CN102230955B - 一种机车开关电源动态老化监控系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车开关电源动态老化监控系统及其方法，包括工控PC机、PCI-GPIB卡、PCI系统、GPIB系统和接口单元，PCI系统包括程控开关卡和程控数采卡，GPIB系统包括程控电源和程控负载，工控PC机、程控开关卡和程控数采卡通过PCI总线与PCI-GPIB卡相连，PCI-GPIB卡进行PCI协议与GPIB协议转换，程控电源和程控负载通过GPIB总线与PCI-GPIB卡相连。该发明可以很好地克服现有老化监控系统通用性不好，对老化过程中被测电源板的动态参数缺乏检测，结果判断缺乏数据支持的技术问题，为机车开关电源单板提供了一个动态的老化监控平台。

Description

一种机车开关电源动态老化监控系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种计算机测试监控技术，尤其是一种涉及机车车辆开关电源动态老化监控的基于GPIB（General Purpose Interface Bus，通用接口总线，一种仪器控制总线）总线技术和虚拟仪器（Virtual Instrument,虚拟的仪器，即仪器可通过软件编程控制，在软件端看到的就是虚拟的仪器）技术的监控系统及其方法。

背景技术

开关电源：Switch Mode Power Supply，即指用作电压调整功能的器件以开关方式进行操作的一种直流稳压电源。机车开关电源单板是机车控制系统的重要组成部分，也是数量较多且不可或缺的部分，为其它设备及单板提供稳定可靠的工作电源。不同开关电源单板功能基本一致，只是根据不同的应用需求采用不同的输入电压、不同的结构形式、不同的输出路数和输出电压。

电子产品在生产制造时，因设计不合理、原材料或工艺措施方面的原因引起产品的质量问题有两类，第一类是产品的性能参数不达标，生产的产品不符合使用要求；第二类是潜在的缺陷，这类缺陷不能用一般的测试手段发现，而需要在使用过程中逐渐地被暴露，如硅片表面污染、组织不稳定、焊接空洞、芯片和管壳热阻匹配不良等等。一般这种缺陷需要在元器件工作于额定功率和正常工作温度下运行一千个小时左右才能全部被激活（暴露）。显然，对每只元器件测试一千个小时是不现实的，所以需要对其施加热应力和偏压，例如进行高温功率应力试验，来加速这类缺陷的提早暴露。也就是给电子产品施加热的、电的、机械的或多种综合的外部应力，模拟严酷工作环境，消除加工应力和残余溶剂等物质，使潜伏故障提前出现，尽快使产品通过失效浴盆特性初期阶段，进入高可靠的稳定期。电子产品的失效浴盆曲线如图1所示。

老化即高低温试验，通过对未出厂的产品施加温度应力，加速产品缺陷的暴露。老化过程中进行电气参数测量，既可以筛选剔除失效或变值的元器件，以尽可能把产品的早期失效消灭在正常使用之前，又可以及时掌握产品质量状况。这种为提高电子产品可靠度和延长产品使用寿命，对稳定性进行必要的考核，以便剔除那些有“早逝”缺陷的潜在“个体”（元器件），确保整机优秀品质和期望寿命的工艺就是高温老化的原理。

老化工序作为电子产品可靠性筛选的关键环节，已普遍应用于机车开关电源测试。而已有的机车开关电源单板老化测试，存在较多弊端——机车开关电源单板老化工条件的建立与调整依赖操作人员手动操作，过程监控依赖操作人员定期点检，结果正确与否依赖人为判断，复杂度高、可靠性差。

目前，已有的机车开关电源单板老化系统，大多采用纯电阻负载模式，发热量高，且经常需要根据被测电源板的不同负载需求而更换；对老化过程中被测电源板的动态参数（如电气参数、温度参数）缺乏检测，结果判断缺乏数据支持。

发明内容

本发明提供一种机车开关电源动态老化监控系统及其方法，该发明可以很好地克服现有老化监控系统通用性不好，对老化过程中被测电源板的动态参数（如电气参数、温度参数）缺乏检测，结果判断缺乏数据支持的技术问题，为机车开关电源单板提供一个动态老化监控平台。

本发明提供一种机车开关电源动态老化监控系统的具体实施方式，一种机车开关电源动态老化监控系统，包括：工控PC机、PCI-GPIB卡、PCI系统、GPIB系统和接口单元，PCI系统包括程控开关卡和程控数采卡，GPIB系统包括程控电源和程控负载，工控PC机、程控开关卡和程控数采卡通过PCI总线与PCI-GPIB卡相连，PCI-GPIB卡进行PCI协议与GPIB协议转换，程控电源和程控负载通过GPIB总线与PCI-GPIB卡相连，程控电源为被测机车开关电源单板提供激励；程控负载为被测机车开关电源单板提供负载；程控数据采集卡对被测机车开关电源单板响应进行采集；程控开关卡实现对不同被测机车开关电源单板通道进行切换。

