СПОСОБ И УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПРОВЕРКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
METHOD AND DEVICE FOR AUTOMATED FUNCTIONAL TEST AND FAULT DIAGNOSTICS OF RADIOELECTRONIC EQUIPMENT

Изобретение относится к области технической диагностики, в частности к способам и устройствам контроля работоспособности и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) цифровых, аналоговых, цифроаналоговых электронных модулей РЭА, в частности, радиолокационной станции (РЛС).
До настоящего времени для проверки и регулировки, а также для проведения испытаний (предъявительских, предварительных, приемосдаточных, периодических, квалификационных, типовых) различной РЭА (модули, узлы, ячейки, субблоки, блоки) требуется большое количество стендового (проверочного) оборудования. В большинстве случаев на каждый тип проверяемого модуля необходимо свое индивидуальное стендовое оборудование. В настоящее время наиболее перспективным и экономически выгодным является способ проверки на универсальном автоматизированном стенде, предназначенном для проверки РЭА, на котором можно регулировать различные типы проверяемой РЭА (аналоговые, цифровые, цифроаналоговые с различными питающими напряжениями и входными-выходными сигналами по уровню напряжения). Данное техническое решение позволяет существенно сократить объем стендового оборудования и уменьшить время на проверку и на диагностику модулей.
Имеются различные современные способы диагностики РЭА, которые можно разделить по принципу работы на два типа. Это использование псевдослучайных воздействий с дальнейшим сигнатурным анализом и использование тестовых воздействий с дальнейшей проверкой выходных сигналов РЭА.
Преимуществом сигнатурного анализа является простота аппаратной реализации. К недостаткам данного метода можно отнести невозможность тестирования элементов (различных комплектующих изделий) РЭА. Для проверки этих комплектующих изделий РЭА необходимо вносить изменения в схему, т.е. разрывать определенные цепи и подавать сигналы внутрь схемы, что резко усложняет процесс диагностики и поиска неисправности.
Большое количество РЭА проверяется методом, при котором происходит подача на входы тестовых сигналов с последующей проверкой выходных сигналов. Данный метод отличается высокой достоверностью тестирования РЭА и более простым поиском неисправности различных комплектующих изделий. Однако при этом требуются значительные аппаратные затраты. Тестовые воздействия позволяют проверять практически все возможные типы цифровых, аналоговых и цифроаналоговых элементов РЭА.
При использовании тестовых сигналов для проверки РЭА возможны различные способы построения стендового устройства, например, пульт или устройство с ручной или автоматической подачей тестовых сигналов. Основным недостатком такого способа проверки является возможность проверки на одном устройстве только одного типа проверяемых РЭА.
Другим способом проверки является способ программно-аппаратной проверки, где управляющая персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ), входящая в состав тестового устройства, предназначена для хранения тестовых воздействий, проверочной таблицы и визуализации тестируемой РЭА. Способ с программно-аппаратным тестовым устройством свободен от вышеуказанных недостатков, потому что ПЭВМ управляет работой всего стенда, что позволяет, меняя только программную часть, изменять структуру и параметры тестового устройства.
К этому способу относится известный способ диагностики аппаратуры [1], включающий подачу на входы контролируемой РЭА последовательности комбинаций тестовых электрических сигналов с требуемыми параметрами, дальнейшее измерение параметров электрических сигналов с выходов РЭА и сравнение измеренных параметров с выходов РЭА с сигналами для эталонного состояния РЭА, выявление несовпадений измеренных параметров выходных сигналов с эталонными значениями сигналов на определенных выходах РЭА. Основной недостаток данного способа - большое количество переходных устройств, стендового (проверочного) оборудования, в связи с этим недостаточная достоверность контроля из-за ненадежного контакта объекта контроля, а также из-за ошибок использования переходных устройств при подключении объекта контроля.
