СПОСОБ ТЕСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА
ELECTRONIC UNIT TESTING

Изобретение относится к способу тестирования электронного блока, в частности электронного блока устройства для определения и/или контроля параметра процесса, причем электронный блок содержит большое количество электрических деталей. Кроме того, изобретение относится к устройству для определения и/или контроля, по меньшей мере, одного параметра процесса, содержащему, по меньшей мере, один сенсорный элемент и, по меньшей мере, один электронный блок, причем электронный блок включает в себя большое количество электрических деталей.
В технике автоматизации процессов широко используются измерительные приборы, которые служат для регистрации или контроля различных измеряемых параметров или параметров процесса. При этом измерительные приборы состоят обычно из сенсорного элемента, формирующего измерительный сигнал, зависимый от параметра процесса или изменения параметра процесса, и электронного блока. Под электронным блоком измерительного прибора или соответствующего устройства следует понимать далее любые элементы, участвующие в управлении сенсорным элементом и/или в обработке измерительных сигналов, т.е. электронный блок содержит как управляющую электронную схему, так и измерительный преобразователь. В качестве примеров параметров процесса можно назвать уровень, вязкость, плотность, перепад давлений, давление, расход, массовый расход, температуру, рН-показатель, редокс-потенциал или содержание кислорода.
При этом в электронном блоке находятся, например, необходимые для обработки сигналов схемы, состоящие в большинстве случаев из аналоговых деталей на печатной плате.
При изготовлении такого электронного блока нельзя исключать ошибок монтажа. При этом существует возможность того, что при монтаже будет использована не та деталь, деталь будет отсутствовать, деталь будет установлена в неправильном положении, возникнет перерыв в энергоснабжении или короткое замыкание или холодный спай. Чтобы исключить эти ошибки, при изготовлении готовые печатные платы обычно замеряются в так называемых контрольных точках, В зависимости от комплексности схем может быть предусмотрено очень большое количество контрольных точек. Эти точки имеют, во-первых, тот недостаток, что они уменьшают имеющееся в распоряжении на печатной плате место, а, во-вторых, считывание такого большого числа тест-сигналов является сложным, и тем самым, дорогостоящим делом. Другая проблема ряда деталей состоит в том, что они со временем или вследствие экстремальных условий эксплуатации и процесса (например, скачки температуры или очень высокие температуры) ускоренными темпами стареют и, тем самым, могут выйти из строя. По этой причине предусмотрены регулярные проверки, которые можно оптимизировать за счет диагностического обслуживания.
Задача предлагаемого изобретения состоит в создании способа тестирования электронного блока и измерительного прибора, с помощью которых упрощается контроль деталей и обеспечивается возможность диагностического обслуживания собственника деталей.
Эта задача решается посредством способа тестирования электронного блока, содержащего большое количество электрических деталей, причем, по меньшей мере, часть электрических деталей объединяется, по меньшей мере, в одну группу, группе посылается сигнал запроса и принимается сигнал ответа группы, который обрабатывается. Группа содержит при этом, по меньшей мере, две детали. В другом варианте речь идет, по меньшей мере, о двух группах. Предпочтительно, если речь идет только о двух деталях, между которыми нет никакой дополнительной детали, т.е. они соединены между собой напрямую. В качестве альтернативы для теста создается подходящее соединение, чтобы можно было соответствующим образом замерить группу. Число деталей зависит от вида формирования группы. Для теста группе или группам, если их сформировано несколько, посылается произвольный сигнал запроса в качестве возбуждающего сигнала. От группы затем принимается или измеряется сигнал ответа. При этом речь идет, например, о переходной функции. В зависимости от выполнения электронного блока формируются несколько групп, причем, при необходимости, отдельные детали относятся более чем к одной группе. При этом по отдельным группам сигнал ответа измеряется и соответственно обрабатывается. Способ находит применение при изготовлении электронного блока или измерительного прибора или в находящемся в использовании приборе для осуществления частичного контроля или частичного диагностического обслуживания. Таким образом, способ имеет то преимущество, что периодичность обслуживания определяется потребностью в нем. Кроме того, это повышает готовность технологической установки к работе. Тестирование электронного блока происходит либо одновременно с собственно его задачами, либо на особых фазах. В одном варианте электронный блок является компонентом измерительного прибора техники автоматизации процесса. Функцией электронного блока является в этом варианте проведение измерения.