作为本发明一种机车开关电源动态老化监控系统进一步的实施方式，接口单元包括转接器，转接器分别与程控开关卡和程控数采卡相连，转接器包括转接器公口和转接器母口。

作为本发明一种机车开关电源动态老化监控系统进一步的实施方式，程控开关卡和程控数采卡通过转接器与老化箱相连，老化箱包括适配器和被测机车开关电源单板，被测机车开关电源单板通过适配器与转换器相连，通过不同的适配器与不同的被测机车开关电源单板进行适配，适配器包括适配线和插件箱。

作为本发明一种机车开关电源动态老化监控系统进一步的实施方式，工控PC机包括控制模块，控制模块包括系统初始化模块、数据录入模块、仪器控制模块、参数监控模块和数据处理模块，其中：

系统初始化模块包括仪器初始化模块和变量初始化模块，仪器初始化模块由工控PC机经总线完成程控电源、程控负载、程控数采卡、程控开关卡状态的初始化和复位操作；变量初始化模块完成全局变量和局部变量初始化；

数据录入模块包括规格参数录入模块和产品信息录入模块，规格参数录入模块录入产品的输入输出参数信息，产品信息录入模块录入产品的名称、图号、序列号信息；

仪器控制模块包括电源控制模块、负载控制模块、采集卡控制模块、开关卡控制模块，均采用程控控制模块，完成手动测试时从仪器前面板实现的功能；

参数监控模块包括被测机车开关电源单板参数监控模块和温度参数监控模块，被测机车开关电源单板监控模块监测被测开关电源的输入、输出参数在指标要求范围内，温度参数监控模块监测老化箱的环境温度按指定的温度曲线运行；

数据处理模块包括数据采集模块、数据显示模块、数据分析模块、数据存储模块、数据回放模块，数据采集模块完成数据的模数转换，数据显示模块实现将采集到的信息显示至用户界面，数据分析模块实现将采集到数据与数据录入规格参数进行实时比较判断，数据存储模块实现数据分析结果存储到工控PC机的存储器，数据回放模块实现将数据存储信息进行逆向转换和显示，供数据进行离线分析。

本发明还提供了一种利用上述机车开关电源动态老化监控系统进行机车开关电源动态老化监控的方法的具体实施方式，该方法包括以下步骤：

连接与被测机车开关电源单板匹配的适配器，开启硬件系统后，在工控PC机上登录软件，设置好被测机车开关电源单板的识别信息后，程序自动运行；

程序运行开始，系统运行自检程序，检查监控系统部件的性能是否完好，当存在异常时，自动停止测试，当测试无异常时，进入以下步骤；

通过预先编制的控制程序实现与老化箱的同步，在预先定义的温度区段开启测试，并控制程控开关卡、程控电源、程控负载实现不同动态运行工况；

调用程控数采卡进行实时采集数据，实现动态老化参数的实时显示；将采集到的数据与预先设定的极限值进行比较，判断被测机车开关电源单板的动态参数是否在允许范围，实现被测机车开关电源单板的状态监控；

当被测机车开关电源单板动态参数超出允许范围时，根据参数的重要性生成信息提示、告警、停止测试信息并自动执行相关指令，同时存储故障信息及故障前后若干时间内故障被测机车开关电源单板的所有动态参数信息；

对程控电源、程控负载、老化箱的状态参数、保护参数进行实时监控，当发生异常时，软件根据预设等级自动执行相关指令，以保护系统安全；

软件运行结束后，给出各被测机车开关电源单板的动态老化测试结果。

作为本发明一种机车开关电源动态老化监控方法进一步的实施方式，当老化过程有被测机车开关电源单板发生故障时，登录分析软件，输入故障被测机车开关电源单板的标识信息，软件自动调取被测机车开关电源单板前后的存储数据并显示，以供专业技术人员进行离线分析诊断。

