客運(yùn)索道故障診斷專家系統(tǒng)的開發(fā)

摘要： 索道故障診斷專家系統(tǒng)的建立有利于工作人員在最短的時(shí)間內(nèi)根據(jù)故障的表面現(xiàn)象確定其深層原因，從而能夠盡快排除故障。

關(guān)鍵詞： 索道；故障診斷

系統(tǒng)構(gòu)成

整個(gè)系統(tǒng)由實(shí)施故障信息采集的單片機(jī)部分和完成故障診斷的PC上位機(jī)部分組成，兩部分的通信通過(guò)芯片MAX232進(jìn)行。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

在一般索道的電氣系統(tǒng)中，大都按照緊急停車、工作停車、正常停車的分類將引起停車的各類故障進(jìn)行區(qū)分，并通過(guò)發(fā)光二極管顯示。在本系統(tǒng)中，索道停車故障信息就是從這里采集的，在單片機(jī)部分將故障加以編號(hào)，通過(guò)MAX232傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)獲得的故障號(hào)，調(diào)用相應(yīng)的診斷模塊，為操作人員的決策提供依據(jù)。

單片機(jī)設(shè)計(jì)

故障信息采集

在索道正常運(yùn)行時(shí)，原索道電氣系統(tǒng)的LED故障指示燈熄滅，沒有信號(hào)輸出；一旦發(fā)生停車故障，LED指示燈點(diǎn)亮，有信號(hào)輸出。為了得到能夠被單片機(jī)處理的5V信號(hào)，通過(guò)光耦TLP521對(duì)索道電氣系統(tǒng)常用的24V信號(hào)進(jìn)行電壓變換(如圖2)，同時(shí)還能起到信號(hào)隔離的作用，一方面防止外部高壓信號(hào)侵入單片機(jī)系統(tǒng)，另一方面隔斷單片機(jī)系統(tǒng)與原索道系統(tǒng)的電氣連接，保持原系統(tǒng)的獨(dú)立性。圖中二極管D1的作用是防止光耦反壓時(shí)將其擊穿。在該部分電路中，電阻R的選擇非常關(guān)鍵，既要保證PLC有輸出時(shí)LED和D1的可靠打開，又要防止電流太大，縮短器件壽命，因此要合理調(diào)整R值，使導(dǎo)通電流在10~20mA范圍內(nèi)。

圖2 故障信號(hào)的采集

索道的停車故障原因可能會(huì)有上百種，而單片機(jī)端口有限，我們使用芯片8255對(duì)端口進(jìn)行擴(kuò)展(如圖3所示)，保證能對(duì)144種故障信息進(jìn)行識(shí)別。對(duì)故障信息的編號(hào)采用順序編號(hào)的方式，即第1種故障(通過(guò)8255-1端口PA0采集)編號(hào)為1(二進(jìn)制表示為00000001)，第2種故障(通過(guò)8255-1端口PA1采集)編號(hào)為2(二進(jìn)制表示為00000010)，依此類推，第144種故障(通過(guò)8255-6端口PC7采集)編號(hào)為144(二進(jìn)制表示為10010000)。

圖3  單片機(jī)端口的擴(kuò)展

使用AT89C51單片機(jī)，P0口作為故障信號(hào)的采集通道，P2口作為芯片8255的片選信號(hào)，P1口沒有使用，作為系統(tǒng)的擴(kuò)展備用端口，晶振頻率11.0592MHz，保證與PC機(jī)進(jìn)行通信時(shí)波特率計(jì)算的方便。

單片機(jī)與上位PC機(jī)的通信

單片機(jī)使用的是TTL電平，單片機(jī)的串口輸出信號(hào)也是如此，但是串行通信中使用的是PC機(jī)9針串口，該串口遵循RS-232C通信協(xié)議，二者電平并不同，需要外接接口進(jìn)行電平匹配。

采用MAX232芯片進(jìn)行單片機(jī)和PC機(jī)的連接(如圖4所示)。通過(guò)MAX232的TTL和RS-232的輸入/輸出端口，自動(dòng)調(diào)節(jié)單片機(jī)串口的TTL電平信號(hào)和RS-232的串行通信信號(hào)的電平匹配，同時(shí)完成索道停車故障信息向上位機(jī)的傳送。

圖4  89C52與PC機(jī)的電平匹配

單片機(jī)的串行端口有1個(gè)數(shù)據(jù)寄存器SBUF，該寄存器為發(fā)送和接受所共有，在一定條件下，向SBUF寫入數(shù)據(jù)就啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程，讀SBUF就啟動(dòng)接收過(guò)程，本系統(tǒng)中要求單片機(jī)向外發(fā)送數(shù)據(jù)，只需要對(duì)SBUF進(jìn)行寫操作。單片機(jī)可以采用查詢方式或中斷方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用中斷方式，并使串口工作于方式1，即10位異步通信方式，其中1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位(即故障信息代碼)和1個(gè)停止位。波特率由定時(shí)器T1的溢出率和串口控制寄存器SMOD的狀態(tài)確定，由于CPU的晶振為11.0592MHz，波特率可以很方便的取成整數(shù)，這里采用了9600bps。

