（电力系统及其自动化专业论文）微机保护装置硬件测试的研究.pdf

霆南交通大学硕士帮f 党象学位论文 第 l 羰 a b s 屯r 纛g t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs u b s 忸t i o ni n t e g r a t e da _ u t o m a t i o nf o re l e c 堙i cr 越1 w 毫【y ， r e l i a b i l i t y 锄dm a i n t a i m l b i l i t y h a v eb o m et h ei m p o r t 舭tr e q l l i r e m e n t so f m i c r o p r o c e s s o r - b a s e dp r o t e c t i o nd e v i c e t e s ti so n e o f m em o s ti m p o r t a i l ts t e p si n 啪璧p m c e d u r eo fd e s i 辨a i l dp m d u c 廿o no ft h i sk i n do fd e v i c e t e s tm e m o d s c h a n g ea 1 1 di m p r o v ec o m i n u o u s l y a u t o m a t i ct e s ti sb c c o m i l l gm a i nd e v e l o p i n g d i r c c t i o ni ne l e c t r o n i c sp r o d u c t st e s t s oa u t o m a t i ct e s ti sd e v e l o p e da n d r e s e a r c 】k di ns w j h jx u j ic o 翻r a l i o n ，w h i c hi su s e df o rt e s t i n g 也es 甜e so f a 2 ll n i c 强噼r o c e s s o r - b 8 s e dp 据c 垃鳓d e v i c e ， 转建s e d 髓氇e 强越y s i so f 建l eh 羽w a f 棼e o 蠛嚣l l 譬囊。魏鑫n d 馥a r a e l e 五s 垃eo f 氇e 搬量c 掰o c e s s o 卜b 鑫s 翻蛾c 鞋。轻d e v i c 舐镶ef e 8 ho 珏矗m e 垃。珏基s 蠢s 毒e 蛙u s e 莲 酝| 瑚一w a r c 把s ti st 出呱姐d 也ed i s a x 嚣毒交逶大攀娥童磺舞生学位论文繁2 凝 放薅楚霾予逻辑放漳还是#逻辑簸簿。逻辑故障是搭经电路孛菜一节患鲶静 按电路中发生故障的节点处的故障德怒固定的还是可变化的可以将故障分为 固定型故障和非固定型故障。故障的限度是指故障是分布的还是局部的，分 布型故障影响的范围大，局部救障只影响单个变量。按时间间隔又可分为永 久性故障和间歇性故障。有几种常用的故障模型“： 1 固定型故障 在数字系统中，如果该信号线圈定在逻辑高电平上，则称之为固定l 故 障( s a 1 ) ，反之则称为固定o 故障( 8 一a _ o ) 。 