基于CPCI總線的涂膠臺(tái)工控機(jī)維修

馬培圣

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所，石家莊 050051)

隨著PC 產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也帶動(dòng)了工業(yè)控制技術(shù)[1]的提升，工控機(jī)是一種采用總線結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過程以及機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行檢測(cè)與控制的工具總稱。它具有重要的計(jì)算機(jī)特征和屬性，如同樣具有CPU、內(nèi)存、硬盤、外設(shè)和接口，也有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和各種協(xié)議，作為人和各種工業(yè)設(shè)備之間的人機(jī)界面，越來(lái)越友好和智能化。工控軟件系統(tǒng)主要包括操作系統(tǒng)軟件、工控軟件和應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境等，工控應(yīng)用軟件是根據(jù)用戶工業(yè)控制與管理的需要而生成的，因此具有一定的專用性。由于面對(duì)的工業(yè)對(duì)象通常是較為復(fù)雜的多任務(wù)系統(tǒng)，還必須具有多線程性。

1 CPCI 總線工控機(jī)

CPCI 總線(CompactPCI[2]緊湊型PCI)，是國(guó)際工業(yè)計(jì)算機(jī)制造者聯(lián)合會(huì)組織于1994年提出的高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)。它是工控機(jī)和外部設(shè)備連接的一種先進(jìn)的接口技術(shù)，具有可熱插拔、高開放性、在惡劣的工業(yè)環(huán)境中有高可靠性和易維護(hù)性等突出特點(diǎn)。在電氣特性上，CPCI 總線是以PCI 電氣規(guī)范作為基礎(chǔ)，解決了VME 等其它總線技術(shù)和PCI 技術(shù)不能兼容的問題，使得基于PC的硬盤存儲(chǔ)技術(shù)和x86 架構(gòu)在工控領(lǐng)域可以使用。由于在總線技術(shù)作了重大改進(jìn)，使得CPCI工控機(jī)有高密度性等優(yōu)點(diǎn)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，CPCI總線結(jié)構(gòu)使用了歐卡連接器和標(biāo)準(zhǔn)3U、6U 板卡尺寸。還具有良好的通風(fēng)性和抗震性，更換和維修板卡也極為方便。

2 涂膠臺(tái)工控機(jī)的結(jié)構(gòu)

涂膠臺(tái)是半導(dǎo)體工藝光刻[3]中的重要設(shè)備，通過主軸的旋轉(zhuǎn)，滴在晶片上的光刻膠在離心力的作用下由軸心向徑向飛濺出，而粘在晶片表面的膠受附著力的作用粘附在晶片表面，在高速旋轉(zhuǎn)中膠中溶劑不斷揮發(fā)，形成一層均勻的膠膜。這個(gè)工藝要求主軸的旋轉(zhuǎn)角速度和涂膠臂的徑向移動(dòng)線速度配合的恰到好處，EVG 涂膠臺(tái)采用EKF 公司的CPCI 工控機(jī)，很好地實(shí)現(xiàn)了這種技術(shù)要求。它不使用PLC，直接用工控機(jī)控制各智能模塊，該設(shè)備使用了3UCAN 卡和CAN 總線連接輸入輸出信號(hào)，包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，如圖1所示各模塊連接。用3U COM卡進(jìn)行通訊，6U 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)卡控制各個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，主軸電動(dòng)機(jī)是通過附屬接口卡上的COM1 進(jìn)行通訊，然后由電動(dòng)機(jī)控制模塊實(shí)時(shí)控制各運(yùn)動(dòng)參數(shù)。工控機(jī)的操作系統(tǒng)采用windows 2000。圖2為EVG 涂膠臺(tái)工控機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