Наиболее близким способом автоматизированного контроля работоспособности и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры [2] и устройством, реализующим этот способ, взятыми за прототип, является способ и устройство, основанные на использовании тестовых воздействий на РЭА с дальнейшей проверкой выходных сигналов РЭА. Устройство - прототип содержит объект контроля, сменный адаптер, источники входных тестовых сигналов, измерители параметров сигналов отклика и ЭВМ, на сменном адаптере установлен идентификатор адаптера, а в объект контроля включен идентификатор объекта контроля. Перед началом контроля подают на входы идентификатора сменного адаптера и идентификатора объекта контроля, установленных на сменном адаптере и объекте контроля, соответственно, комбинации опросных сигналов, измеряют идентификационные сигналы и формируют на их основе идентификационные коды, передают сформированные идентификационные коды в электронно-вычислительную машину (ЭВМ), идентифицируют подключенный объект контроля, полученный идентификационный код (с идентификатора сменного адаптера) сравнивают с кодом типа сменного адаптера, подлежащего использованию при контроле данного типа объекта контроля, вырабатывают в ЭВМ сообщение о достоверности используемого адаптера и его пригодности для проведения процесса контроля и диагностики.
Основной недостаток прототипа - необходимость большого количества переходных устройств (сменных адаптеров), стендового (проверочного) оборудования, а также необходимость введения в сменные адаптеры идентификатора, что в целом снижает производительность контроля и диагностики, а также ведет к невозможности использования стандартного ПЭВМ (т.к. не на всех серийных ПЭВМ есть достаточное количество интерфейсов для подключения программно-управляемых источников и измерителей параметров), необходимость дорогостоящих программно-управляемых источников и программно-управляемых измерителей параметров, отсутствие возможности подключения нагрузки для проверки силовых РЭА, отсутствие возможности проводить проверку и диагностику различных модулей с широким диапазоном входных и выходных напряжений.
Основным техническим результатом предлагаемого изобретения является создание способа и устройства, обеспечивающего повышение производительности достоверного контроля РЭА за счет несменяемости стендового оборудования. Дополнительным техническим результатом является возможность автоматизированного, полуавтоматизированного и пошагового контроля широкого круга цифровой, аналоговой и цифроаналоговой РЭА, в том числе и силовой, с возможностью подключения нагрузки, с различными входными-выходными сигналами, при использовании недорогих ПЭВМ, источников питания и устройств контроля.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемых способе и устройстве автоматизированной проверки работоспособности и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры объект проверки (контроля) с идентификационным кодом подключают непосредственно к стендовому устройству, состоящему из коммутатора сигналов, усилителя сигналов, шифратора-дешифратора входных-выходных сигналов, индикаторов и гнезд контроля, обмен при этом с ПЭВМ происходит по стандартному каналу обмена, например, стандарта RS232, или Ethernet, или USB, причем входное питающее напряжение подают с внутреннего источника питания стендового устройства, а при необходимости подают с любого стандартного внешнего источника питания, при проверке под большими токами проверяемого объекта контроля РЭА к стендовому устройству, либо к проверяемой РЭА подключают нагрузочное устройство, а при отсутствии возможности автоматизированной проверки выходных сигналов проверяемой РЭА применяют стандартные устройства контроля, подключаемые к стендовому устройству, при отсутствии возможности сформировать необходимый входной сигнал проверяемой РЭА стендовым устройством, данный сигнал формируют с помощью стандартных внешних источников или генераторов, подключаемых к стендовому устройству.
Сущность предлагаемого устройства, реализующего способ автоматизированной проверки работоспособности и диагностики неисправностей РЭА, показана на чертеже, где приняты следующие обозначения:
1 - ПЭВМ;
2 - стендовое устройство;
3 - шифратор-дешифратор входных-выходных сигналов;
4 - усилитель входных сигналов;
5 - коммутатор;
6 - нагрузочное устройство;
7 - панель с индикаторами и контрольными гнездами;
8 - переходной жгут;
9 - проверяемая РЭА;
10 - идентификационный код.
Предлагаемое устройство автоматизированной проверки и диагностики содержит ПЭВМ 1, вход-выход которого соединен с шифратором-дешифратором входных-выходных сигналов 3, входящим в стендовое устройство 2 по стандартному каналу обмена, например, стандарта RS232, или Ethernet, или USB, выход которого соединен с усилителем входных сигналов 4, а вход соединен с первым выходом коммутатора 5, усилитель входных сигналов 4 имеет возможность подключения питания по второму входу от внешнего источника питания и подключения внешнего источника сигнала по третьему входу для подачи нетиповых входных сигналов на проверяемую РЭА 9, а выход его подключен к коммутатору 5, второй выход которого соединен с панелью с индикаторами и контрольными гнездами 7, а первый вход-выход - с проверяемой РЭА 9, причем коммутатор 5 может при необходимости соединяться с проверяемой РЭА 9 по первому входу-выходу через переходной жгут 8, а также через второй вход-выход с нагрузочным устройством 6, которое через второй вход-выход может соединяться с проверяемой РЭА 9, при этом к индикаторам и контрольным гнездам 7 имеется возможность подключения устройств контроля. Проверяемая РЭА 9 имеет идентификационный код 10.