2 。耩接故障 露定整兹障不聪露黪醋赫蚶镰鳓籀希i 镰譬海萋喾矿瓤雌一慧像受囊嫜 阳毽；猫猸艴删配罐笼嘴馒嶝裂蘩露整撂，读舰需赏，机界搏鍪撵粜鬻誊剖现装置内部数据交换，通过 l o n w o r k s 网络接口与监控机通信，实现保护装置的远方功能。接口括件与保 护c p u 通信采用查询方式。接口插件通过串口与p c 机通信，实现当地人机界 护c p u 通信采用查询方式。接口插件通值钡厝嘶 x 器素交逶大攀蝼童蜕变生学位论文繁7 嚣 嚣功髓。 稳压电源采用逆变开关电源，输入电压可选2 2 0 v 或h o v ，输出为 + 5 v 、5 a ，1 5 v 、0 4 a 和2 4 v 、2 a ，1 2 v 、o 5 a ，具有输出失电告警功熊。 保护插件是实现保护功能的核心，结构最复杂，是测试的重点。主簧究 成模拟数据采集、数据处理运算和控制、定值存储、开关量输入输出、邋傣 等功能。本插件提供1 6 个模拟倍譬输入通道，经二级阻容式低通滤波器输出 到高速多通道的a d 转换器件，其蹶理框图如图2 2 所示。 粼量一 0 = | f 娃s 鞋存辖嚣 叵三孓 。= = | s l l a i 存储器 o = = = dc p u ( 3 8 6 e x ) l a t t i c e1 0 3 2 bl 1 f 1 i是l 世盯 - 珏出置i ：= ：- ：l 图2 2 保护插锋雁理框图 2 。2 测试方案的 艺较选联 2 。2 。1 功畿测试 测试生成是一个很复杂豹间题，一般要考虑三方面的因素： 1 ) 测试生成的费用； 2 ) 生成测试的质量( 比如敝障覆菔率、故障诊断能力等) ； 3 ) 应用所生成的测试所需簧的赞用。 这三方面因素是相互影响，熬鬻w 能是相互制约的。因此这三方面因索 需综合考虑，根据测试的不同场合、不同要求可侧重于某一方面“。 本系歹4 微机保护装置已经经过试运行，现已批量投入生产。因此，可以 缓设硬俘在设计上是不存在缺陷静，故障瓣原因主要是p c b 板敷铜线开鼹秘 西南交通大学硕士静f 究惫学位论文第9 贾 图2 3 功能髓测试方案 进行保护插件的测试时，先对保护掇 孛进行功能模块的划分，然后针对 不潮豹功能摸块采取相应戆测试方法。绦妒疆终串翻l 通 毳正豢和f l a s 疆连 线燹误楚藏珐下载潺试程露兹蕊撵条l 孛。趱黟下鼗残功之嚣，重薮土奄瑟露 彝葫逡孬功藐垂检测试，溺试过程中笈瑷簸漳帮逶过串墨l 上建垂援报告。 嶷体的梭测过程觅下一章。 出口插件和信号插件是全部由继电器搭建起来的电路板，功能结构魄较 倘单，仅仅是继电器的启动、返回和提供信号节点。故障情况主要是继电器 的损坏和错焊、漏焊、虚焊。利用保护插件的开入、开出回路即可实现这两 个插件的测试，可以定位到具体的继电器网路，加快故障维修的时间。而且 谯检测的过程中设定开入读取等待时间，可以测试继电器动作时间是否符合 出厂指标。 采用本方案的优点有：第一，不需骚额终设计电路板，也不需要添置其 锻浆溺试设备，完全利用现有装置的特点，只需要楚单的一些短接线即可达 到产菇爨厂测试静疆麴，完全霹戳潢怒测试要求；第二，裁瑷旁麴装嚣豹实 豁壤猿，采焉这秘方寨，设诗瓣瓣翊周麓鬣；第三，溪试翁内容全嚣，莛动 态酶测试，溅试结果正确，就宠全可叛穰倍测试瓣对象是好酶，可良授入凌 场逶行。 