3 工控機(jī)藍(lán)屏死機(jī)的故障分析及解決方法

該涂膠臺(tái)的工控機(jī)曾頻繁死機(jī)，在開機(jī)或重啟后藍(lán)屏。維修時(shí)，首先將工控機(jī)與外部設(shè)備的連接斷開，只保留電源輸入，故障依然存在，確定為工控機(jī)本身故障導(dǎo)致。將CAN 卡、COM卡和電動(dòng)機(jī)控制卡拔出，故障依舊，測(cè)量CPCI 引腳供電3.3 V、5 V 正常，再用替換法確認(rèn)內(nèi)存和CPU 芯片正常，最終將故障定位在CPU 卡、附屬卡和CPCI 底板卡，遵循由易到難的原則，更換了一塊EKF的CPU 卡，讓CPU 滿負(fù)荷運(yùn)行，經(jīng)過3個(gè)小時(shí)的烤機(jī)，工控機(jī)表現(xiàn)正常，硬件故障已經(jīng)解決，但又遇到工控機(jī)維修中比較頭痛的問題，由于電子產(chǎn)品更新比較快，所換CPU 板卡型號(hào)不同，原有的操作系統(tǒng)不能使用，若重新安裝，設(shè)備廠商又沒提供工控軟件的安裝程序，經(jīng)過求證，最后采用了操作系統(tǒng)的修復(fù)安裝法[4]，由系統(tǒng)盤引導(dǎo)進(jìn)入安裝程序，初始化完成后選擇“開始安裝windows 2000”，安裝程序會(huì)查找到已存在的windows 2000，然后選中并按“R”鍵，這樣開始修復(fù)系統(tǒng)，之后依次安裝HAL、IDE 控制器驅(qū)動(dòng)程序和新CPU 板必須具有的任何其它驅(qū)動(dòng)程序，最終操作系統(tǒng)即恢復(fù)正常，工控軟件也不受影響，至此工控機(jī)藍(lán)屏死機(jī)的故障修復(fù)完畢。

圖1 CAN 模塊連接

圖2 CPCI 工控機(jī)結(jié)構(gòu)圖

4 工控機(jī)通訊故障的解決辦法

該涂膠臺(tái)的工控軟件打開后，無(wú)法操控主軸電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于這個(gè)故障需要考慮的有幾種可能：工控機(jī)通訊問題、線纜連接斷路、電動(dòng)機(jī)故障及其驅(qū)動(dòng)器通訊模塊異常，如果逐一更換或全部更換可疑部件，該故障毫無(wú)疑問可以解決，但肯定增加維修成本和維修周期。在這里我們將用分段排除法分析判斷此故障。首先，用一臺(tái)帶有串口的PC 機(jī)使用原有線纜通過RS232 接口與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，在PC 機(jī)上安裝并運(yùn)行一款名為“串口調(diào)試助手”的軟件，如圖3所示為軟件界面。選擇正確的COM口，波特率設(shè)為9600，設(shè)置校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位為默認(rèn)，在“數(shù)據(jù)發(fā)送”的對(duì)話框內(nèi)以十六進(jìn)制數(shù)發(fā)送本地指令給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)可以作出相應(yīng)的動(dòng)作響應(yīng)，軟件界面的“數(shù)據(jù)接收”對(duì)話框內(nèi)也反饋回正確的數(shù)據(jù)結(jié)果，這表明電動(dòng)機(jī)這一側(cè)是正常的，故障出在與電機(jī)通訊的CPCI工控機(jī)內(nèi)附屬接口卡COM1，更換該卡并重新安裝驅(qū)動(dòng)程序后，設(shè)備恢復(fù)正常。

圖3 測(cè)試軟件界面

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)信息化的不斷深入，關(guān)鍵性行業(yè)的關(guān)鍵任務(wù)將越來(lái)越多地依靠工控機(jī)，CPCI 總線的工控機(jī)基于其特有的優(yōu)勢(shì)，必然越來(lái)越多的設(shè)備會(huì)采用，學(xué)習(xí)和掌握這種工控機(jī)對(duì)設(shè)備檢修人員高效快速的解決故障將會(huì)有很大的幫助。

[1]朱輝.工控機(jī)行業(yè)的現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2009，5.

[2]劉鑫，周金蓮.CompactPCI 總線工控機(jī)技術(shù)的現(xiàn)在與應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2002，8.

[3]李興.超大規(guī)模集成電路技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999：37-40.

[4]柳堅(jiān).換硬件不必重裝Windows2000[K].電腦愛好者合訂本，2004（下），33.