智能化自動測試系統(tǒng)決策平臺。測試程序TP主要包括：測試主程序，UUT信息描述，檢測程序，故障診斷程序，故障辭典，探測引導(dǎo)程序。測試主程序通過調(diào)用UUT的TPS測試程序來實(shí)現(xiàn)UUT的檢測和故障診斷，并顯示測試診斷結(jié)果，生成測試診斷報告。

UUT描述模塊為輸入模塊，用于輸入UUT的物理信息、測試診斷要求規(guī)范、元器件布局圖、邊沿連接器與測試接口的連接關(guān)系等有關(guān)測試診斷信息。

故障診斷程序用于UUT上故障的隔離定位，與故障辭典和探筆引導(dǎo)程序相結(jié)合，采用了探筆引導(dǎo)的故障定位技術(shù)和故障辭典交叉技術(shù)。由于是對整板或設(shè)備編程測試的，可以達(dá)到很高的故障覆蓋率，能夠?qū)⒐收细綦x到UUT器件級。其中，故障隔離測試流程圖如圖4所示。

圖4 故障隔離測試流程圖

3.4 測試結(jié)果

在測試程序和ID設(shè)備設(shè)計成功后，把待測試電路板通過ID設(shè)備與ATE連接，對電路板進(jìn)行了測試。本研究工作所開發(fā)的TPS順利地通過了驗收。驗收測試結(jié)果：TPS故障檢測率為95%，故障隔離率為80%（模糊度為4），具體見表1所示。

表1 TPS單板測試結(jié)果

4 結(jié)束語

電路板自動測試系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于國外海軍電子裝備的技術(shù)保障，例如：美國海軍的“聯(lián)合支援系統(tǒng)（CASS）”就采用了ATE和TPS進(jìn)行電路板的故障診斷。電路板自動測試系統(tǒng)作為一種有效的保障手段，能夠在最少依賴操作人員干預(yù)的情況下，通過自動測試設(shè)備及運(yùn)行測試軟件，對諸多復(fù)雜測試儀器進(jìn)行測試，自動完成對被測電路板的功能行為或特性參數(shù)的分析、性能狀態(tài)評估，并實(shí)現(xiàn)故障檢測與定位的診斷測試。這一技術(shù)在艦載電子裝備維修中有著事半功倍的作用，特別是對高科技含量大的新型電子裝備和設(shè)備的維修，具有不可或缺的作用。

本文介紹的某柴燃聯(lián)合動力裝置監(jiān)控系統(tǒng)電路板TPS及其硬件平臺VXI總線標(biāo)準(zhǔn)的自動測試系統(tǒng)，集多種診斷思想于一身，在通用化、自動化、標(biāo)準(zhǔn)化等方面積極探索，已成功地應(yīng)用于某海軍裝備的檢測診斷，為提高現(xiàn)代高新技術(shù)條件下局部戰(zhàn)爭的快速搶修、應(yīng)急修理和機(jī)動保障能力，盡快恢復(fù)、持久保持電子武器裝備的綜合戰(zhàn)斗力，提供了一定的研究思路和發(fā)展途徑。

［1］ 李淑英，李楊，孫聿峰.柴—燃聯(lián)合動力裝置（CODAG）的實(shí)驗研究［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2007，20（1）：58－62.

［2］ 張仁興，賀星，劉永葆，等.艦船柴燃聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)的可靠性分析［J］.船舶工程，2006，28（6）：18－20.

［3］ 劉九七.一種新的艦船燃?xì)廨啓C(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2005，18（2）：27－30.

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［5］ TIMCHO T J，O'TOOLE K.Transitioning from ATLAS to Labwindows/CVI：overcoming the obstacles［C］//Autotestcon'99.IEEE Systems Readiness Technology Conference，1999.

［6］ 郭聯(lián)群，王惠霞，柴慧芹.電路板故障診斷系統(tǒng)原理及應(yīng)用［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2006，28（Z1）：27－31.

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［8］ 孫少軍.基于PSPICE 9的艦船裝備電路板TPS驗證評估［J］.國外電子測量技術(shù)，2008，27（7）：15－18，24.

［9］ 田仲，石君友.系統(tǒng)測試性設(shè)計分析與驗證［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

Automatic Testing Technique for PCB of CODOG Monitoring and Control System

Xiao Xin－bin1Liu Yong－bao1，2Gao Jian－h(huán)ua2
1 Ship Maintenance Service，the 91458thUnit of PLA，Sanya 572000，China 2 College of Energy&Power Engineering，Huazhong University of Science&Technology，Wuhan 430074，China 3 College of Naval Architecture&Power，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China

PCB （Printed Circuit Board）automatic test is very important to fault diagnosis and maintenance of monitoring and control system of warship power plant.A CODOG power plant monitoring and control system was analyzed.Automatic test equipment BDS－9210 was selected as the test platform.The test program set（TPS）of the relay output board RA1－01 which has been brought into wide use and often breaks down in monitoring and control system was developed.The test results show that the rate of fault detection is 95%，and the fault isolation is 80%（fuzzy degree 4）.

CODOG power plant；automatic monitoring and control system；relay；PCB automatic test；TPS；ship technical support

U664.82

A

1673－3185（2009）05－45－04

2009-03-18

國防預(yù)研基金資助（40101020103）

肖新斌（1973-），男，工程師，碩士，研究方向：艦船動力裝置狀態(tài)評估與維修決策。E-mail：conjewa@163.com

劉永葆（1967-），男，副教授，博士，研究方向：艦船燃?xì)鈩恿ρb置狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