客运索道故障诊断专家系统的开发

摘要： 索道故障诊断专家系统的建立有利于工作人员在最短的时间内根据故障的表面现象确定其深层原因，从而能够尽快排除故障。

关键词： 索道；故障诊断

系统构成

整个系统由实施故障信息采集的单片机部分和完成故障诊断的PC上位机部分组成，两部分的通信通过芯片MAX232进行。系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

在一般索道的电气系统中，大都按照紧急停车、工作停车、正常停车的分类将引起停车的各类故障进行区分，并通过发光二极管显示。在本系统中，索道停车故障信息就是从这里采集的，在单片机部分将故障加以编号，通过MAX232传输给上位机，上位机根据获得的故障号，调用相应的诊断模块，为操作人员的决策提供依据。

单片机设计

故障信息采集

在索道正常运行时，原索道电气系统的LED故障指示灯熄灭，没有信号输出；一旦发生停车故障，LED指示灯点亮，有信号输出。为了得到能够被单片机处理的5V信号，通过光耦TLP521对索道电气系统常用的24V信号进行电压变换(如图2)，同时还能起到信号隔离的作用，一方面防止外部高压信号侵入单片机系统，另一方面隔断单片机系统与原索道系统的电气连接，保持原系统的独立性。图中二极管D1的作用是防止光耦反压时将其击穿。在该部分电路中，电阻R的选择非常关键，既要保证PLC有输出时LED和D1的可靠打开，又要防止电流太大，缩短器件寿命，因此要合理调整R值，使导通电流在10~20mA范围内。

图2 故障信号的采集

索道的停车故障原因可能会有上百种，而单片机端口有限，我们使用芯片8255对端口进行扩展(如图3所示)，保证能对144种故障信息进行识别。对故障信息的编号采用顺序编号的方式，即第1种故障(通过8255-1端口PA0采集)编号为1(二进制表示为00000001)，第2种故障(通过8255-1端口PA1采集)编号为2(二进制表示为00000010)，依此类推，第144种故障(通过8255-6端口PC7采集)编号为144(二进制表示为10010000)。

图3  单片机端口的扩展

使用AT89C51单片机，P0口作为故障信号的采集通道，P2口作为芯片8255的片选信号，P1口没有使用，作为系统的扩展备用端口，晶振频率11.0592MHz，保证与PC机进行通信时波特率计算的方便。

单片机与上位PC机的通信

单片机使用的是TTL电平，单片机的串口输出信号也是如此，但是串行通信中使用的是PC机9针串口，该串口遵循RS-232C通信协议，二者电平并不同，需要外接接口进行电平匹配。

采用MAX232芯片进行单片机和PC机的连接(如图4所示)。通过MAX232的TTL和RS-232的输入/输出端口，自动调节单片机串口的TTL电平信号和RS-232的串行通信信号的电平匹配，同时完成索道停车故障信息向上位机的传送。

图4  89C52与PC机的电平匹配

单片机的串行端口有1个数据寄存器SBUF，该寄存器为发送和接受所共有，在一定条件下，向SBUF写入数据就启动发送过程，读SBUF就启动接收过程，本系统中要求单片机向外发送数据，只需要对SBUF进行写操作。单片机可以采用查询方式或中断方式实现数据的发送，本系统设计中采用中断方式，并使串口工作于方式1，即10位异步通信方式，其中1个起始位，8个数据位(即故障信息代码)和1个停止位。波特率由定时器T1的溢出率和串口控制寄存器SMOD的状态确定，由于CPU的晶振为11.0592MHz，波特率可以很方便的取成整数，这里采用了9600bps。

上位机设计

用visual basic 6.0进行串行通信的程序设计，较好的办法是使用通信组件Microsoft Communications Control(以下简称MSComm)。MSComm提供了两种处理通信问题的方法，一是事件驱动方法，一是查询法。本程序设计采用MsComm控件的事件驱动方式。

MSComm控件初始化设置

在程序启动加载时，首先要对MSComm控件初始化设置。

PC机读取串口数据

PC机在检测到串行端口有数据传来时，则触发MyComm控件的OnComm事件，系统读取到故障代码后，则显示相应的故障处理解决办法。

Private Sub MyComm1_OnComm()
 ；读取串行端口传来的数据，并显示相
     应的故障处理解决办法。
dim Buffer As Variant  ；保存串口读来
    的数据
dim tmp(0) as byte  ；保存串口读取
    的二进制数据
dim errnum as integer  ；将二进制数据
    转换成故障代码
If  MScomm1.CommEvent = comEvReceive then
 ；触发OnComm事件
Buffer=MSComm1.Input ；读取串口数据
tmp=buffer
errnum=ascb(tmp)  ；转换成故障代码
 call(fault_manage(errnum)) ；调用其它模
    块显示相应的
    故障处理说明，
    并将发生的该
    故障记录入库
end if
end sub

故障处理说明显示和故障记录

系统从com1串行端口检测到故障号后，显示相应的索道故障处理说明，并同时将发生的该故障记录入库，以供后面的故障统计分析之用。在故障诊断显示界面主要有该故障的故障说明、排除方法、电气图纸、应急处理方法、相关说明(操作手册中对故障点相关器件的说明)、备注信息(故障点的实物图片)等相关内容。

图5 故障诊断界面

故障统计分析

该模块实现对故障记录的历史统计功能，以供分析某个时间段内故障发生的频率。

*故障类别统计：主要按照索道正常停车、工作停车、紧急停车等不同类别，分类统计某一阶段各类故障发生的次数。
*故障部位统计：按照故障部位的分类来统计某一阶段内各部位发生故障的次数。
*故障类型统计：根据故障代码分类，统计每种代码所代表的故障某一阶段内发生的次数。
*故障明细统计：按照故障分类，显示每一类型的故障某一阶段发生的所有明细记录。
根据这些统计结果，可以针对某些发生频率较高的故障进行深入的研究，找出相关的对应措施，减少或避免故障的发生。

结语

一个成熟实用的索道故障诊断系统将会为索道运行中故障的尽快排除提供极大帮助。它不但可以省去查找可能的故障点、翻阅相关图纸、确定排除方法等常规步骤，而且系统中提供的实物图片、操作手册中的相关信息等内容会给工作人员带来很大方便。同时，相关故障信息的调用都是通过程序自动进行，该过程几乎在一瞬间就可完成，从而可以将索道运行中的停车时间缩小到最短。