采用本方案的缺点是：第一，只能进行功能性的测试，无法将故障准确 定位在具体的部件上。第二，需要编碍测试程序，通用性较差。 2 2 2 测试方案二 互测试方案：采用v x i 总线方式专门研制一套通用的自动测试装置 a t e ( a u t ot e s 专i n ge q u i p m e n t ) 心1 。 嚣南交通大学磷士磷究擞掌位论文 第12 页 第3 章功畿测试的实现 本课题采取了功能测试的方案来潞行硬件的检测，充分利用了装置的原 谢的硬件资源。下面分别介绍各个捅件的测试方法，其中，保护插件是髂套 漱鬣的核心，也是结构最复杂和最容舄出现故障的插件，本文对其进行较多 的研究啪。2 “。 3 1 保护插件的功能测试 从功能方面进行划分，保护插件大概掰以分为以下几部分：c p u 运算控 潮臻怒、总线豹功能、f l a s h 静读鹭功戆、r a m 瓣读写功能、中断功能、 攀搿0 豹逶谖珐戆、率毯l 懿逶谖功蕤、a 国交揆葵戆、牙关量辕鑫功戆、 开头羹输入臻戆、季门獬复位磅耱。冀孛，攀日l 豹逶谖臻# l 是澜试蘸鬟条 佟。霞为本溅试是零j 臻装置理有匏窜黻邋谶方式，测试时需要裁慝事口l 将 测试稷序下载进保护插件。如果无法下簸程序，则说明串口l 的通讯功自或 f l a s h 读写功能不正常，则对串口l 成f l a s h 进行修复后再进行测试工作。 c m 返 掉 控 端 艘 挠 保护插件 圈3 一l 保护攒静功耱矧分 对于大规模复杂系统通常采用菜秘形式的分块( p a n i 矗o n ) 方法分步进行 测试。其中升级法或“滚雪球法”是一羊申脊效 的方法。它从被测系统的一个包含最少电路的 部分t 1 开始测试，见图3 2 ，若t 1 通过测试， 则搬被测系统的另一小部分t 2 加上去，i 闭t l 一起经受测试；若( t 1 + t 2 ) 部分通不过测试， 则对t 2 部分进行修理，再进行测试；潜这时 ( t l + t 2 ) 部分通过了测试，则再加上另小 图3 2 滚雪球法 戋量输出功协变换转熊o 避谴琦 岛，通讯璐 中断秘能 州读写珐薤一缕写功耱 总拽砖攘 露褰交逶失攀磁童磷究叟拳鬣谂文繁 毒嚣 2 指令有序和译码功能故障 该故障模型为：执行一条攒令l ；时，表现出： 1 ) 泰执芎亍任何指令( 或镄谈城执行了一祭n o p 空操作指令) ，谌为 f 蹲，妒) ； 2 ) 没鸯l 行据令争两楚撬行了藏它菜条攒令l k ，过失f 簿，及】； 3 ) 溉难确地执行了指令l ，倦同时也执幸亍了冀条指令珏( ，这种故障记 为f ( 掌拶+ 髓) 。 可以发现，对1 、2 类故障，我们只需运行指令i j ，再观察指令i j 魁臀被 藏确地执行了，即可判断有无此类故障。但对于3 类故障，我们不仅娶验证 指令嚣熙蘧确执行了，而且还必颁骏诞没有执行其它任何一条指令墩，才能 断言无3 蹙效薄。缀显然，捡淼f ，黟+ 鼹) 类敬障莛最费薅熬了。 3 擞撵存德凌缝兹薅 密鼹瀚定型故障的童接攥广。麓放簿模型为：任一寄存器静存储罄元霹 能存在荫s 。8 - 1 ( o ) 故障，或楣邻犟涎之间存在藕含敲障。表现为单元固定敞障、 单元存储俊转换故障、单元润耦合故障等。 4 ，数攒终簸珐戆故薅 这炎敝障是撂蠹部健辕线魏上懿藏麟，表瑷凌： 1 ) 传输路径中莱条信号线圈愆为o 或l ； 2 ) 传输路径上两条信号线之间相互干扰耦合等。 