АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
AUTOMATIC TEST SYSTEM

Изобретение относится к средствам автоматизированного контроля и диагностирования средств связи, в состав которых входят сменные функциональные узлы.
Система может использоваться на различных стадиях жизненного цикла средств связи от разработки сменных функциональных узлов до технического обслуживания и ремонта в процессе их эксплуатации.
Толкование терминов, используемых в заявке на изобретение: технический ресурс - наработка изделия от начала эксплуатации (или ее возобновления) до наступления предельного состояния изделия по техническим причинам (Эксплуатация и ремонт средств связи. Под ред. А.Я.Маслова. ВИККА им.А.Ф.Можайского. - СПб., 1995 г., 533 с.), срок службы - календарная продолжительность работы изделия от начала эксплуатации до его снятия с эксплуатации.
Известно устройство для контроля параметров (Авт. свид. СССР №1513418 Устройство для контроля параметров, 1988, G05В 23/02), содержащее блок вывода информации, управляющую вычислительную машину (УВМ), терминал, блок регистров адреса, два коммутатора, блок управления режимами, блок синхронизации, регистр входной информации, блок сравнения, блок анализатора, регистр выходной информации, блок стимулирующих сигналов и блок измерительных преобразователей, входы-выходы УВМ соединены с блоком вывода информации, терминалом, выходы блока синхронизации подключены к синхронизирующим входам регистров, блока управления режимами, блока анализатора, блока стимулирующих сигналов, выход которого соединен с соответствующим входом коммутатора.
Недостатком устройства является отсутствие возможности определения технического ресурса с целью продления сроков службы.
Наиболее близким к изобретению из уровня техники является автоматизированный комплекс контроля и диагностики (Патент РФ №2257604 Автоматизированный комплекс контроля и диагностики, 2003, G05В 23/02, Н04В 17/00), включающий два варианта построения комплекса. Первый вариант комплекса включает управляющий компьютер, блок сопряжения, коммутатор, локальную магистраль обмена данными, блок формирования тестов, логический анализатор, сигнатурный анализатор, блок синхронизации, блок цифровых осциллографов, блок программируемых генераторов сигналов специальной формы, блок программируемых источников электропитания. Второй вариант комплекса дополнительно включает блок формирования высокочастотных тестовых сигналов и блок измерения высокочастотных сигналов.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности определения технического ресурса с целью продления сроков службы.
Техническим результатом изобретения является расширение возможностей системы за счет введения расчета технического ресурса средства связи с целью продления срока службы средств связи.
Технический результат достигается тем, что автоматизированная система диагностирования, включающая блок синхронизации, блок формирования тестов, блок сопряжения, управляющий компьютер, соединенный входами и выходами с выходами и входами блока сопряжения, блок сопряжения установлен на свободный слот системной магистрали управляющего компьютера, коммутатор, группа выходов и группа входов которого являются соответственно группой выходов и группой входов автоматизированной системы диагностирования для подключения к объекту контроля, первый выход блока формирования тестов соединен с первым входом коммутатора, первый выход блока синхронизации подключен к синхронизирующему входу блока формирования тестов, логический анализатор, сигнатурный анализатор, блок цифровых осциллографов, блок программируемых источников электропитания, блок программируемых генераторов сигналов специальной формы, блок формирования высокочастотных тестовых сигналов, блок измерения параметров высокочастотных сигналов и локальную магистраль обмена данными, через которую блок сопряжения соединен с блоком формирования тестов, логическим анализатором, сигнатурным анализатором, блоком цифровых осциллографов, блоком синхронизации, блоком программируемых источников электропитания, блоком программируемых генераторов сигналов специальной формы, коммутатором, блоком формирования высокочастотных тестовых сигналов и блоком измерения параметров высокочастотных сигналов, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока синхронизации соединены с синхронизирующими входами соответственно сигнатурного анализатора, блока цифровых осциллографов, логического анализатора и блока программируемых источников электропитания, первый выход которого подключен к второму информационному входу коммутатора, третий вход которого подключен к выходу блока программируемых генераторов сигналов специальной формы, выход коммутатора подключен к первому входу логического анализатора, второй вход которого и входы сигнатурного анализатора, блока цифровых осциллографов и блока измерения параметров высокочастотных сигналов являются соответствующими входами автоматизированной системы диагностирования для подключения к объекту контроля, выходы блока формирования тестов, блока программируемых источников электропитания и блока формирования высокочастотных тестовых сигналов являются соответствующими выходами автоматизированной системы диагностирования для подключения к объекту контроля, входы синхронизации блока