通过应用本发明实施方式所描述的一种机车开关电源动态老化监控系统及其方法，产生了如下技术效果：

1、实现了机车开关电源单板自动老化测试，以减少操作人员的工作量、降低操作的复杂性；

2、实现了机车开关电源单板老化测试的通用化，在出现新的开关电源单板时，硬件上只需更换适配器，软件上只需简单配置程序参数，即可实现所需老化测试；

3、实现了机车开关电源单板动态老化过程动态参数的采集、显示、分析，为老化测试结果提供了有效判据；

4、实现了机车开关电源单板动态老化过程故障状态动态参数的回溯功能，为专业人员有效分析判据故障提供了原始数据；

5、增强了可维护性，通过定期自动运行校检程序，可快速完成机车开关电源单板动态老化系统所有资源的自动校检；

6、由于采用了易于使用、久经考验的GPIB、PCI总线控制技术具有低延迟、高带宽等优越性能，提高了信号传输的速度和准确性，增强了机车开关电源动态老化监控系统的准确性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为机车开关电源老化过程的浴盆曲线示意图；

图2为本发明机车开关电源动态老化监控系统一种具体实施方式的总体结构框图；

图3为本发明机车开关电源动态老化监控系统一种具体实施方式的系统连接示意图；

图4为本发明机车开关电源动态老化监控方法一种具体实施方式的程序系统结构框图；

图5为本发明机车开关电源动态老化监控方法一种具体实施方式的程序流程图；

其中：1-工控PC机，2-程控开关卡，3-程控数采卡，4-PCI-GPIB卡，5-程控电源，6-程控负载，7-PCI系统，8-GPIB系统，9-PCI总线，10-GPIB总线，11-转接器，12-适配器，13-UUT，14-老化箱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图所示，给出了应用本发明而形成的机车开关电源动态老化监控系统及其方法的一个具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图2和图3所示的一种机车开关电源动态老化监控系统的具体实施方式，包括工控PC机1、PCI-GPIB卡4、PCI系统7、GPIB系统8和接口单元，PCI（Peripheral Component Interconnection，一种局部总线标准）系统7包括程控开关卡2和程控数采卡3，GPIB系统8包括程控电源5和程控负载6，工控PC机1、程控开关卡2和程控数采卡3通过PCI总线与PCI-GPIB卡4相连。程控即为可编程控制。工控PC机1提供软件运行环境及数据存储，提供PCI总线支撑。PCI-GPIB卡4进行PCI协议与GPIB协议转换，程控电源5和程控负载6通过GPIB总线与PCI-GPIB卡4相连，程控电源5为被测机车开关电源单板（UUT，unit under test ,被测单元）13提供激励；程控负载6支持GPIB协议，程控负载6为被测机车开关电源单板13提供负载；程控数据采集卡3支持PCI协议，对被测机车开关电源单板13响应进行采集，实现不同被测机车开关电源输出响应（电压、电流等电气信号）及环境信息（温度信号）的采集；程控开关卡2支持PCI协议，通过对被测机车开关电源个体间的电源输入、负载输出的切换实现对同型不同被测机车开关电源单板13通道进行切换。程控电源5支持GPIB协议，为被测机车开关电源提供输入电压、电流激励。

通过控制程控开关卡2相应开关的闭合断开状态及转接器11，实现程控电源5及程控负载6与相应被测开关电源单板13的电气连接。接口单元包括进一步转接器11，转接器11分别与程控开关卡2和程控数采卡3相连，转接器11包括转接器公口和转接器母口。转接器11是接口单元，通过不同的适配器12与不同的被测机车开关电源单板13进行适配。程控开关卡2和程控数采卡3通过转接器11与老化箱14相连，老化箱14进一步包括适配器12和被测机车开关电源单板13，被测机车开关电源单板13通过适配器12与转换器11相连，通过不同的适配器12与不同的被测机车开关电源单板13进行适配，适配器12包括适配线和插件箱。

如图4所示，工控PC机1进一步包括控制模块，控制模块包括系统初始化模块、数据录入模块、仪器控制模块、参数监控模块和数据处理模块，其中：系统初始化模块a包括仪器初始化模块a1和变量初始化模块a2。仪器初始化模块a1由工控PC机1经总线完成程控电源5、程控负载6、程控数采卡3、程控开关卡2状态初始化、复位操作；变量初始化模块a2完成全局变量、局部变量等初始化。

数据录入模块b包括规格参数模块b1和产品信息模块b2。规格参数模块b1主要完成产品的输入输出参数信息录入；产品信息模块b2主要完成产品名称、图号、序列号等信息的录入。

仪器控制部分模块c包括电源控制模块c1、负载控制模块c2、采集卡控制模块c3、开关卡控制模块c4组成。这里的控制方式为程控，可以完成手动测试时从仪器前面板实现的所有功能。