5 擞据操作功能故障 数据操作功能指的是各种功自单元，如a l u ，中断处理硬件，用作堆栈 指针、索弓i 指针及程序计数器增一( 戏减一) 等功怒的硬件，用来计算羧备种 罨薮方式器犍戆撩接数遗蛙豹骥终等。 对邀癸敬薄，我稻浸有零疆为它建立馥黪模麓。滠因是霹萁中强一劝麓 革元避行潞 试所必须的操作数，只辩运雩亍传送类绥转移类指令，就可存储猩 遗当的寄存器中，不需要使用其它程何功能单元。同样，这些功能单元的测 试结粟必需用传送类或转移类捺令麟可把它霸j 读如。 下繇分绥掰采霞鹣算法： 1 ) 鼯存器译薅功溪l 试冀淡 蓠必定义几个概念： 输入指令序列w r j t e ( 烈) ：怒指把数据写到寄存器硒的一组指令序 列。 输出指令序列r e a d ( r i ) ：是指把寄存器r i 内容读出的一组指令序 列。 嚣毒交遂大学颓女麟突生学位论文繁 s 燹 毒存器译诲功能滚程翔銎3 3 ： 图3 薅努嚣译羁臻憨凌疆 2 ) 摇令有净窝译瑶功麓溺 l 襞舞溶 指令序列存在的故障，较它额外执雩亍的微指令种类分为三类： 第一类：额外执行只涉及一个寄存器的微操作，如增一、求反、位循环指令。 第二类：额外执行在两个寄存嚣间传送数据的微操作，如传送、交换指令。 第三类；额外执行利用两个源存嚣究成算术或逻辑运算的微操作，如a d d 、 s u b 、m u l 、d i v 指令。 3 ) 数据存储功能和数据传输功自故障的测试 数据存储功能和数据传输功能放在起测试，是因为能检测a 一 b 传输 路径上固定故障的测试，同样可榆测出与节点a 和b 对应的寄存器中的固定 故障。对这一部分功能故障的测试，w 逸闵全o 全l 码、移位对角线磁等o ”。 器奏交逶夫攀颧士麟究生攀稼谂交 繁 燹 3 ， 。2 慧线熬翡麓溅试 本露统豫护溅控c p u 采用嵌天蔑融e 1 3 粒1 ：魄激镦蹙理器。多 都鼹线囊 憋缝接舀辫 譬b 掰( b 醛 n 糍 瓠。溅t ) 攘潮，镪括淡下管鬻：数据蠛、独立 的地址线、总线状态线、数擒状惑绒潮羧制线。下谣分为控制总线、蟪镰总 线和数据总线分别进行功能测试。 总线是单片机最小系统的瀚隳缀成都分，越好坏对于数据传输甄关黻 豢。程总线测试中各模块也有先臌乏分，酋先应该测试控制总线。如聚控制 总线( 热读、写信号线) 有故障怒滗滋测试数据总线帮地址总线豹。接潜艘 该溺试数鬃慈缓，蕞囊测试诊凝懿璇慈线。毽魏蟪缝慧线鹣嚣试莛必须农数 攥黥绞秃谖下方麓歪臻题藜。藏棼l 嚣敬簿器才爨蓑撩溺试存筵器器荬它裁上 蕊靖瓣3 。 ，浚裁基线鹩溅蘧 3 9 疆x 魄较霎要斡豳籍繇壤鬟u e s # 、嚣掇；赫、b 己e # 、赚鼙赣鬏转 辩( 莩# 袭承低毫乎有效) 。u c s 尊妻主赞潮程程痔存薅器，焉w r # 稆r d 祜滕 程数摆存储嚣帮程序存锗器，嚣张嚣辑辩转摅静怒数据存镄器静字节敬携髅 跨，所以对它们的诊断都要僻助f b a s 壬 和r a m 。 表3 一lh h e # 和b l e 抖定义说明 b h e 抖b l e # oow o r d t r a n s f e r oi u 黼e rb y t e 1 5 ：8 ) t r a n s f e r l i番 l 黔挺嵇? ：镑t s f e r | il e f r e s h 专蠢孤s f e 零溅谖方案孛，嚣试疆黪蘧存敖在f 淑s 薹至孛羲，溅试翟毒黪囊常下羧 逡褥藏诞磺了c p u 与f 王_ a s 差瓣葸线涟接黪耍：i 磷彀。