В одном варианте способа сигнал ответа сравнивается с заданным значением. Для схемы или специальной группы для этого в память записывается заданное значение, при необходимости, с полем допуска. Если измеренное значение отличается от этого заданного значения, то это отображается, например, в виде тревоги или по степени отклонения дается информация о будущем развитии ситуации, т.е., например, пользователь создает регулируемое предупреждение.
В одном варианте способа из сравнения сигнала ответа с заданным значением дается прогноз о будущем поведении деталей группы, от которой был принят сигнал ответа. Следовательно, в этом варианте совершенно конкретно измеренное значение используется для прогноза об ожидаемом поведении деталей соответствующей группы. В одном варианте тестирование проводится, по меньшей мере, в два момента времени, и измеренные или принятые сигналы ответа записываются в память в качестве архивных данных. По временному поведению или временному развитию рассчитывается, когда потребуется замена группы или подробное исследование электронного блока или измерительного прибора. Для этого в памяти должны храниться соответствующие алгоритмы и данные. Заданное значение возникает тогда из измеренного на предыдущем этапе тестирования сигнала ответа.
В одном варианте способа из сравнения сигнала ответа с заданным значением дается прогноз об ожидаемом сроке службы деталей группы, от которой был получен сигнал ответа.
В одном варианте измеряется падение напряжения в группе и измеренное падение напряжения обрабатывается. В этом варианте сигнал ответа является, тем самым, падением напряжения. К этому специальному сигналу ответа относятся также названные этапы обработки. При этом падение напряжения измеряется либо непосредственно, либо соответственно преобразуется возникающий поток тока. Измерение падения напряжения предпочтительно потому, что, например, можно использовать аналого-цифровой преобразователь, чтобы обработать измеренные данные, при необходимости, также с помощью микропроцессора.
Следующие варианты относятся к виду группирования деталей.
В одном варианте группа формируется в соответствии с интенсивностью отказов деталей. Для большого числа деталей (резисторы, конденсаторы, операционные усилители, процессоры и т.д.) существуют данные в отношении срока службы. Это значит, что, исходя из схемы электронного блока, можно в сочетании с соответствующими данными, хранящимися, например, в базе данных (в качестве примера можно привести базы данных Siemens, British Telecom, Military Handbook MIL-HDBK-217), идентифицировать детали, имеющие повышенную интенсивность отказов. Вокруг этих деталей тогда формируются группы.
В одном варианте способа группа формируется в соответствии с функцией деталей в электронном блоке. Следовательно, необходимо различать, например, между областями предварительного усиления, фильтрования сигналов, фазового сдвига, преобразования сигналов для шинной связи и т.д. Каждый из этих функциональных блоков отводится тогда собственной группе. Наоборот, детали отдельных групп отличаются по своим функциональным задачам внутри электронного блока, сроку службы или влиянию на сигнал ответа в качестве реакции группы на сигнал запроса. В частности, функциональное группирование возможно на основе план-схемы. Группы могут быть одинаковыми или разными в зависимости от того, проводится ли тестирование при изготовлении или в рамках диагностического обслуживания. При изготовлении могут группироваться, например, такие детали, которые могут быть установлены в неправильном положении, например диоды.
В одном варианте, по меньшей мере, измерение падения напряжения осуществляется с помощью, по меньшей мере, одного аналого-цифрового преобразователя, не используемого в отношении функции электронного блока. В одном варианте аналого-цифровой преобразователь является компонентом микропроцессора, расположенного в электронном блоке. Если электронный блок является, например, компонентом измерительного прибора, то функция заключается в проведении измерения.