参数监控模块d包括被测机车开关电源单板13参数监控模块d1，温度参数监控模块d2。被测机车开关电源单板13参数监控模块监测被测老化电源的输入、输出参数在指标要求范围内；温度参数监控模块d2监测老化箱14（环境温度）按指定的温度曲线运行。

数据处理模块e包括数据采集模块e1、数据显示模块e2、数据分析模块e3、数据存储模块e4、数据回放模块e5。数据采集模块e1主要完成数据的模数转换。数据显示模块e2实现将采集到的信息显示至用户界面。数据分析模块e3实现将采集到数据与数据录入规格参数b1进行实时比较判断。数据存储模块e4实现数据分析e3结果存储到工控PC机1的存储器，如：硬盘。数据回放模块e5,实现将数据存储e4存储信息逆向转换、显示，供专业人员离线分析。

如图5所示的一种机车开关电源动态老化监控方法的具体实施方式，包括以下步骤：连接与被测机车开关电源单板13匹配的适配器12，开启硬件系统后，在工控PC机1上登录软件，设置好被测机车开关电源单板13的识别信息后，程序自动运行；程序运行开始，系统运行自检程序，检查监控系统部件的性能是否完好，当存在异常时，自动停止测试，当测试无异常时，进入以下步骤；通过预先编制的控制程序实现与老化箱14的同步，在预先定义的温度区段开启测试，并控制程控开关卡2、程控电源5、程控负载6实现不同动态运行工况；调用程控数采卡3进行实时采集数据，实现动态老化参数的实时显示；将采集到的数据与预先设定的极限值进行比较，判断被测机车开关电源单板13的动态参数是否在允许范围，实现被测机车开关电源单板13的状态监控；当被测机车开关电源单板13动态参数超出允许范围时，根据参数的重要性生成信息提示、告警、停止测试信息并自动执行相关指令，同时存储故障信息及故障前后若干时间内故障被测机车开关电源单板13的所有动态参数信息；对程控电源5、程控负载6、老化箱14的状态参数、保护参数进行实时监控，当发生异常时，软件根据预设等级自动执行相关指令，以保护系统安全；软件运行结束后，给出各被测机车开关电源单板13的动态老化测试结果。

当老化过程有被测机车开关电源单板13发生故障时，登录分析软件，输入故障被测机车开关电源单板13的标识信息，软件自动调取被测机车开关电源单板13前后的存储数据并显示，以供专业技术人员进行离线分析诊断。

如图5所示，步骤S101和S102分别实现系统结构框图中的系统初始化和数据录入两项功能。

步骤S104、S105、S106、S110实现系统结构框图中的仪器控制c功能。

步骤S103、S106、S107、S108实现系统结构框图中的参数监测d功能。

步骤S106、S107、S108、S109、S111、S112、S113实现系统结构框图中的的数据处理e功能。

为方便技术人员研发和试验，本发明所描述的机车开关电源动态老化监控系统运用了模块化编程思想，在实现机车开关电源单板动态老化监控的同时，还为专业技术人员提供了操作便捷、功能强大的自定义测试平台。同时，可不局限于以上功能，根据被测机车开关电源单板动态老化测试需求和所述测试系统的资源，运用虚拟仪器软件进行相应开发。

本发明具体实施方式所描述的动态老化技术方案即在老化过程施加温度应力的同时，施加电气应力，使被测机车开关电源运行于不同的工作状态，达到了如下技术效果：

一、通用性强，在本发明中，由于采用转接器、适配器，实现与被测开关电源单板分段连接，因此只需要更换相应的适配器，即可实现机车控制领域开关电源单板及以后开发的新开关电源单板的动态老化监控。

二、自动化程度高，采用了虚拟仪器技术软件编程平台，其中包括虚拟仪器标准编程软件（LabVIEW）和虚拟仪器标准管理软件（TestStand），实现了图形化编程控制所述测试系统。同时实现了程序开发人员、程序操作人员的不同层级权限管理，并为操作人员提供简洁便利的友好界面，及时快速的自动校检功能，便捷强大的自定义测试平台。