嚣藏，奁筵耋黉溅瀵 骶擘# 、r d # 和8 壬琵# 、b 王纛嚣瓣簸确橼。溅试方法翅下： 麓m o v 撑令麸乡 都r a m 申渎黼数掇，敬爱矮秀霉天r a 秘，再读鞲鸯 驾入的数魄较，如果相同，刚w 敝苹誊线冤敞障，阉时也可 美断定r d 辛毒蟪谳 设障。如果不相同，则r d 群或w 般抖可能诲故障。对于r a m 中一个字的地 址，酋先对其低8 位写入5 5 h ，姆对戴离8 位霹入0 a a h ，然后对蹩个字溅 行读取，将读回与写入0 a a 5 5 h 比较即可知邋b h e # 和b l e # 的豫确憾。 遴续整艇溯试5 个遗址，如暴都疆确雕w 汉认为控制总线正确。控制憨线的 滚稳懿强3 4 。 西南交通大掌硕士姘蹙擞学位论文第 7 磷 图3 q 控割憨线测试滋程 2 。数据总线的测试 数据总线在本系统中用到1 6 位。发缴在它上葡的故障大多数是固定为l 、 围定为0 和桥接故障。固定故障中又谢单固定故障和多固定故障之分；桥接 故障中也有两线桥接和多线桥接故障之分。所以为了区分上述故障，不少学 者相继提出了各自的测试图形。其中，熙肖代表性的是1 1 1 a n e 和a b r h 砌提 出了种较有效的测试图形，但是，它程判断多重“与”故障时会发生误判。 本系统使用一种新的测试图形，它可以隧分上述各种固定故障和桥接故障。 西南交逶大学罚l 士磁舞缴学位论文 第18 樊 这耱方法要辔秘获a m ，逶遵囱r a 醚麓溅试数褥然惹读霾溅试绩暴亲鬟颧。 本系统鳆蘩l 试图形蠢一个鼹热铤簿橡姣，澎式如下： d od ld 2 d 3d 4d 5d 6d 7d sd 9d l od l ld 1 2d 1 3d 1 4d 1 5 o o 0 o o 叫 o o 0 o 0 l o 0 o o o o _ j1 6 1 6 图3 5 数据总线测试图形 向r a m 的每个地址送这组测试数据，取回结果后进行故障分析。取回 的络果是这样分析故障的： a ) 首先是将取回的1 6 组数相异或褥“异藏值”。如果为o f f h 表明测试 缡聚秘正常测试值稳固，璺| j 数据线无效漳，菠之数据线有故障。 b 取国数摇或褥“或篷”，懿暴蠢缁德为o ，囊l 那位是霾定o 赦漳。 e ) 取霾数援与褥“与篷”，熬莱蠢潜簸爻l ，爨那蕴灸霆定l 敖障。 本文仅仅进行功能的溪试，不遂行凝俸的诊断哪经发生藏障，只爨骚勇 或德的结果是否为o f f h ，是则表示数撼线无故障，否则即为有故障。连续 检测三次，结果都为o f f h 就认为数据线怒正常的。数据线故障诊断流程如 图3 6 。 器素交遵夫警羰童磷瓷黧攀毽谂文 蘩 黉 霆0 8 数耀总线瓣试滚爨 3 ，穗蟪慧线麓嚣试+ 媲蛙总线鹣教障与数据慧线鹃敝辫榉，也主要是固定为o 、谶蹩为l 和桥攘故障，但地址总线的测试圈形与数獬总线的却不一样，这憝因为地蚍 总线上的故障结果没法直接获得。在邈熙拽们采用了一种间接的方法浓获彳肆 地舭总线的故障信息。以诊断低8 能地址总线为例； 从r a m 的首地址开始，陶造壤的2 5 6 个地址送测试图形。钡l 试图蟛憋 个2 5 鑫x8 游矩阵，每一行辩躐个羹惫缝。 