一種利用故障樹(shù)對(duì)系統(tǒng)手動(dòng)復(fù)位故障的分析與排除

王旭東 花文波 趙婧華

摘要：故障樹(shù)分析法是產(chǎn)品故障分析中常用的一種分析方法，它具有很大的靈活性，可以根據(jù)圖形演繹的方法清晰地分析出系統(tǒng)的各種故障狀態(tài)。在科研生產(chǎn)中，故障樹(shù)被技術(shù)人員廣泛應(yīng)用于故障分析的過(guò)程中。本文以一例系統(tǒng)手動(dòng)復(fù)位故障的分析與排除為例，詳細(xì)闡述故障樹(shù)的原理及實(shí)際使用。

關(guān)鍵詞：故障樹(shù);分析;復(fù)位

中圖分類號(hào)： TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）02-0199-03

Abstract：Fault tree analysis is a common method in fault analysis， it is very flexible. It can analyse any fault state syllabify by the method of graphics deduction. In scientific research and manufacture， Fault tree analysis method is used widely in fault analysis by engineers. This article expounds the theory detailedly and use of the fault tree analysis in example of a system manual-resetting fault.

Key words：fault tree; analysis; reset

隨著科技的發(fā)展，機(jī)載電子系統(tǒng)的功能越來(lái)越多，越來(lái)越復(fù)雜，這就使得故障發(fā)生的概率和頻次也越來(lái)越高，因此，故障的分析和排除成為保障系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的故障分析技術(shù)過(guò)度依賴于技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)的熟悉程度和維修經(jīng)驗(yàn)，基本上采用單一的分析方法，但隨著機(jī)載電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜，一般的技術(shù)人員不具有豐富的故障排查能力，傳統(tǒng)的故障分析技術(shù)已不能滿足需求，這就使得故障分析的速度與準(zhǔn)確性不高，故障平均修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。運(yùn)用故障樹(shù)分析法可以把系統(tǒng)的故障征兆和故障原因形象的表現(xiàn)為因果鏈，層次清晰，是一種有效的故障分析與排除的方法，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

1 故障樹(shù)定義

故障樹(shù)（Fault Tree）是指以最不希望發(fā)生的事件為出發(fā)點(diǎn)，逐級(jí)描述可能引起故障發(fā)生的所有原因及其相互關(guān)系的樹(shù)狀邏輯關(guān)系圖。故障樹(shù)分析法（Fault Tree Analysis）是利用故障樹(shù)模型對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分析的方法，是由上往下的演繹式失效分析法，利用布林邏輯組合低階事件，分析系統(tǒng)中不希望出現(xiàn)的狀態(tài)。故障樹(shù)分析主要用在安全工程以及可靠度工程的領(lǐng)域，用來(lái)了解系統(tǒng)失效的原因，并且找到最好的方式降低風(fēng)險(xiǎn)，或是確認(rèn)某一安全事故或是特定系統(tǒng)失效的發(fā)生率，也用在航空航天、核動(dòng)力、化工制程、制藥、石化業(yè)及其他高風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)業(yè)。故障樹(shù)分析可以分為五個(gè)步驟：定義要探討的不想要事件、獲得系統(tǒng)的相關(guān)資訊、繪制故障樹(shù)、評(píng)估故障樹(shù)、控制所識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)。

2 系統(tǒng)手動(dòng)復(fù)位故障定位及原因分析

2.1 故障概述

系統(tǒng)在進(jìn)行功能測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位功能異常，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)內(nèi)的CPU模塊上電后光隔輸入HANDRESET手動(dòng)復(fù)位信號(hào)異常，導(dǎo)致系統(tǒng)功能測(cè)試時(shí)出現(xiàn)復(fù)位故障。

2.2 CPU模塊工作機(jī)理

CPU模塊采用80486DX2-66作為處理器，采用FPGA作為橋接器，實(shí)現(xiàn)80486總線到局部總線的轉(zhuǎn)換，完成對(duì)外設(shè)及存儲(chǔ)器的訪問(wèn)，且內(nèi)部實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器、離散量管理等功能。此外，CPU模塊上還實(shí)現(xiàn)了RS429接口，1553B接口，A/D轉(zhuǎn)換接口等。CPU模塊工作原理邏輯框圖見(jiàn)圖1。

2.3 故障樹(shù)分析

CPU模塊提供4路光隔輸入信號(hào)，其中HANDRESET信號(hào)用于產(chǎn)生手動(dòng)復(fù)位信號(hào)。根據(jù)故障現(xiàn)象，建立故障樹(shù)對(duì)復(fù)位功能異常故障進(jìn)行分析，CPU模塊復(fù)位功能異常故障樹(shù)見(jiàn)圖2。

2.3.1 供電分析

CPU模塊上需要5V、+15V、-15V電壓，由測(cè)試設(shè)備提供。經(jīng)過(guò)測(cè)量，以上電壓值輸出穩(wěn)定，供電正常，供電部分電路設(shè)計(jì)合理，無(wú)引發(fā)CPU模塊復(fù)位功能異常故障的問(wèn)題。

2.3.2 CPU模塊硬件電路分析

2.3.2.1 CPU處理器設(shè)計(jì)分析

模塊上CPU處理器采用選用80486DX2-66中央處理器，局部總線頻率（外頻）為32MHz，CPU工作頻率（內(nèi)頻）為64MHz，數(shù)據(jù)總線寬度為32位。在調(diào)試測(cè)試過(guò)程中，CPU處理器工作正常，且能夠正常訪問(wèn)板內(nèi)資源，無(wú)引發(fā)CPU模塊復(fù)位功能異常故障的問(wèn)題。