измерения параметров высокочастотных сигналов и блока формирования высокочастотных тестовых сигналов подключены к соответствующим входам блока синхронизации, а информационные выходы управляющего компьютера являются выходами системы, при этом коммутатор содержит группу входов и группу выходов для подключения системы к объекту контроля, а также содержит дополнительные входы, которые соединены соответственно с выходами блока формирования тестов, блока программируемых источников электропитания, блока программируемых генераторов сигналов специальной формы и блока формирования высокочастотных сигналов, содержит отдельный выход, соединенный со входом логического анализатора для передачи с выхода объекта контроля на вход логического анализатора измеряемых сигналов отклика, при этом коммутатор предназначен для осуществления при работе системы в режиме встроенного контроля непосредственного поочередного подключения входов измерительных блоков к выходам блоков формирования соответствующих стимулирующих воздействий по командам от управляющего компьютера, а также для осуществления при работе системы в режимах контроля и диагностирования соответствующего подключения объекта контроля к выходам источников стимулирующих воздействий и ко входам логического анализатора, управляющий компьютер системы предназначен для хранения базы данных и программы работы системы, извлечения из базы данных программы контроля по заданному типу объекта, включая эталонные тесты, обеспечения работы всех составных частей системы по заданной программе, занесения тестов в буферную память блока формирования тестов, управления выдачей тестовых сигналов с блока формирования тестов, управления установкой параметров сигналов специальной формы для контроля аналоговых и аналого-цифровых схем, управления установкой параметров высокочастотных сигналов с блока формирования высокочастотных сигналов, управления выдачей тестовых сигналов, измерением параметров сигналов отклика и сравнением сигналов отклика с эталонными сигналами по программе, фиксации результата сравнения, полученного в каждом такте, анализа результатов сравнения эталонных сигналов и сигналов отклика для каждого такта, формирования сообщений о положительных результатах контроля, выдачи сообщения о неисправности объекта контроля и о необходимости диагностирования неисправностей, выдачи по программе диагностирования указания на подключение щупов сигнатурного анализатора, логического и цифрового осциллографа в соответствующие промежуточные точки схемы, идентификации на основе анализа параметров сигналов, полученных с помощью сигнатурного анализатора, логического анализатора и цифрового осциллографа неисправности и выдачи уточнения на анализ других участков электрической схемы объекта контроля, управления последовательностью поочередного подключения входов измерительных блоков системы (цифрового осциллографа, логического анализатора, сигнатурного анализатора, измерителя параметров высокочастотных сигналов) с помощью коммутатора к выходам блоков формирования стимулирующих воздействий (блока формирования тестов, блока программируемых генераторов специальной формы, блока программируемых источников электропитания, блока формирования высокочастотных тестовых сигналов) по программе встроенного контроля, логический анализатор снабжен на входе набором компараторов логического нуля и логической единицы и предназначен для подключения входными цепями к выходам коммутатора, а через коммутатор - к выходам объекта контроля, приема с выхода объекта контроля через коммутатор на входные цепи сигналов отклика, уровень которых может соответствовать значению логического нуля или логической единицы, идентификации выходных сигналов отклика объекта контроля значениями ноль или единица, занесения этих значений в соответствующие разряды выходного регистра логического анализатора, формирования кода отклика на поданный на объект контроля входной тест, работы синхронно с блоком формирования тестов под управлением блока синхронизации, дополнительно содержит блок хранения информации, блок расчета технического ресурса, при этом блок хранения информации и блок расчета технического ресурса подключаются к локальной магистрали обмена данными.
Автоматизированная система диагностирования предназначена, как и известные из уровня техники аналоги, для контроля и диагностирования цифровых, цифроаналоговых и аналого-цифровых схем, а также высокочастотных схем средств связи.
т
Кроме того, система позволяет определять технический ресурс R средств связи в соответствии с выражением (Эксплуатация и ремонт средств связи. Под ред. А.Я.Маслова. ВИККА им.А.Ф.Можайского. - СПб., 1995 г. 533 с., формула 6.11):
где  - средний ресурс составных частей изделия, ;
N - количество составных частей изделия;
иj
К - коэффициент использования ресурса.
иj
Величина коэффициент использования ресурса К может быть найдена из следующего выражения (Эксплуатация и ремонт средств связи. Под ред. А.Я.Маслова. ВИККА им.А.Ф.Можайского. - СПб., 1995 г., 533 с., формула 6.13):
где  - среднее время использования за период применения средства связи;
- среднее время ожидания использования за то же время.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленного способа, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".
Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг.1 - вариант автоматизированной системы диагностирования;
фиг.2 - алгоритм работы системы цифровой обработки сигналов.
Реализация заявленного изобретения заключается в следующем.
Автоматизированная система диагностирования включает: коммутатор 1, управляющий компьютер 2, соединенный по входам и выходам с блоком 3 сопряжения, установленным на свободном слоте системной магистрали управляющего компьютера 1, блок 3 сопряжения через локальную магистраль 4 обмена данными подключен к блоку 5 формирования тестов, логическому анализатору 6, сигнатурному анализатору 7, блоку 8 цифровых осциллографов, блоку 9 программируемых источников электропитания, блоку 10 программируемых генераторов сигналов специальной формы, блоку 11 синхронизации, который по выходам соединен с синхронизирующими входами блока 8 осциллографов, сигнатурного анализатора 7, логического анализатора 6, блока 5 формирования тестов, блока 10 программируемых генераторов сигналов специальной формы, выход коммутатора 1 соединен с входом логического анализатора 6, а входы коммутатора 1 соединены соответственно с выходами блока 5 формирования тестов, блока 9 программируемых источников электропитания и блока 10 программируемых генераторов сигналов специальной формы, в состав системы также входят блок 12 формирования высокочастотных сигналов, блок 13 измерения параметров высокочастотных сигналов и объект 14 контроля. Группа выходов и группа входов коммутатора 1 является соответствующей группой выходов и группой входов системы для подключения к объекту контроля, отдельные входы которого соединены с выходами блока 5 формирования тестов, блока 9 программируемых источников электропитания и блока 12 формирования высокочастотных тестовых сигналов, являющихся соответствующими выходами автоматизированной системы диагностирования. Входы сигнатурного анализатора 7, блока 8 цифровых осциллографов и блока 13 измерения параметров высокочастотных сигналов являются соответствующими входами автоматизированной системы диагностирования для подключения к соответствующим выходам объекта контроля. Блок 12 формирования высокочастотных тестовых сигналов и блок 13 измерения параметров высокочастотных сигналов через локальную магистраль 4 обмена данными соединены с блоком сопряжения, а входы синхронизации этих блоков соединены с соответствующими выходами блока синхронизации 11. Блок 15 хранения информации и блок 16 расчета технического ресурса подключаются к локальной магистрали обмена данными.
Автоматизированная система диагностирования имеет несколько режимов работы, в том числе:
режим программирования тестов;
режим контроля средств связи;
режим диагностирования неисправности средств связи;
режим расчета технического ресурса средств связи;
режим встроенного контроля работоспособности системы.
При работе в режиме программирования тестов на основе априорной информации об объектах контроля, а также в соответствии с техническими условиями на контролируемую аппаратуру формируется совокупность тестовых сигналов. Каждой совокупности тестовых сигналов соответствует совокупность эталонных сигналов на выходах объектов контроля (в технике автоматизированного контроля их называют сигналами отклика на подаваемые тесты). Данные об эталонных значениях параметров совокупностей тестовых сигналов и параметров соответствующих им эталонных сигналов отклика заносят в базу данных компьютера 2. В дальнейшем (при контроле соответствующих объектов контроля) тесты перед началом контроля заносят в блок 5 формирования тестов. Затем их поочередно (по тактовым сигналам из блока 11 синхронизации) извлекают из буферной памяти блока 5 формирования тестов, выдают на объект 14 контроля, а параметры сигналов отклика (полученные с помощью блоков 6, 7, 8) сравнивают с эталонными значениями, занесенными ранее в базу данных компьютера 2 при программировании тестов. Если отклонения измеренных параметров от эталонных находятся в пределах установленных допусков, объект контроля 14 считается годным. При отклонении измеренных параметров за пределы допусков объект контроля 14 признается неисправным и производится диагностирование неисправностей.
Система предусматривает два варианта реализации режима программирования тестов:
на основе анализа схем объектов контроля и анализа прохождения сигналов по цепям схемы (рассмотрено выше);
на основе эталонных объектов контроля.
При работе в режиме программирования тестов эталонный объект контроля (заведомо исправный и с параметрами, находящимися в середине поля допусков) подключается в состав системы. На основе технических условий задаются параметры тестовых (стимулирующих) сигналов и последовательность их подачи. Далее такт за тактом производится подача на объект контроля тестов с заданными параметрами и для каждой совокупности тестов производится измерение параметров сигналов отклика с выходов объекта контроля. Измеренные параметры сигналов отклика заносятся в базу данных в качестве эталонных и в дальнейшем используются для контроля исправности объектов контроля данного типа.