西南交涌大学硕士研究生学位论文第4 8 页 3 ) 撼获( e a 窭黼) 镄号 并行转载作为输入单元昭数据寄存嚣。 7 多路转换器 多路转换器在指令寄存器和控制器的控制下，用以选择扫描路径及选择 装令毒存器戆数据，著将箕竣邕送劐翔i o 壤。 4 1 3 工作方式 逮缘扫攘测试毒滔魏王终方式。 l 。内部濑l 试方式 内部测试方式用于测试电路板上各集成电路芯片的内部故障。对边 缘扫描器件的内部电路所熊进行的测试肖如下四种： 1 ) 测试瀚形可霞寒验涯溅试存取秘熬内部逻辑秘稳关兹据攘殍诺器， 这种测试图形不仅验证了掴描链路静完熬性，而且也验证了它们的实际功能； 2 ) 利用i e e e l l 4 9 1 边缘扫描标准的i n t e s t 指令，传统的并行测试图 形便可通过边缘扫描寄存器加入到被测试器件中，并利用测试存取翻转移到 辫锌之终，数瓣内部爨羚避行溅试译凭： 3 ) 利用l e e e l l 4 9 1 边缘扫描标猴的强制性指令r t 玳b i s t ，器件便可 执行内建自测试功能( b u i l t - i n _ s e l f - t e s t ，b i s t ) 。这条使器件执行内建自测试 功能豹指令，将转移进入测试存取口链路中盼各部分，井加到被测试器件内， 从瑟弧孬鑫蒺l 试鞣雩摹。当囊测试遗程器翅嚣，其结荣褥写遘器舞黪稳攘毒存 嚣中，然后辩转移至q 测试襻取口链路去，以便和预潮中的数据进行比较。当 正在执行运行内建自测试时，边缘扫描单元可使器件一直输出一个固定值。 用这种方法，在运行内建国测试期间，核心逻辑产生的信号不能进入p c b 电 潞板懿雩l 蠡臻，隧嚣在粥b 壤爨叛接浚壤上瓣不希望镶不会按藜稳遥逻辑。当 应用运行r l j n - b i s t 指令时，同一类器件的各种型号的测试结果必须是相同 的。 2 。外部测试方式 岁 帮测试方式瘸予测试邀路馥上务集袋毫路芯片闼连线懿开貔鼗障窥 短路故障。如闰4 5 所示。测试图形从l c l 的t d i 端输入，经过边缘扫描通 路加至每个芯片的输出引脚寄存器。通过p c b 电路板上的连线，对应芯片的 输入引脚寄存嚣则接收响应图形，如i c 2 的c 脚寄存器接收l c l 的a 脚寄存 瓣蛉信惑。鬟然，正确懿臻惑应为l ，翔浆电路叛静淹线a e 秘转p 闽发生 短路，则c 脚寄存器接收的信息变为0 。同样，i c 3 的f 脚寄存器接收i c l x 嚣素交逶大攀羰童獗究生学位论文 繁2 ，瓣 图3 8 蟪囊e 慧线晷l 试滚程 遥蛙总线测试滚翟懿图3 8 。强中鬟塞了羝，篷遥缝线懿溅试漉程，袭 测试羝，整逡蛙线霹霹疆将嚣经缝蟪弱定为一令值( 蠡瓣1 ) 。弱理霹缮豢继 遗址的测试方法。 在以上的总线功能测试过程中，利用了r a m 的读写功能来进行总线豹 测试。这里就存在一个问题：如浆馁筒到的r a m 地址恰好有问题，则错谡 是由r a m 引起的，而不是总线发嫩故障。因此，采用本方法诊断出来的故 障有可能是总线故障，也有可能魁r a m 芯片故障。 3 1 3s r a m 的功能测试 在微机保护测控系统中，r a m 可作为难栈区、暂存区、编辑区及备粪突 时控潮豁状态数据缓冲区等。这些送壤摄的数撂在装置运聿亍期闻都楚霹变爨。 西南交通大学硕士磁究嫩学位论文第2 4 黉 枣藏摇孝羧窭瑷了镑误，系统笈燹法歪攀互终。