В одном варианте группа модифицируется и/или расширяется таким образом, что изменение, по меньшей мере, одной детали группы приводит к изменению принимаемого от группы сигнала ответа. Вариант состоит, тем самым, в том, что за счет добавления для этой цели имеющихся дополнительных деталей группа изменяется или расширяется таким образом, что, например, процесс старения одной детали ведет также к изменению сигнала ответа. Это значит, что изменение одной детали или деталей переносится в область возможности изменения за счет сигнала ответа. Этот вариант относится, в частности, к измерению падения напряжения в качестве сигнала ответа.
Задача изобретения решается также посредством устройства для определения и/или контроля, по меньшей мере, одного параметра процесса, содержащего, по меньшей мере, один сенсорный элемент и, по меньшей мере, один электронный блок, причем электронный блок содержит большое количество электрических деталей, и предусмотрен, по меньшей мере, один блок управления, выполненный таким образом, что он посылает, по меньшей мере, одной группе, по меньшей мере, части деталей сигнал запроса, принимает от группы сигнал ответа и обрабатывает его в отношении изменений деталей группы. В предложенном измерительном приборе из части деталей электронного блока формируется одна группа. Преимущественно формируются, по меньшей мере, две группы, и каждая группа состоит, по меньшей мере, из двух деталей. Группа состоит, например, из особенно подверженных старению, из особенно важных деталей или из как можно большего количества деталей. Отдельные варианты формирования этих групп описаны выше в предложенном способе и могут найти применение в предложенном измерительном приборе. Группой деталей после посылки сигнала запроса измеряется сигнал ответа и обрабатывается в отношении явлений старения или других изменений деталей этой группы за счет, например, сравнения измеренного значения с хранящимися в памяти данными. В одном варианте электронный блок выполнен таким образом, что он подает сенсорному элементу возбуждающий сигнал, принимает от сенсорного элемента измерительный сигнал и обрабатывает его, например в отношении параметра процесса. В одном варианте блок управления представляет собой микропроцессор, выполненный таким образом, что он обрабатывает падение напряжения, по меньшей мере, в одной группе, по меньшей мере, части деталей в отношении изменений деталей группы. Сигнал ответа является в этом случае падением напряжения.
В одном варианте предусмотрен, по меньшей мере, один аналого-цифровой преобразователь, который свободен от измерительных задач и посредством которого блок управления принимает сигнал ответа. Если блок управления представляет собой микропроцессор, то в одном варианте аналого-цифровой преобразователь является компонентом микропроцессора. В этом варианте аналого-цифровой преобразователь предназначен специально для тестирования. В одном альтернативном варианте аналого-цифровой преобразователь служит также для собственно измерения параметра процесса.
Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью чертежей, на которых изображают:
фиг.1 - схематично предложенное устройство;
фиг.2 - схематично применение предложенного измерительного прибора в технологической установке.
На фиг.1 схематично изображен емкостный измерительный прибор. Сенсорный элемент 1 представляет собой стержень, на который электронным блоком 2 подается электрическое переменное напряжение в качестве возбуждающего сигнала. Сенсорный элемент 1 и второй зонд (не показан) или стенка (не показана) резервуара образуют вместе со средой в качестве диэлектрика, уровень которой должен быть измерен, конденсатор, емкость которого является мерой уровня среды.
В электронном блоке 2 находится большое количество деталей, свойства которых, например, при изготовлении или их изменение со временем требуется тестировать.