После получения эталонных сигналов отклика для контроля исправности сменных функциональных узлов аналогичным образом производится автоматизированное формирование сигналов отклика для диагностирования неисправностей. С этой целью в схеме эталонного объекта контроля поочередно имитируют наиболее вероятные неисправности. После введения каждого вида неисправности на объект контроля 14 подают входные эталонные тесты, с помощью средств контроля (логического анализатора 6, сигнатурного анализатора 7, цифрового осциллографа 8), входящих в состав системы, измеряют параметры эталонных сигналов отклика как с выхода объекта контроля, так и с промежуточных точек (в местах введенных неисправностей). Полученную совокупность параметров эталонных сигналов отклика идентифицируют (логически относят) введенным типом неисправности и заносят в базу данных компьютера. В дальнейшем, при совпадении сигналов отклика от контролируемого неисправного объекта контроля с соответствующей совокупностью эталонных сигналов отклика (для конкретного вида неисправности) система автоматически идентифицирует (распознает) вид обнаруженной неисправности и выдает информацию о виде неисправности и о месте неисправности в схеме контролируемого объекта.
В режиме контроля средств связи система работает следующим образом. Перед началом контроля очередной объект 14 контроля подключается к коммутатору 1 и к другим составным частям системы в соответствии с фиг.1. На управляющем компьютере 2 задается тип объекта контроля. На основе заданного кода типа объекта контроля из базы данных компьютера извлекается программа контроля, включая эталонные тесты, которые заносятся в буферную память блока 5 формирования цифровых тестов. Выдача тестовых сигналов производится по командам управляющего компьютера 2 системы, который также управляет установкой параметров сигналов специальной формы (для контроля аналоговых и аналого-цифровых схем) и высокочастотных сигналов (для контроля объектов, содержащих высокочастотные части). Вся процедура контроля производится поэтапно (шагами), при этом синхронизация работы источников подачи тестовых сигналов (блока 5 формирования тестов, блока 10 генератора сигналов специальной формы, блока 12 формирования высокочастотных сигналов) и работы измерителей сигналов отклика (логического анализатора 6, сигнатурного анализатора 7, блока 8 цифровых осциллографов, блока 13 измерения параметров высокочастотных сигналов) обеспечивается подачей тактовых сигналов заданной частоты от программируемого блока 11 синхронизации, а последовательность управления выдачей тестовых сигналов, измерением параметров сигналов отклика и их сравнением с эталонными производится по программе под управлением компьютера 2 системы. В каждом такте по совокупности подаваемых на объект контроля эталонных тестовых сигналов (логических и аналоговых) получают совокупность измеренных параметров сигналов отклика, которые сравнивают с эталонными параметрами сигналов отклика для данного такта. Результат сравнения (с учетом заданного поля допуска) фиксируют в памяти управляющего компьютера 2 и переходят к следующему такту. После завершения всего цикла контроля компьютер 2 анализирует результаты сравнения эталонных сигналов отклика и измеренных сигналов отклика для каждого такта. При нахождении измеренных сигналов в пределах допуска объекты контроля 14 считаются годными, и компьютер 2 выдает сообщение о положительных результатах контроля.
При выходе параметров измеренных сигналов за поле допуска компьютер 2 выдает сообщение о неисправности данного объекта контроля 14 и о необходимости диагностирования неисправностей.
В режиме диагностирования неисправностей система работает следующим образом. На компьютере 2 задается тип диагностируемого объекта контроля 14 и из базы данных извлекается программа диагностирования, включая совокупность последовательно выдаваемых диагностических тестов. В связи с необходимостью получения сигналов отклика с промежуточных точек схемы объекта контроля 14 процесс диагностирования проводится поэтапно. На первом этапе на объект контроля 14 подаются диагностические тесты, позволяющие предварительно локализовать место неисправности в схеме объекта контроля 14 (например, в выходных каскадах схемы объекта контроля 14). После предварительной локализации места отказа производится детализация места отказа. С этой целью по программе диагностирования компьютер 2 выдает на экране монитора указания на подключение щупов сигнатурного анализатора 7 и цифрового осциллографа 8 в соответствующие промежуточные точки схемы. На основе анализа параметров сигналов, полученных с помощью сигнатурного анализатора 7, логического анализатора 6 и цифрового осциллографа 8, компьютер идентифицирует место неисправности или выдает уточнение на аналогичный анализ других участков электрической схемы объекта контроля 14. Процесс измерения сигналов в промежуточных точках объекта контроля 14 и последующего сравнения с соответствующими параметрами эталонных сигналов (извлекаемыми из базы данных) для тех же точек продолжается до полного завершения диагностирования всей схемы объекта контроля 14.
