基于TestStand的分機自動故障診斷系統*

毛秀麗，何洋炎，李偉

(中國電子科技集團公司 第51研究所，上海 201802)

0 引言

在實際工作中，裝備的維修保障人員必須經過系統的培訓和學習，熟悉和了解裝備里每一個分機的工作原理、性能指標、工作方式，才有可能對分機進行故障診斷，把分機的故障準確地定位到某一個板卡上，完成維修和保障工作。對于那些已生產多年的裝備，維修人員不斷地變化和更替，這種培訓和學習的工作量會更大，一定程度上造成人力和物力的浪費。

針對這些問題，本文利用基于TestStand提供的強大功能和接口，為每個分機開發出一套自動故障診斷系統，根據系統界面的提示指導對分機進行故障診斷，界面簡單明了，不需要去了解分機的各項性能指標、工作方式等等信息，也不需要了解裝備方面的專業知識就可以完成，分機故障診斷達到自動化和智能化水平，工作效能也得到極大的提高[1-4]。

1 自動故障診斷系統的方案設計

分機自動故障診斷系統是建立在一系列硬件平臺基礎上的，最后通過編程對這些硬件進行控制，下面分別從硬件和軟件2個方面來說明。

1.1 自動故障診斷系統的硬件設計方案

自動故障診斷系統的硬件組成統稱為自動測試平臺，它包括三大部分：程控電源，主要是為分機的測試加電；數字I/O(輸入/輸出)，為分機測試提供必要的控制信號；計算機，是主要的操控平臺。如圖1所示，除了自動測試平臺外，自動故障診斷系統根據不同分機的工作特點，還可能需要信號源、頻譜儀、示波器等儀器設備。

圖1 自動故障診斷系統的硬件組成框圖Fig. 1 Hardware diagram of auto failure diagnosis system

從圖1的硬件組成框圖中，可以看出，由于自動故障診斷系統提供了分機正常所需的各種硬件配置和工作條件，比如供電、控制信號等，這樣使得分機在檢測時可以獨立于裝備之外進行測檢，避免了裝備里面如果存在其他分機有故障時，分機的故障診斷不能進行或者診斷故障出錯的發生。

1.2 自動故障診斷系統的軟件設計方案

自動故障診斷系統是基于TestStand軟件開發的，它提供了良好的開發界面和多擴展的API接口。在TestStand 中對一個分機的多項指標來測試，每一項指標的測試放在一個程序序列中，最后組成一個分機的測試序列集，運行這個測試序列集就可以完成對分機的故障診斷。通常在一個分機自動故障診斷系統中，主要包括電源控制模塊、儀器控制模塊、數字I/O控制模塊、分機性能測試模塊、故障診斷模塊5個部分，組成如圖2所示。

圖2 自動故障診斷系統的軟件組成圖Fig. 2 Software diagram of auto failure diagnosis system

(1) 電源控制模塊

有些分機在故障檢測時，要加電才能正常工作，所以在軟件中專門一個模塊來編程來完成對分機的加電，提供分機所需的工作電流和電壓。

(2) 儀器控制模塊

分機在故障檢測時，需要注入信號來模擬分機工作時狀態，同時通過頻譜儀或示波器來監視輸出口的信息參數，最后把這些參數讀回到軟件系統中。

(3) 數字I/O控制模塊

提供分機檢測時所需要的控制信號。

(4) 分機性能測試模塊

依據分機的工作原理，對分機的性能指標進行測試。

(5) 故障診斷流程模塊

依據分機性能測試結果，對比原來正常的工作性能指標，來判斷分析故障點出在哪個地方。

2 分機自動故障診斷系統的實現過程

2.1 TestStand功能簡介

TestStand是美國國家儀器公司開發的軟件平臺，是可立即執行的測試執行管理軟件、用于組織、控制和執行自動化原型設計、驗證和制造測試系統，它的功能完全由用戶定義。

TestStand 架構的中心組件是一個執行引擎，它提供一個開放API接口以方便與其他應用的通信，序列編輯器和操作者界面利用API訪問 TestStand引擎。此外，共有3種用于定義開發環境、運行環境和執行環境的特性的重要文件類型。分別是3種不同的用戶操作界面，分機故障診斷系統主要是在TestStand開發環境中通過編程完成的，主要供給是開發人員使用的，當序列程序開發完成后，在執行環境中提供給分機維護保障人員使用[5-6]。

2.2 自動故障診斷系統工作流程

分機自動故障診斷系統開發之前，必須知道分機的性能指標、而且對其指標的測試過程和故障診斷步驟有一個詳細的了解。要知道一個分機是否工作正常，首先要檢測分機的各項性能指標是滿足正常指標要求，因此自動故障診斷系統首先是要檢測分機的性能指標參數，然后跟正常指標匹配，一般分機設計時，每一個指標參數可能對應著一個獨立的設計單元或者是板卡，對照出現的錯誤參數，就可以定位到哪個卡板出現故障。

一個分機的故障診斷的大致流程圖如圖3。在實際工作過程中，可能有更復雜的故障判斷流程，但總是設計思路都是依據下面的形式來展開進行的。

圖3 自動故障診斷系統的工作流程圖Fig. 3 Workflow diagram of auto failure diagnosis system

2.3 分機自動故障診斷系統執行環境(操作界面)

當一個分機的自動故障診斷系統開發完成后，交由維護保障人員使用時，他們是在TestStand提供的執行環境中來操作完成，只需點擊圖4所示幾個按鈕就可以完成分機的故障診斷。