Согласно изобретению детали объединены в отдельные группы 5. Группы 5 относятся к локально соседним деталям или к расположенным на удалении, например на панели или печатной плате, деталям, которые должны быть подходящим образом электрически соединены между собой для формирования групп или, при необходимости, только для фаз тестирования. Группы включают в себя, например, заданные контрольные точки, чувствительные к изменениям большого количества деталей или к деталям, особенно подверженным старению (чей ожидаемый, в среднем, момент отказа, например, меньше, чем заданная периодичность обслуживания), или к функциональным узлам внутри электронного блока, или к комбинациям деталей, которые взаимодействуют между собой так, что изменение свойства одной детали ведет к изменению падения напряжения в этой группе 5 (здесь только в качестве примера сигнала ответа). Группы могут дополняться также другими деталями, которые служат, в частности, для тестирования и позволяют обнаружить изменение одной детали с помощью падения напряжения. Изображены также два выключателя или разъединителя 7, которые для тестирования отделяют друг от друга группы 5 деталей, так что детали тестируются отдельно друг от друга с отключением от необходимых для измерительного режима соединений. Это значит, что в нормальном измерительном режиме эти разъединители или выключатели 7 замкнуты. В одном варианте внутри групп 5 имеются выключатели, которые для тестирования замыкаются.
Особенно подвержены старению, например, электролитические конденсаторы, оптроны, силовые транзисторы или полупроводниковые датчики. В этих группах 5 измеряется падение напряжения, которое через аналого-цифровой преобразователь 4 обрабатывается микропроцессором. В другом варианте аналого-цифровой преобразователь 4 соединен с мультиплексором, так что на этот преобразователь подаются сигналы напряжения отдельных групп. Падения напряжений в отдельных группах 5 подходящим образом обрабатываются затем в микропроцессоре 6, представляющем собой в этом примере блок управления 3, путем их сравнения, например, с заданными значениями или с уже хранящимися в памяти падениями напряжения от предыдущих измерений. Если, например, отклонение больше заданного диапазона допуска, то подается сигнал предупреждения или тревоги. В то же время при известном поведении группы 5 деталей на основе измерений можно определить, когда с высокой вероятностью произойдет отказ внутри деталей группы. Это позволяет также согласовать периодичность обслуживания с конкретным случаем и оптимально задать ее. При этом информация дается всегда только обо всей группе 5.
Реализованный в измерительном приборе способ состоит, таким образом, из следующих этапов. Исходя из деталей электронного блока, они объединяются в группы.
Примерами формирования групп являются: группирование деталей, которые сообща служат соответственно одной общей функции внутри электронного блока; группирование деталей, которые за счет своих свойств или за счет окружающих условий или условий процесса имеют вероятность отказа, лежащую в пределах периода эксплуатации электронного блока; группирование деталей, причем как можно большее количество деталей объединяется таким образом, что изменение каждой детали сказывается на сигнале ответа. Каждой группе для тестирования посылается сигнал запроса и измеряется сигнал ответа. При этом речь идет, например, о падении напряжения в соответствующих группах. Измерение напряжения или сигнала ответа или посылка сигнала запроса происходит преимущественно с деталями, которые свободны от собственно функции электронного блока, которые, следовательно, в случае, когда электронный блок является компонентом измерительного прибора, не используются для измерения как такового. Измеренный сигнал ответа или измеренное падение напряжения обрабатывается затем, например, с помощью микропроцессора.
На фиг.2 показано, в каких системных окружениях может быть реализован предложенный способ или какие блоки управления 3 могут сообщаться с предложенным измерительным прибором. Схематично изображенный измерительный прибор закреплен на резервуаре, а электронный блок 2 находится вне процесса. Электронный блок 2 соединен непосредственно с модулем отображения и управления или через шину данных, например HART, Fielsbus-Foundation, соединен с соответствующим полевой шине блоком управления или через блок связи - с лэптопом в качестве части системы управления. На примере блоков управления 3 проводится тестирование отдельных групп, и, например, соответственно устанавливается периодичность обслуживания. Следовательно, есть возможность того, что блок управления 3 является частью измерительного прибора и на месте проводит тестирование или есть вышестоящий блок, который подключается в случае тестирования, воздействует, например, непосредственно на измерительный прибор или загружает подходящую программу в прибор, чтобы в нем можно было провести тестирование.
Перечень ссылочных позиций
1 - сенсорный элемент
2 - электронный блок
3 - блок управления
4 - аналого-цифровой преобразователь
5 - группа деталей
6 - микропроцессор
7 - разъединитель.