Проверка РЭА 9 проводится следующим образом.
В память ПЭВМ 1 предварительно заносятся идентификационные коды 10 всех проверяемых РЭА 9 в организации (предприятии) для стендового устройства 2 и предварительно заносят программы проверки всех РЭА 9, т.е. последовательность, время, форму выходных и входных сигналов проверяемой РЭА 9 в соответствии с их техническими условиями (ТУ).
В начале автоматизированной проверки и диагностики неисправностей цифровых, аналоговых, цифроаналоговых проверяемых РЭА 9 в ПЭВМ 1 выбирают тип проверяемой РЭА 9, с соответствующим идентификационным кодом проверяемой РЭА 9. В стендовое устройство 2 устанавливают проверяемую РЭА 9, или, при необходимости, когда типы сочленяемых разъемов стендового устройства 2 и проверяемой РЭА 9 отличаются, применяют переходной жгут 8 для связи проверяемой РЭА 9 со стендовым устройством 2. Для обеспечения контроля проверяемой РЭА 9 и надежности подключения проверяемой РЭА 9 к стендовому устройству 2 ПЭВМ 1 формирует задание стендовому устройству 2, а именно шифратору-дешифратору входных-выходных сигналов 3 по стандартному каналу обмена RS232, или Ethernet, или USB, который производит дешифрование сигналов, далее через заданное усиление (предварительно занесено в ПЭВМ 1 для каждого типа проверяемой РЭА 9) на усилителе входных сигналов 4 и далее через коммутатор 5, обеспечивающий соединение с проверяемой РЭА 9 (соединение выходов усилителя входных сигналов 4 с соответствующими входами проверяемой РЭА 9 и соединение соответствующих выходов проверяемой РЭА 9 с шифратором-дешифратором входных-выходных сигналов 3, данная коммутация предварительно занесена в ПЭВМ 1 для каждого типа проверяемой РЭА 9). Сформированные тестовые сигналы подаются на проверяемую РЭА 9, на полученные входные сигналы проверяемая РЭА отвечает и передает в стендовое устройство 2, а именно через коммутатор 5, далее через шифратор-дешифратор входных-выходных сигналов 3 происходит соответствующее шифрование и передача по стандартному каналу обратно в ПЭВМ 1, и при совпадении в ПЭВМ 1 идентификационного кода 10 проверяемой РЭА 9 с заложенной в ПЭВМ 1 информацией вырабатывается сообщение о надежности подключения проверяемой РЭА 9 к стендовому устройству 2.
При положительных результатах проверки правильности и надежности подключения проверяемой РЭА 9 к стендовому устройству 2 система готова к процедуре контроля и гарантирует достоверность подключенной проверяемой РЭА 9. Далее по заложенной программе в ПЭВМ 1 проходит автоматизированная проверка РЭА 9 следующим образом. Стендовое устройство 2 с помощью ПЭВМ 1, по заложенной в соответствии с ТУ на проверяемую РЭА 9 программу, формирует входные тестовые сигналы на проверяемую РЭА 9 и передает в ПЭВМ 1 выходные сигналы, которые в ПЭВМ 1 сравнивают с эталонными на данную проверяемую РЭА 9. Сравнение измеренных значений параметров проверяемой РЭА 9 с эталонными значениями, заложенными в ПЭВМ 1, происходит пошагово по программе в заданной последовательности в соответствии с ТУ на проверяемую РЭА 9, причем алгоритм, заложенный в ПЭВМ 1, выполнен в виде пошаговой таблицы, где в каждом шаге заложена информация о параметрах входных сигналах РЭА 9 и их количестве, необходимом для проверки в каждый момент времени, о данных для стендового устройства необходимых для формирования входных сигналов РЭА 9 и о параметрах принимаемых входных сигналов РЭА 9. При положительном результате сравнения заложенной информации в ПЭВМ 1 выходов проверяемой РЭА 9 и реально-полученных выходных сигналов РЭА 9 на каждом шаге проверяемый модуль РЭА 9 засчитывается как исправный.
