CODOG监控系统电路板自动测试技术研究

肖新斌 刘永葆 高建华

1中国人民解放军91458部队修船处，海南三亚572000 2华中科技大学 能源与动力学院，湖北 武汉430074 3海军工程大学 船舶与动力学院，湖北 武汉430033

CODOG监控系统电路板自动测试技术研究

肖新斌1刘永葆2，3高建华3

1中国人民解放军91458部队修船处，海南三亚572000 2华中科技大学 能源与动力学院，湖北 武汉430074 3海军工程大学 船舶与动力学院，湖北 武汉430033

电路板自动测试技术对于舰用动力装置监控系统的故障检测与维修至关重要。以CODOG动力装置监控系统使用广泛、故障率较高的电路板RA1－01继电器输出板为例，选取BDS—9210柜式VXI自动测试设备作为测试平台，介绍RA1－01的测试程序集（TPS）的开发过程。测试结果表明：TPS故障检测率为95%，故障隔离率为80%（模糊度为4）。

联合动力装置；自动化监控系统；继电器；电路板自动测试；测试程序集；舰船技术保障

1 引言

近年来，柴燃联合动力装置（CODOG）由于其起动快、备航时间短、机动性好等优点，在各类海军舰船上使用越来越广泛［1－2］。这类动力装置广泛使用基于多电路板系统的监控系统［3］，其功能先进、自动化程度高，给舰员的操作带来了极大的方便。然而，随着监控系统自动化程度的不断提高，其设备、功能却日趋复杂化，一旦系统发生故障，传统的诊断测试方法需要花费大量时间，不能满足现代舰船动力监控系统战术技术性能的需要。

现代电路板自动测试系统，能够满足测试过程高度自动化，能适应复杂的电子系统，不要求维修人员具有复杂的专门知识，具有故障测试速度快、准确率高的特点［4－7］。通过选取相应的系统测试平台（ATE）等设备，由相关领域专家开发专用测试程序集，即可把少数专家的复杂劳动转变为多数人的简单操作，从而使复杂电子系统的故障诊断与维修变得简单易行。因此自动测试技术已成为保持、恢复、提高现代武器装备战斗力和综合测试保障能力的“高效率武器”，越来越受到世界各军事强国的高度重视并得到了迅猛的发展［8，9］。

目前，舰船动力装置监控系统电路板自动测试与故障分析是当前发达国家舰船技术保障的重要组成部分。国内也已开始这方面的研究和应用工作。对于舰用柴燃动力装置监控系统而言，在系统分析其组成和工作原理的基础上，选取合适的系统测试平台，然后对监控系统各电路板进行TPS的开发。这些不仅是解决修理问题的重要手段，而且已经成为装备技术保障的必然趋势，这一技术实施的好坏，直接影响舰船的机动性和快速出动能力，具有很大的军事应用价值。

2 TPS开发硬件平台

优良的系统测试平台不仅能够快速、准确地实现故障检测和故障诊断定位，具有比较完善的自动测试功能，还应具有对各种电路板良好的兼容性。鉴于此，在研究工作中选取了BDS—9210柜式VXI自动测试设备作为电路板的测试平台。该测试平台是基于VXI总线标准，辅以GPIB仪器集成的开放式、模块化的通用自动测试系统［9］，其系统组成结构框图如图1所示。

图1 BDS－9210柜式系统测试平台系统的组成结构框图

该系统具备40 M以下数字、模拟及数／模混合电路板的自动检测能力，并可将故障诊断定位到元器件。软件方面，系统配置了测试生成和实板仿真软件，能让用户独立完成被测电路板／模块的TPS开发，其测试软件还具有接受其他测试软件（如LASAR）生成的测试数据的接口。除此之外，该系统具有接受和显示EDA软件产生的布局／电路图的能力，以及比较完善的自测试、自校准功能，可将故障定位到具体模块。

3 监控系统电路板TPS开发

柴燃联合动力装置监控系统可以连续监测动力装置运行过程的各项运行参数，同时还可控制声光报警和参数状态显示。这里仅以CODOG动力装置监控系统使用广泛、故障率较高的电路板RA1－01继电器输出板为例，介绍测试程序集的全部开发流程。

3.1 RA1－01继电器输出板原理分析

测试电路板原理分析是电路板测试方案设计和测试程序设计的基础工作。RA1－01继电器输出板的主要功能是通过接收CPU的信息，经过外设接口适配器、驱动电路，控制继电器通断以驱动电磁阀、启动器及功率继电器等大电流负载。RA1－01继电器输出板原理框图如图2所示。

图2 继电器输出板方框图

3.2 UUT适配板设计

接口测试适配器（ITA）是提供UUT和ID之间信号、电源连接与调节的装置。其连接盒为352针连接盒，编号为TB－001。UUT适配板名称为CF96T型插座适配板－1，ID号 0000000000001111。该UUT适配板完成UUT和ITA连接盒之间30路TTL电平数字信号和2组电源的连接，对电源的工作状态用发光二极管显示。为UUT适配板的ID验证和自测试提供硬件结构上的支持。UUT适配板的原理结构和连接框图如图3所示。