Последовательность просмотра промежуточных точек схемы объекта контроля 14 задается при программировании тестов, исходя из особенностей построения схемы объекта контроля 14, а также с учетом принципа действия схемы объекта контроля 14.
На основе результатов диагностирования производится ремонт объекта контроля (устранение выявленных неисправностей), после чего повторно проводится контроль отремонтированного объекта контроля указанным выше способом. Если контроль проходит успешно, то объект контроля признается годным (отремонтированным). Если устанавливается отклонение от эталонных характеристик, что означает неустраненную неисправность, объект контроля повторно проходит диагностирование для выявления неустраненной неисправности. Процесс ремонта и контроля заканчивается, когда объект контроля признается годным.
В режиме расчета технического ресурса средств связи система работает следующим образом.
т
На управляющем компьютере 2 задается режим расчета технического ресурса средств связи. По результатам контроля средств связи получают совокупность измеренных параметров сигналов отклика. Эта информация хранится в управляющем компьютере 2, а также поступает в блок 15 хранения информации. При задании режима расчета технического ресурса информация поступает в блок расчета 16, где производится расчет значений R в соответствии с выражением (1), описанным выше. Результаты расчета фиксируются в памяти управляющего компьютера 2.
По результатам расчета технического ресурса объекта контроля 14 появляется возможность производить мероприятия технической эксплуатации, направленные на продление технического ресурса с целью увеличения срока службы средства связи.
В режиме встроенного контроля работоспособности система работает следующим образом. Объект контроля 14 в этом случае в состав системы не включается, а входы измерительных блоков системы (цифрового осциллографа 8, логического анализатора 6, сигнатурного анализатора 7) с помощью коммутатора 1 поочередно подключаются к выходам блоков формирования стимулирующих воздействий (блока 5 формирования тестов, блока 10 генераторов сигналов специальной формы, блока 10 программируемых источников электропитания). Последовательность подключения задается по программе встроенного контроля системы путем выдачи соответствующих указаний на мониторе управляющего компьютера 2. По командам от управляющего компьютера 2 соответствующие блоки формирования выдают заданные параметры тестовых сигналов, которые контролируются соответствующими измерительными блоками системы. Параметры измерительных сигналов сравниваются с эталонными значениями, предварительно занесенными в базу данных компьютера.
Если измеренные значения параметров стимулирующих воздействий не выходят за пределы допусков (что свидетельствует как о достоверности формирования выходных сигналов, так и о достоверности измерения параметров этих сигналов), система считается годной к работе. Для реализации встроенного контроля кроме специального пакета программного обеспечения, системе придается дополнительный коммутатор 1.
При этом блок 15 хранения информации и блок 16 расчета технического ресурса можно реализовать в виде системы цифровой обработки сигналов 17 (ЦОС) на основе микропроцессора.
Принцип работы системы ЦОС описан во многих источниках. Наиболее близкой по своей технической сущности является система цифровой обработки сигналов, описанная в (Ланнэ А.А. Цифровой процессор обработки сигналов TMS 32010 и его применение. - Л.: ВАС, 1990 г.).
Алгоритм работы блока 15 хранения информации и блока 16 расчета технического ресурса можно реализовать в виде алгоритма работы системы цифровой обработки сигналов 17.
j
и
o
Алгоритм работает следующим образом. Начало работы системы ЦОС осуществляется с задания значения принимаемого бита последовательности измеренных параметров сигналов отклика из D0, D1 (n=1), где D0, D1 - сигналы двунаправленной шины данных микропроцессора. Значение принимаемого бита записывается в регистры блока 15. Далее производится ввод исходных данных из управляющего компьютера по шине данных: n - текущего значения бита последовательности, а - параметра, определяющего режим работы системы, R - ресурс составных частей изделия, N - количество составных частей изделия, T - время использования за период применения средства связи, Т - время ожидания использования средства связи.
и
т
т
т эт
т
т
На следующем шаге производится расчет средних значений , , . На следующем шаге производится расчет коэффициента использования ресурса К, технического ресурса R средств связи. Проверяется сравнение рассчитанного R с эталонным значением R. При совпадении осуществляется выбор нужного значения R. На следующем шаге производится считывание значений R через выходы D0, D1 системы ЦОС на управляющий компьютер. Алгоритм считается выполненным полностью.
Таким образом, как видно из структуры автоматизированной системы диагностирования и описания ее работы, заявленный технический результат достигается.