Формирование входных тестовых сигналов для проверяемой РЭА 9 происходит следующим образом. ПЭВМ 1 формирует задание стендовому устройству 2, а именно шифратору-дешифратору входных-выходных сигналов 3 по стандартному каналу обмена RS232, или Ethernet, или USB, который производит дешифрование сигналов и формирование необходимой формы и длительности сигналов для основного количества типов проверяемых РЭА 9, далее сигналы поступают на усилитель входных сигналов 4, где происходит необходимое усиление по амплитуде и мощности сигналов в соответствии с требуемыми по ТУ на проверяемую РЭА 9, заложенными в ПЭВМ 1 (в предлагаемом способе присутствует возможность сформировать необходимый тестовый сигнал от источника внешнего сигнала сразу на усилитель входных сигналов 4). Основные источники питания для усилителя входят в состав стендового оборудования 2 (не показаны на схеме), а при необходимости большего усиления по напряжению или мощности может использоваться внешний стандартный источник питания. Далее коммутатор 5 обеспечивает подачу сформированных тестовых входных сигналов на соответствующие контакты проверяемой РЭА 9, причем при необходимости визуального контроля входных тестовых сигналов предусмотрена возможность их вывода с помощью коммутатора 5 на панель с индикаторами и контрольными гнездами 7 для подключения внешних стандартных устройств контроля, а в случае, когда проверяемая РЭА 9 выполнена в нетиповом конструктиве, подача сформированных тестовых входных сигналов обеспечивается с помощью переходного жгута 8.
Прием выходных сигналов с проверяемой РЭА 9 происходит следующим образом. На коммутатор 5 стендового устройства 2 с проверяемой РЭА 9 поступают контролируемые выходные сигналы, а в случае, когда проверяемая РЭА 9 выполнена в нетиповом конструктиве, подача контролируемых выходных сигналов обеспечивается с помощью переходного жгута 8, далее коммутатор 5 обеспечивает прием контролируемых выходных сигналов на соответствующие контакты шифратора-дешифратора входных-выходных сигналов 3 и на индикаторы и контрольные гнезда, где при необходимости в соответствии с ТУ на проверяемую РЭА 9 производится визуальный контроль выходных сигналов с помощью стандартных устройств контроля, в шифраторе-дешифраторе входных-выходных сигналов 3 происходит шифрование (перевод в цифровую форму сигналов и упаковка в типовой канал стандарта RS232, или Ethernet, или USB) выходных сигналов, которые передаются ПЭВМ 1, где происходит сравнение значений выходных сигналов проверяемой РЭА 9 с эталонными значениями. Процедура формирования и приема сигналов проверяемой РЭА 9 производится автоматически пошагово, где количество проверок заложено в ПЭВМ 1 в соответствии с ТУ на РЭА 9. При несовпадении значений проверяемой РЭА 9 с эталонными с учетом допустимых отклонений в соответствии с ТУ на проверяемый РЭА 9, заложенными в ПЭВМ 1, проверяемая РЭА 9 считается неисправной, при этом в ПЭВМ 1 включается диагностический режим проверки РЭА 9 и проводится диагностика неисправностей. Диагностика неисправностей РЭА может проводиться как в автоматическом, так и в полуавтоматическом или ручном режиме проверки. Диагностика основана на формировании необходимых входных тестовых сигналов на определенные контакты в определенной последовательности с необходимыми параметрами сигналов проверяемой РЭА 9 по заложенной программе в ПЭВМ 1 и проверке выходных сигналов проверяемой РЭА 9 по всем промежуточным точкам в самой РЭА по заложенной в ПЭВМ 1 инструкции проверки РЭА 9. Полученные значения сигналов проверки в промежуточных точках и выходных сигналов РЭА сравниваются с эталонными сигналами, заложенными в ПЭВМ 1, и при их несоответствии ПЭВМ1 определяет неисправный элемент в проверяемой РЭА 1. Процесс повторяется необходимое количество раз, в соответствии с заложенной в ПЭВМ 1 программе диагностики до полного определения всех неисправных элементов в проверяемой РЭА 9.