上位機(jī)設(shè)計(jì)

用visual basic 6.0進(jìn)行串行通信的程序設(shè)計(jì)，較好的辦法是使用通信組件Microsoft Communications Control(以下簡(jiǎn)稱MSComm)。MSComm提供了兩種處理通信問(wèn)題的方法，一是事件驅(qū)動(dòng)方法，一是查詢法。本程序設(shè)計(jì)采用MsComm控件的事件驅(qū)動(dòng)方式。

MSComm控件初始化設(shè)置

在程序啟動(dòng)加載時(shí)，首先要對(duì)MSComm控件初始化設(shè)置。

PC機(jī)讀取串口數(shù)據(jù)

PC機(jī)在檢測(cè)到串行端口有數(shù)據(jù)傳來(lái)時(shí)，則觸發(fā)MyComm控件的OnComm事件，系統(tǒng)讀取到故障代碼后，則顯示相應(yīng)的故障處理解決辦法。

Private Sub MyComm1_OnComm()
 ；讀取串行端口傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并顯示相
     應(yīng)的故障處理解決辦法。
dim Buffer As Variant  ；保存串口讀來(lái)
    的數(shù)據(jù)
dim tmp(0) as byte  ；保存串口讀取
    的二進(jìn)制數(shù)據(jù)
dim errnum as integer  ；將二進(jìn)制數(shù)據(jù)
    轉(zhuǎn)換成故障代碼
If  MScomm1.CommEvent = comEvReceive then
 ；觸發(fā)OnComm事件
Buffer=MSComm1.Input ；讀取串口數(shù)據(jù)
tmp=buffer
errnum=ascb(tmp)  ；轉(zhuǎn)換成故障代碼
 call(fault_manage(errnum)) ；調(diào)用其它模
    塊顯示相應(yīng)的
    故障處理說(shuō)明，
    并將發(fā)生的該
    故障記錄入庫(kù)
end if
end sub

故障處理說(shuō)明顯示和故障記錄

系統(tǒng)從com1串行端口檢測(cè)到故障號(hào)后，顯示相應(yīng)的索道故障處理說(shuō)明，并同時(shí)將發(fā)生的該故障記錄入庫(kù)，以供后面的故障統(tǒng)計(jì)分析之用。在故障診斷顯示界面主要有該故障的故障說(shuō)明、排除方法、電氣圖紙、應(yīng)急處理方法、相關(guān)說(shuō)明(操作手冊(cè)中對(duì)故障點(diǎn)相關(guān)器件的說(shuō)明)、備注信息(故障點(diǎn)的實(shí)物圖片)等相關(guān)內(nèi)容。

圖5 故障診斷界面

故障統(tǒng)計(jì)分析

該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)故障記錄的歷史統(tǒng)計(jì)功能，以供分析某個(gè)時(shí)間段內(nèi)故障發(fā)生的頻率。

*故障類別統(tǒng)計(jì)：主要按照索道正常停車、工作停車、緊急停車等不同類別，分類統(tǒng)計(jì)某一階段各類故障發(fā)生的次數(shù)。
*故障部位統(tǒng)計(jì)：按照故障部位的分類來(lái)統(tǒng)計(jì)某一階段內(nèi)各部位發(fā)生故障的次數(shù)。
*故障類型統(tǒng)計(jì)：根據(jù)故障代碼分類，統(tǒng)計(jì)每種代碼所代表的故障某一階段內(nèi)發(fā)生的次數(shù)。
*故障明細(xì)統(tǒng)計(jì)：按照故障分類，顯示每一類型的故障某一階段發(fā)生的所有明細(xì)記錄。
根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以針對(duì)某些發(fā)生頻率較高的故障進(jìn)行深入的研究，找出相關(guān)的對(duì)應(yīng)措施，減少或避免故障的發(fā)生。

結(jié)語(yǔ)

一個(gè)成熟實(shí)用的索道故障診斷系統(tǒng)將會(huì)為索道運(yùn)行中故障的盡快排除提供極大幫助。它不但可以省去查找可能的故障點(diǎn)、翻閱相關(guān)圖紙、確定排除方法等常規(guī)步驟，而且系統(tǒng)中提供的實(shí)物圖片、操作手冊(cè)中的相關(guān)信息等內(nèi)容會(huì)給工作人員帶來(lái)很大方便。同時(shí)，相關(guān)故障信息的調(diào)用都是通過(guò)程序自動(dòng)進(jìn)行，該過(guò)程幾乎在一瞬間就可完成，從而可以將索道運(yùn)行中的停車時(shí)間縮小到最短。