三、系统资源丰富，可以实现被测电源单板的输入电压信号、输入电流信号、输出电压信号、输出电流信号、开启及关断控制信号等参数的多路采集。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种机车开关电源动态老化监控系统，其特征在于：包括工控PC机（1）、PCI-GPIB卡（4）、PCI系统（7）、GPIB系统（8）和接口单元，PCI系统（7）包括程控开关卡（2）和程控数采卡（3），GPIB系统（8）包括程控电源（5）和程控负载（6），工控PC机（1）、程控开关卡（2）和程控数采卡（3）通过PCI总线与PCI-GPIB卡（4）相连，PCI-GPIB卡（4）进行PCI协议与GPIB协议转换，程控电源（5）和程控负载（6）通过GPIB总线与PCI-GPIB卡（4）相连，程控电源（5）为被测机车开关电源单板（13）提供激励；程控负载（6）为被测机车开关电源单板（13）提供负载；程控数采卡（3）对被测机车开关电源单板（13）响应进行采集；程控开关卡（2）实现对不同被测机车开关电源单板（13）通道进行切换；所述工控PC机（1）包括控制模块，控制模块包括系统初始化模块、数据录入模块、仪器控制模块、参数监控模块和数据处理模块，其中：

系统初始化模块包括仪器初始化模块和变量初始化模块，仪器初始化模块由工控PC机（1）经总线完成程控电源（5）、程控负载（6）、程控数采卡（3）、程控开关卡（2）状态的初始化和复位操作；变量初始化模块完成全局变量和局部变量初始化；

数据录入模块包括规格参数录入模块和产品信息录入模块，规格参数录入模块录入产品的输入输出参数信息，产品信息录入模块录入产品的名称、图号、序列号信息；

仪器控制模块包括电源控制模块、负载控制模块、采集卡控制模块、开关卡控制模块，均采用程控控制模块，完成手动测试时从仪器前面板实现的功能；

参数监控模块包括被测机车开关电源单板监控模块和温度参数监控模块，被测机车开关电源单板监控模块监测被测机车开关电源的输入、输出参数在指标要求范围内，温度参数监控模块监测老化箱的环境温度按指定的温度曲线运行；

数据处理模块包括数据采集模块、数据显示模块、数据分析模块、数据存储模块、数据回放模块，数据采集模块完成数据的模数转换，数据显示模块实现将采集到的信息显示至用户界面，数据分析模块实现将采集到数据与数据录入规格参数进行实时比较判断，数据存储模块实现数据分析结果存储到工控PC机（1）的存储器，数据回放模块实现将数据存储信息进行逆向转换和显示，供数据进行离线分析。

2.根据权利要求1所述的一种机车开关电源动态老化监控系统，其特征在于：所述的接口单元包括转接器（11），转接器（11）分别与程控开关卡（2）和程控数采卡（3）相连，转接器（11）包括转接器公口和转接器母口。

3.根据权利要求1或2所述的一种机车开关电源动态老化监控系统，其特征在于：所述的程控开关卡（2）和程控数采卡（3）通过转接器（11）与老化箱（14）相连，老化箱（14）包括适配器（12）和被测机车开关电源单板（13），被测机车开关电源单板（13）通过适配器（12）与转接器（11）相连，通过不同的适配器（12）与不同的被测机车开关电源单板（13）进行适配，适配器（12）包括适配线和插件箱。

4.一种利用权利要求1所述的机车开关电源动态老化监控系统进行机车开关电源动态老化监控的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

连接与被测机车开关电源单板（13）匹配的适配器（12），开启硬件系统后，在工控PC机（1）上登录软件，设置好被测机车开关电源单板（13）的识别信息后，程序自动运行；

程序运行开始，系统运行自检程序，检查监控系统部件的性能是否完好，当存在异常时，自动停止测试，当测试无异常时，进入以下步骤；

通过预先编制的控制程序实现与老化箱（14）的同步，在预先定义的温度区段开启测试，并控制程控开关卡（2）、程控电源（5）、程控负载（6）实现不同动态运行工况；

调用程控数采卡（3）进行实时采集数据，实现动态老化参数的实时显示；将采集到的数据与预先设定的极限值进行比较，判断被测机车开关电源单板（13）的动态参数是否在允许范围，实现被测机车开关电源单板（13）的状态监控；

当被测机车开关电源单板（13）动态参数超出允许范围时，根据动态参数的重要性生成信息提示、告警、停止测试信息并自动执行相关指令，同时存储故障信息及故障前后若干时间内故障被测机车开关电源单板（13）的所有动态参数信息；

对程控电源（5）、程控负载（6）、老化箱（14）的状态参数、保护参数进行实时监控，当发生异常时，软件根据预设等级自动执行相关指令，以保护系统安全；

软件运行结束后，给出各被测机车开关电源单板（13）的动态老化测试结果。

5.根据权利要求4所述的一种机车开关电源动态老化监控方法，其特征在于：当老化过程有被测机车开关电源单板（13）发生故障时，登录分析软件，输入故障被测机车开关电源单板（13）的标识信息，软件自动调取被测机车开关电源单板（13）前后的存储数据并显示，以供进行离线分析诊断。

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