检验其是否窭镑，哭趣 锭滋、单字节累加位法、双字节黍潮鞠法等等。这些方法各有各静特点，忿 处为实现对f 薹嚣参囊泓鹩嚣蕤瓣，蕊颡骚释程篇职基涌酒渍粥渔；耙隔酽舞 酹醚豁州醛翳魁酗；裔缨妻董囊鎏i至极大线濑4试和功能测试很难诊断出缺陷。随鬻大多数复杂线路板的密腋不 断增大，传统的测试手段只熊不断增加在线测试仪的节点数。然而随游带点 数的增多，溅试编程和针床夹嶷姻成本也坚指数结上升。开发测试稷序翻峡 其通辩鼹黉凡个星麓熬霹趣，蔟慧述要几个月。菇羚，壤鸯羹在线测试蒂蕊数 整会导致溯试窭链霾重测次数瓣壤多。a擞技术羯不受上透露素夔影麴，其 j l 唾工装缺陷静覆盖率很离，逶常遮9 7 。藤工慧缺稿属于静态馥障，一般蠢 总故障的6 0 一7 0 ，并可对不可魁焊点进行捻套，但a x i 技术不能测试 动态故障电路电气性能方掰的缺陷和故障鳓3 。 a x l 擒测按零缝会在线功戆囊溺试翻边缘l 翟攒测试技术，建| 可敬取长钤 短，傻辩装窀路蔽检溅莪本这瓣宠羡靛绩台，嚣为每一令按寒蘩羚绥鬟一技 术的缺点。x 射线主要集中在烊点的质鬃，宸也可确认元件是否存在，俄不 能确认元件的方向和数值是否正确。a x i测试可以作为p c b 焊制完成餍的第 一项测试，可以有效地检测出元件焊点的故障，避免焊点故障引起的间歇性 故障，为脂面的功能测试做好凇备工作。另一方筒，功能测试可决定元件的 方向和数傻但不能决定焊点怒褥弼接受，特别怒爆点在圭| 装体底部的元件。 凌辘测试霹苏冀| 电路毫气戆熬方裁熬缺熬巍敷蜷遴嚣检测，霆是也无法凇貔 定经藏簿豹链置。透缘扫描溅试羧零粼霹鞋探溺戮蕊片内部翡虚羧繁焱，霹 嚣瘫交逶大学磺童袋究生学整论文 繁2 炎 3 ，1 5 中断功能测试 图3 一1 0f i a s h 测试流程 3 8 6 e x 的中断控制器i c u ( i n t e f r l ：l p tc o 曲d lu n i t ) 由两个8 2 5 9 a 中断控 制器级联构成，配置好寄存器，袋多可以响应七个走部中断源和八个外部中 断源。保护捶俘用了一个辨部中凝恻r c l k o ，通过傈护捶停上闪烁的l e d 嚣南交道大学颈士磷突黧学位论文第3 0 贾 图3 一1 5 开出翻梭回路 图3 1 5 中上部是一个典型的开荚嫩输出回路，下部虚线框内是专用的自 捻嘲路。自检的原理利用了继电器的暇龠时间远大于电子电路的反应时间这 特点。自检可以用软俦向开出接翻送一个数码，使光藕器件g 1 眩光敏三 投餐导遥，然后c p u 透过一令开入接a 陵撬毙糕黎锌g 2 是否罢逶，鲡果姥 嚣荚爨羧窭逶遥歪豢，迂盛立瑟导逶，e p u 检测鬟g 2 导逶惹立帮窳霾秀爨 鞠邀密魄霹囊数羁。由于这一：l 童程穰鬣，彼咒令微秒，继电器不会啜会。懿 聚就开关输出通道有元释损坏，刘c p u 经过预定的时闻收不蓟g _ 2 导逶酶傣 譬，则表示开出通道失灵，也可能怒自枪部分失灵。 汗关量输出回路的澳试利用装置的囱捡回路可以轻松的测试。本套装霞 熬肖2 4 路开出，所有的开出回路通潋路开入通道反馈回来。开出通道的检 测方法：逐个驱动每一路开出通道，随艏检测反馈开入通道，由此检测所有 的开出通道是否有故障。 在下面钡4 试开关量输入功能的过糨中，还需要开出通道的配合，可以检 测开如通道的驱动继电器能力是否正常。 3 。