2.3.2.2 復(fù)位電路分析

模塊采用單5V電源輸入，由MAX791芯片完成復(fù)位主要功能，包括上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位和軟件復(fù)位，當(dāng)VCC>4.65V時(shí)，200ms內(nèi)復(fù)位有效，200ms后復(fù)位結(jié)束，產(chǎn)生上電復(fù)位信號(hào)，當(dāng)VCC<4.65V時(shí)產(chǎn)生掉電復(fù)位。經(jīng)測(cè)量，該模塊復(fù)位功能正常，產(chǎn)生手動(dòng)復(fù)位信號(hào)后能夠正常復(fù)位，因此復(fù)位電路設(shè)計(jì)合理，無(wú)引發(fā)CPU模塊復(fù)位功能異常故障的問(wèn)題。

2.3.2.3 FPGA電路分析

CPU模塊FPGA采用XLINX公司的XQ4013E4PG223M芯片，PROM使用國(guó)微公司的SM1701。經(jīng)過(guò)測(cè)量，PROM中的邏輯碼已成功加載至FPGA，且測(cè)量FPGA輸出控制信號(hào)均正常，無(wú)引發(fā)CPU模塊復(fù)位功能異常故障的問(wèn)題。

2.3.2.4 光隔電路

CPU模塊提供4路光隔輸入信號(hào)，其中2路為28V電平（HANDRESET、SENDUP），1路為15V電平（YC_REQ），1路為5V電平（CTL_REQ）。經(jīng)測(cè)量，經(jīng)過(guò)光隔電路輸出的信號(hào)均正常，因此光隔電路工作正常，無(wú)引發(fā)CPU模塊復(fù)位功能異常故障的問(wèn)題。

2.3.2.5 或門(mén)電路

HANDRESET信號(hào)輸入至或門(mén)SNJ54LS32J，與RTNGND正或后輸出，可以產(chǎn)生CPU模塊手動(dòng)復(fù)位XRSTIN*。經(jīng)測(cè)量，RTNGND接地，輸入信號(hào)HANDRESET為低時(shí)，XRSTIN*信號(hào)異常，為常高，但拆除后端二極管后XRSTIN*信號(hào)正常，可以產(chǎn)生低信號(hào)，因此或門(mén)電路工作正常，無(wú)引發(fā)CPU模塊復(fù)位功能異常故障的問(wèn)題。

2.3.2.6 二極管

CPU模塊XRSTIN*信號(hào)由或門(mén)電路輸出，經(jīng)過(guò)V2位保護(hù)二極管JANTX1N5712-1后輸出至復(fù)位芯片MAX791實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位功能。經(jīng)測(cè)量，該二極管電阻僅32歐，為失效狀態(tài)，正常應(yīng)正向測(cè)量有30余兆歐，反向無(wú)窮大，因此該二極管失效是導(dǎo)致CPU模塊復(fù)位功能異常故障的原因。

2.3.3 軟件分析

CPU軟件為固化在FLASH中的監(jiān)控程序，用于測(cè)試板內(nèi)資源以及用戶燒寫(xiě)應(yīng)用程序。該軟件設(shè)計(jì)可靠，技術(shù)成熟，使用中未發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題。

3 復(fù)位電路機(jī)理分析

光隔輸入手動(dòng)復(fù)位XRSTIN*、軟復(fù)位SRESET、手動(dòng)復(fù)位XRSTIN通過(guò)保護(hù)二極管并聯(lián)接入復(fù)位芯片MAX791MJE的手動(dòng)復(fù)位管腳MR，分別可輸入信號(hào)至復(fù)位芯片產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)RES#對(duì)模塊進(jìn)行復(fù)位，如圖3所示。

光隔輸入手動(dòng)復(fù)位信號(hào)HANDRESET輸入至或門(mén)SNJ54LS32J，與RTNGND正或后輸出，可以產(chǎn)生手動(dòng)復(fù)位信號(hào)XRSTIN*，如圖4所示。

對(duì)該模塊進(jìn)行光隔輸入手動(dòng)復(fù)位測(cè)試，RTNGND接地，輸入信號(hào)HANDRESET為低時(shí)，XRSTIN*信號(hào)常高，但拆除后端V2位二極管JANTX1N5712-1后XRSTIN*信號(hào)正常，可以產(chǎn)生低信號(hào)，因此或門(mén)電路工作正常，經(jīng)測(cè)量，該二極管電阻僅32歐，為失效狀態(tài)，正常應(yīng)正向測(cè)量有30余兆歐，反向無(wú)窮大，該二極管失效導(dǎo)致XRSTIN*信號(hào)無(wú)法置低，模塊無(wú)法正常進(jìn)行光隔輸入手動(dòng)復(fù)位，復(fù)位功能異常。

4 解決措施

更換V2位二極管JANTX1N5712-1后進(jìn)行測(cè)試，手動(dòng)復(fù)位功能正常，模塊工作正常，為進(jìn)一步驗(yàn)證解決措施的有效性和健壯性，進(jìn)行高低溫工作，低溫-55℃，保溫4h，加電工作1h，高溫+60℃，保溫4h，加電工作1h，系統(tǒng)均工作正常，手動(dòng)復(fù)位功能正常，故障排除。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)載電子系統(tǒng)的故障分析與排除的方法有很多種，同傳統(tǒng)的故障分析方法相比，基于故障樹(shù)模型的故障分析方法具備基于經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)和定量模型進(jìn)行故障分析兩者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)載電子系統(tǒng)故障的快速排查并給出科學(xué)的解決方案，為技術(shù)人員提供了高效、準(zhǔn)確的故障排除手段，為機(jī)載電子系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的技術(shù)保障能力。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】