一種利用故障樹對系統(tǒng)手動復位故障的分析與排除

王旭東 花文波 趙婧華

摘要：故障樹分析法是產(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，故障樹被技術(shù)人員廣泛應(yīng)用于故障分析的過程中。本文以一例系統(tǒng)手動復位故障的分析與排除為例，詳細闡述故障樹的原理及實際使用。

關(guān)鍵詞：故障樹;分析;復位

中圖分類號： TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：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，機載電子系統(tǒng)的功能越來越多，越來越復雜，這就使得故障發(fā)生的概率和頻次也越來越高，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)過度依賴于技術(shù)人員對系統(tǒng)的熟悉程度和維修經(jīng)驗，基本上采用單一的分析方法，但隨著機載電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得越來越復雜，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確性不高，故障平均修復時間長。運用故障樹分析法可以把系統(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 故障樹定義

故障樹（Fault Tree）是指以最不希望發(fā)生的事件為出發(fā)點，逐級描述可能引起故障發(fā)生的所有原因及其相互關(guān)系的樹狀邏輯關(guān)系圖。故障樹分析法（Fault Tree Analysis）是利用故障樹模型對研究對象進行分析的方法，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)。故障樹分析主要用在安全工程以及可靠度工程的領(lǐng)域，用來了解系統(tǒng)失效的原因，并且找到最好的方式降低風險，或是確認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、核動力、化工制程、制藥、石化業(yè)及其他高風險產(chǎn)業(yè)。故障樹分析可以分為五個步驟：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、評估故障樹、控制所識別的風險。

2 系統(tǒng)手動復位故障定位及原因分析

2.1 故障概述

系統(tǒng)在進行功能測試時，發(fā)現(xiàn)手動復位功能異常，經(jīng)過進一步分析，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)內(nèi)的CPU模塊上電后光隔輸入HANDRESET手動復位信號異常，導致系統(tǒng)功能測試時出現(xiàn)復位故障。

2.2 CPU模塊工作機理

CPU模塊采用80486DX2-66作為處理器，采用FPGA作為橋接器，實現(xiàn)80486總線到局部總線的轉(zhuǎn)換，完成對外設(shè)及存儲器的訪問，且內(nèi)部實現(xiàn)計數(shù)器、離散量管理等功能。此外，CPU模塊上還實現(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圖1。

2.3 故障樹分析

CPU模塊提供4路光隔輸入信號，其中HANDRESET信號用于產(chǎn)生手動復位信號。根據(jù)故障現(xiàn)象，建立故障樹對復位功能異常故障進行分析，CPU模塊復位功能異常故障樹見圖2。

2.3.1 供電分析

CPU模塊上需要5V、+15V、-15V電壓，由測試設(shè)備提供。經(jīng)過測量，以上電壓值輸出穩(wěn)定，供電正常，供電部分電路設(shè)計合理，無引發(fā)CPU模塊復位功能異常故障的問題。

2.3.2 CPU模塊硬件電路分析

2.3.2.1 CPU處理器設(shè)計分析

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)試測試過程中，CPU處理器工作正常，且能夠正常訪問板內(nèi)資源，無引發(fā)CPU模塊復位功能異常故障的問題。

2.3.2.2 復位電路分析

模塊采用單5V電源輸入，由MAX791芯片完成復位主要功能，包括上電復位、手動復位和軟件復位，當VCC>4.65V時，200ms內(nèi)復位有效，200ms后復位結(jié)束，產(chǎn)生上電復位信號，當VCC<4.65V時產(chǎn)生掉電復位。經(jīng)測量，該模塊復位功能正常，產(chǎn)生手動復位信號后能夠正常復位，因此復位電路設(shè)計合理，無引發(fā)CPU模塊復位功能異常故障的問題。

2.3.2.3 FPGA電路分析

CPU模塊FPGA采用XLINX公司的XQ4013E4PG223M芯片，PROM使用國微公司的SM1701。經(jīng)過測量，PROM中的邏輯碼已成功加載至FPGA，且測量FPGA輸出控制信號均正常，無引發(fā)CPU模塊復位功能異常故障的問題。

2.3.2.4 光隔電路

CPU模塊提供4路光隔輸入信號，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)測量，經(jīng)過光隔電路輸出的信號均正常，因此光隔電路工作正常，無引發(fā)CPU模塊復位功能異常故障的問題。

2.3.2.5 或門電路

HANDRESET信號輸入至或門SNJ54LS32J，與RTNGND正或后輸出，可以產(chǎn)生CPU模塊手動復位XRSTIN*。經(jīng)測量，RTNGND接地，輸入信號HANDRESET為低時，XRSTIN*信號異常，為常高，但拆除后端二極管后XRSTIN*信號正常，可以產(chǎn)生低信號，因此或門電路工作正常，無引發(fā)CPU模塊復位功能異常故障的問題。

2.3.2.6 二極管

CPU模塊XRSTIN*信號由或門電路輸出，經(jīng)過V2位保護二極管JANTX1N5712-1后輸出至復位芯片MAX791實現(xiàn)手動復位功能。經(jīng)測量，該二極管電阻僅32歐，為失效狀態(tài)，正常應(yīng)正向測量有30余兆歐，反向無窮大，因此該二極管失效是導致CPU模塊復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，用于測試板內(nèi)資源以及用戶燒寫應(yīng)用程序。該軟件設(shè)計可靠，技術(shù)成熟，使用中未發(fā)現(xiàn)存在問題。

3 復位電路機理分析

光隔輸入手動復位XRSTIN*、軟復位SRESET、手動復位XRSTIN通過保護二極管并聯(lián)接入復位芯片MAX791MJE的手動復位管腳MR，分別可輸入信號至復位芯片產(chǎn)生復位信號RES#對模塊進行復位，如圖3所示。

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

對該模塊進行光隔輸入手動復位測試，RTNGND接地，輸入信號HANDRESET為低時，XRSTIN*信號常高，但拆除后端V2位二極管JANTX1N5712-1后XRSTIN*信號正常，可以產(chǎn)生低信號，因此或門電路工作正常，經(jīng)測量，該二極管電阻僅32歐，為失效狀態(tài)，正常應(yīng)正向測量有30余兆歐，反向無窮大，該二極管失效導致XRSTIN*信號無法置低，模塊無法正常進行光隔輸入手動復位，復位功能異常。

4 解決措施

更換V2位二極管JANTX1N5712-1后進行測試，手動復位功能正常，模塊工作正常，為進一步驗證解決措施的有效性和健壯性，進行高低溫工作，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，手動復位功能正常，故障排除。

5 結(jié)語

機載電子系統(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，基于故障樹模型的故障分析方法具備基于經(jīng)驗基礎(chǔ)和定量模型進行故障分析兩者的優(yōu)點，實現(xiàn)了對機載電子系統(tǒng)故障的快速排查并給出科學的解決方案，為技術(shù)人員提供了高效、準確的故障排除手段，為機載電子系統(tǒng)提供了強大的技術(shù)保障能力。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】