图3 UUT适配板原理结构及连接框图

1）电源滤波显示电路

程控电源经过UUT适配板滤波，为UUT提供1组＋5V电源和1组＋24V电源。

2）ID编码移位电路

UUT编码移位电路占用系统2路数字I／O资源，“CLK”第188路数字I／O相连，“ID”第186路数字I／O相连。S1、S2为拨位开关，可以实现UUT适配板标识编码的设定；U7、U8为移位寄存器，E4与R3、R4、U6组成上电置数电路，可在UUT适配板上电时将其标识编码置入U7、U8内部寄存器中；U7、U8可以在时钟“CLK”的控制下串行地将标识编码“ID”提供给系统。

3）UUT适配板自测试电路

U1、U2为利用54LS244组成的多路数字开关，开关通断的控制端“EN”与第187路数字I／O相连。UUT适配板自检时，“EN”端控制数字开关闭合，UUT适配板上的数字I／O通道两两实现相连进行自测试；自检结束后，“EN”端控制断开数字开关，使数字开关输入输出线呈现高阻态。

3.3 测试程序集的设计

为提高TPS的通用性、可靠性，软件设计采用模块化、标准化设计，采用面向测试的智能化自动测试系统决策平台。测试程序TP主要包括：测试主程序，UUT信息描述，检测程序，故障诊断程序，故障辞典，探测引导程序。测试主程序通过调用UUT的TPS测试程序来实现UUT的检测和故障诊断，并显示测试诊断结果，生成测试诊断报告。

UUT描述模块为输入模块，用于输入UUT的物理信息、测试诊断要求规范、元器件布局图、边沿连接器与测试接口的连接关系等有关测试诊断信息。

故障诊断程序用于UUT上故障的隔离定位，与故障辞典和探笔引导程序相结合，采用了探笔引导的故障定位技术和故障辞典交叉技术。由于是对整板或设备编程测试的，可以达到很高的故障覆盖率，能够将故障隔离到UUT器件级。其中，故障隔离测试流程图如图4所示。

图4 故障隔离测试流程图

3.4 测试结果

在测试程序和ID设备设计成功后，把待测试电路板通过ID设备与ATE连接，对电路板进行了测试。本研究工作所开发的TPS顺利地通过了验收。验收测试结果：TPS故障检测率为95%，故障隔离率为80%（模糊度为4），具体见表1所示。

表1 TPS单板测试结果

4 结束语

电路板自动测试系统已广泛应用于国外海军电子装备的技术保障，例如：美国海军的“联合支援系统（CASS）”就采用了ATE和TPS进行电路板的故障诊断。电路板自动测试系统作为一种有效的保障手段，能够在最少依赖操作人员干预的情况下，通过自动测试设备及运行测试软件，对诸多复杂测试仪器进行测试，自动完成对被测电路板的功能行为或特性参数的分析、性能状态评估，并实现故障检测与定位的诊断测试。这一技术在舰载电子装备维修中有着事半功倍的作用，特别是对高科技含量大的新型电子装备和设备的维修，具有不可或缺的作用。

本文介绍的某柴燃联合动力装置监控系统电路板TPS及其硬件平台VXI总线标准的自动测试系统，集多种诊断思想于一身，在通用化、自动化、标准化等方面积极探索，已成功地应用于某海军装备的检测诊断，为提高现代高新技术条件下局部战争的快速抢修、应急修理和机动保障能力，尽快恢复、持久保持电子武器装备的综合战斗力，提供了一定的研究思路和发展途径。

［1］ 李淑英，李杨，孙聿峰.柴—燃联合动力装置（CODAG）的实验研究［J］.燃气轮机技术，2007，20（1）：58－62.

［2］ 张仁兴，贺星，刘永葆，等.舰船柴燃联合推进系统的可靠性分析［J］.船舶工程，2006，28（6）：18－20.

［3］ 刘九七.一种新的舰船燃气轮机状态监测系统［J］.燃气轮机技术，2005，18（2）：27－30.

［4］ 王成刚，周晓东，阎松涛，等.电路板TPS验证与评估方法研究［J］.中国测试技术，2007，33（1）：34－36.

［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］ 郭联群，王惠霞，柴慧芹.电路板故障诊断系统原理及应用［J］.舰船科学技术，2006，28（Z1）：27－31.

［7］ 彭顺堂，耿向卫，倪发军，等.基于PXI总线的某装备自动测试系统［J］.四川兵工学报，2008，29（5）：6－7.

［8］ 孙少军.基于PSPICE 9的舰船装备电路板TPS验证评估［J］.国外电子测量技术，2008，27（7）：15－18，24.

［9］ 田仲，石君友.系统测试性设计分析与验证［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003.

Automatic Testing Technique for PCB of CODOG Monitoring and Control System

Xiao Xin－bin1Liu Yong－bao1，2Gao Jian－hua2
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

国防预研基金资助（40101020103）

肖新斌（1973-），男，工程师，硕士，研究方向：舰船动力装置状态评估与维修决策。E-mail：conjewa@163.com

刘永葆（1967-），男，副教授，博士，研究方向：舰船燃气动力装置状态监测与故障诊断