圖4 維護保障人員操作界面Fig.4 Maintainer's operation interface

步驟一：輸入測試信息，主要是輸入分機的代碼編號，在這程序開發中是事先設置好的。

步驟二：連接被測設備，指系統硬件平臺的連接，一般有詳細的連接示意圖。

步驟三：選擇要測試的項目，以某一分機需要測試的項目為例，點擊后界面如圖5所示，根據需要選擇需要測試的項目。

步驟四：測試運行，點擊就開始運行。

上面的4個步驟就是一個分機的故障診斷操作的全過程，界面清晰,操作簡單易學。

2.4 分機自動故障診斷系統的執行結果

在上面圖5中選擇主通道增益測試時，點擊步驟四運行結果如表1和圖6所示。

圖5 測試項目選擇界面Fig. 5 Selection interface for test items

表1 主通道增益測試報告Table 1 Test report of main channel's gaining

被測設備載機/載車編號名稱xx分機BM號版本1序列號xxxxxxxxxxxxx操作員admin測試時間2012-7-11 19∶43∶33測試項目主通道增益測試 測試結論不合格序號輸出功率/dBm值范圍頻率誤差/MHz值范圍1-34.83[-20.00, 20.00]0[0.00, 5.00]2-23.67[-20.00, 20.00]0[0.00, 5.00]3-24.50[-20.00, 20.00]0[0.00, 5.00]4-26.33[-20.00, 20.00]1.05[0.00, 5.00]

在表1中可以直觀地看到分機的性能指標是否合格、分機名稱、版本號、操作時間、操作員等等信息，當測試項有不合格時，進行故障診斷程序后，會顯示如圖6所示的故障診斷結果對話框，從圖中可以很直觀地看到分機故障所在的板卡。

圖6 故障結果顯示對話框Fig. 6 Failure result display& dialog box

3 自動故障診斷系統的關鍵技術

(1) 測試序列的優化

為了完成分機的自動故障診斷，必須要進行分機性能指標的測試，滿足分機性能指標的測試點有很多，但并不是點越多越好。隨著測試點的增多，計算量會呈幾何級數的增長，勢必會影響故障診斷的速度，也浪費了一定的資源。另一方面，測試時不同測試點的順序不一樣，分機不同的性能指標測試的順序不一樣，都會影響系統的診斷速度。所以在系統設計中，為了使測試時間最短、測試費用最低、故障虛警率最小，必須明確有哪些測試點、哪些測試應優先運行，哪些測試后執行，這就是測試序列的優化過程。

測試序列的優化，依據平均故障診斷時間和故障虛警率作為測試序列尋優的依據。尋求最優化的過程，可描述成通過合理安排測試順序，使決策樹所對應的平均故障診斷間時和故障虛警率最小的優化問題。在此系統中，主要通過動態規劃法來完成。

模型在檢測故障過程中,設備選測試集為T ={t1,t2,… ,tn},tj(j=1,2,…,n)為測試點 ,每次檢測所需的時間為cj。所需檢測的故障集為F ={f1,f2,… ,fm},fi(i=1 ,2 ,… ,m)為故障點。各個測試相互獨立 ,且每個測試只有“正?！?、“異?！?種情況。為了選取最優測試序列，需要依次作出n個決策D1，D2，…，Dn，如若這個決策序列是最優的，對于任何一個整數k(1 < k < n)，不論前面k個決策是怎樣的，以后的最優決策只取決于由前面決策所確定的當前狀態，即以后的決策Dk+1，Dk+2，…，Dn也是最優的。在實際工程中，運用此動態規劃算法對測試序列進行優化，極大地提高了故障診斷的效率。

(2) 對設備及儀器的控制調用

如何借助硬件平臺的一些設備，完成分機的自動故障診斷，很明顯，系統的關鍵技術就是如何去驅動這些設備并去控制它們，提供分機診斷時的所需要的電壓、信號形式、控制信號,并能準確知道分機輸出口的信號參數。

在TestStand中有專門的控件和動態鏈接數據庫來完成對這些設備的操作，主要是通過編寫Action控件來完成，不同的設備通過調用它們不同的動態鏈接庫來完成對它們底層的驅動。如圖7所示，在程序編輯窗口調用Action控件語句，在動態鏈接庫窗口設置設備的屬性參數。通過調用開ViOpen()完成對設備的初始化，初始化完成通過ViOpen()或者ViWrite()對設備進行讀寫操作，最后是通過ViClose()函數來關閉設備，并釋放設備占用的內存空間[7-8]。

圖7 程序編寫界面Fig.7 Program interface

4 結束語

充分利用TestStand的自動測試功能和對測試序列的管理，極大地提高了裝備維修人員的工作效率。從上面的整個過程中也可以看到，通過這個分機故障診斷系統，維修人員不必要去了解分機的使用說明、性能指標、工作方式等等內容。僅根據簡單的界面提示進行操作，就可以準確迅速判斷地故障所在的位置，分機故障的診斷過程也變得很簡單容易。特別是維修中用到的各種復雜儀器也不用自己手動控制，或者熟練使用，整個過程甚至不需要具備很多的專業知識即可以完成。大大提高了工作效率和簡化了工作過程，給裝備的后期維護保障提供了方便有利的手段。同時，在裝備分機的研發、生產過程中，也可以利用它們來完成對分機的各項性能指標的檢測?？梢哉f，在裝備的整個生命周期內，此應用都能起到事半功倍的效果[9-12]。

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