Стендовое устройство 2 конструктивно объединяет шифратор-дешифратор входных-выходных сигналов 3, который может быть выполнен на основе любых микросхем (микроконтроллеры, микропроцессоры, аналогово-цифровые преобразователи, цифроаналоговые преобразователи, буферы, регистры, делители, дешифраторы, операционные усилители, фильтры и т.д.) известных на сегодняшний день и обеспечивающих необходимое быстродействие, усилитель входных сигналов 4, который может быть выполнен на основе любых микросхем и транзисторов, известных на сегодняшний день и обеспечивающих необходимое быстродействие и усиление по току и напряжению подаваемых сигналов, коммутатор 5, который может быть выполнен на основе любых реле, оптореле и транзисторов, представляющий собой матрицу из коммутируемых элементов, обеспечивающих двунаправленное прохождение сигналов с минимальными искажениями, панель с индикаторами и контрольными гнездами 7, которые могут быть выполнены на основе любых светодиодов и гнезд, контрольных разъемов, известных на сегодняшний день, необходимых разъемов (не показаны) и необходимых основных источников питания (не показаны). В качестве ПЭВМ 1 могут быть использованы любые стандартные ПЭВМ, имеющие интерфейс стандарта RS232, или Ethernet, или USB, и установленным программным обеспечением, выполняющие проверку РЭА 9 в необходимой последовательности в соответствии с ТУ на проверяемые РЭА 9, с заложенными в память идентификационными кодами 10 всех проверяемых РЭА 9, с заложенными в память контрольно-диагностическими тестами, программами.
При необходимости применения переходного жгута 8, он может быть выполнен на основе любых разъемов, соединенных проводами, обеспечивающих соединение стендового устройства 2 с проверяемой РЭА 9.
При необходимости применения нагрузочного устройства 6, оно может быть выполнено на основе резисторов, дросселей, конденсаторов или активного нагрузочного устройства, обеспечивающего необходимую нагрузку на проверяемую РЭА 9.
В настоящее время предлагаемое устройство, основанное на предлагаемом способе автоматизированной проверки работоспособности и диагностики неисправностей цифровых, аналоговых, цифроаналоговых радиоэлектронных модулей с входными-выходными сигналами до 100 В постоянного тока и до 100 В переменного тока частотой до 100 кГц, с количеством входных сигналов до 80 и с количеством выходных сигналов до 80, имеющее возможность подключения нагрузки для проверки силовых РЭА, применяется в организации и в соответствии с ГОСТ [3] является стендом для собственных нужд организации.
Таким образом, за счет того, что в известных способе и устройстве, указанных в прототипе, основанных на использовании тестовых воздействий с дальнейшей проверкой выходных сигналов проверяемой РЭА с помощью ПЭВМ и предварительным контролем качества подключения проверяемой РЭА по идентификационному коду, вместо комплекта программно-управляемых источников входных тестовых сигналов, комплекта измерителей параметров сигнала отклика, сменного адаптера с установленным в него идентификатором адаптера, в предлагаемом изобретении используется стендовое устройство, обеспечивающее усиление, коммутацию, шифрацию-дешифрацию входных и выходных сигналов проверяемой РЭА, причем в память ПЭВМ предварительно заносят команды управления стендовым устройством, идентификационные коды и программы контроля всех проверяемых РЭА с введенными в них идентификационными кодами, появилась возможность увеличить производительность достоверного контроля РЭА за счет отсутствия необходимости менять стендовое оборудование. Кроме того, появилась возможность применения дешевых серийных устройств контроля и источников питания, возможность проводить автоматизированную, полуавтоматизированную и пошаговую проверку различных типов РЭА, в том числе и силовой, с различными входными-выходными сигналами, возможность применения стандартных серийных ПЭВМ, не требующих специализированных интерфейсов.
Источники информации
1. «Способ диагностики аппаратуры» - патент РФ №2265236, МПК G05B 23/02, Н02В 17/00, опубл. 27.11.2005, бюл. №33.
2. «Способ Автоматизированного контроля работоспособности и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры» - патент РФ №2488872 С1, МПК G05B 23/02, Н02 В 17/00, опубл. 27.07.2013, бюл. №21 (прототип).
3. ГОСТ Р 52154-2003. Аппаратура радиоэлектронная контрольно-измерительная технологическая. Общие технические условия.