9 开关量输入功麓溪l | 试 辩嚣关量输窭逶遒一榉，开关鏊输入遴遂载溺试瞧是摆怼各竞毫藕会器 彳簪激c 扎d 扩展接口的检测。 要实现开关量输入功能的自检，需簧借助出口插件和信号插件的协助， 并程保护插件的后侧端子接入继电器动作威馈信号。本套装置共有2 8 路开 入，测试的方法是利用开关量输出通邋逐个开出，启动出口插件和信号插件 对应的继电器，利用其常开节点反馈回开关量输入通道。后侧端子接线方式 如表3 2 ： 西南交通大学硕士研巍生攀位论文第3 2 英 中浚定延时渎致并入。 3 ， 。 看门狗功薤测试 万一在强大的干扰下造成了微机穰序出格，希望能装置能迅速发现程序 出格，并能自动地使其重新恢复正常，为此保护插件上设置有看门狗的硬件 自恢复电路。看门狗芯片采用m a x 6 9 1 ，工作原理是：保护软件程序在正常 遥行过程中，必须每隔一段时间发一个脉冲到m a x 6 9 1 的w d i 管脚，以复 能m a x 6 9 1 芯片的内部计数电路。当保护程序出格进入死循环或者c p u 损 坏停止工作时，m a x 6 9 l 在1 6 秒钟之内没有收到c p u 发来的脉冲，则在内 鄢计数电路的捧用下从r s t 管脚发出麓像信号r e s e t ，脉冲宽度为5 0 毫秒， 磁绦c p u 进行燕痘动。 获琶s 萎零矮子寝动或重赣赛动8 0 3 聪。簿次当8 0 3 8 6 在r 嚣s e 专羧灭篱鬻 繁箱一低至毫电蕴转换器重，荚鞠会终囊爱蠢懿滔魂。瑟在r 噩s e 王峦寒毫侄 又强复低电位时，8 0 3 8 6 邸会由一融鲡的裙始状态重耨开始，并开始由熏鬟 的地址提取指令。为了确保能正确地达成熬嚣，8 0 3 8 6 的r e s e t 输入信号必 须维持予高电位至少达1 5 个c l k 2 周期之久。 看门狗电路是保证微机保护装溉在逡行过程中确保程序正常运行的主要 瞄检手段，是提高装置可靠性的重黧硬件电路。对看门狗进行测试就是要看 糟门狗能否在规定的1 6 秒钟发出r e s 飘t 信号，令8 0 3 8 6 重新启动。测试采 用如下方法：在程序初始化阶段设鬣个标志变量为o ，在主程序正常运行 过程中运行看门狗测试函数。先将标志变繁w i d i p 置为5 5 h ，然后开始循 环簿符1 6 秒，期闯不触发m a ) 酾9 l 芯片的w d i 管脚，等待其发出复经脉 游歉s 羊。翅票遘了1 6 秒p u 未复位，粼落明看门猜强跨存在错误，要标恚 嶷爨煳p 秀静溘嚣。程枣重毅瘟韵露涮蘩檬恚变量受5 5 珏受l 瀵鞠番门狻 逛孬正鬻。该耩恚交量簧求在c p u 瑟像道筏孛不会丢失，因藏必须整它存放 谯f l a s h 中。测试流程如图3 1 6 ： 西南交邋太学硕士研究生学位论文第3 3 页 圈3 一1 6 看门猕溪l 试流程 嚣南交通大学颈士磷巍焦学位论文第3 4 凝 3 。 测试程疡缟嗣 图3 1 7 测试总流程 酉南交通文学硕士磁巍熊学位论文第3 s 页 冬个功能攘获豹测试滚程强黎黾在瓣嚣鼹窭，程枣语言透矮x 8 6 汇编滠 蠢，戮较壹囊酶送行疆传酶搡终。“。蕊戆程序滚翟冕围3 一 7 。 溺试程序用x h m 8 6 调试工兵避行 g “a l b o a r d b s t i 毪g p 】。p o c + 隧1 9 8 5 ：3 8 0 一3 8 5 f 4 键s i m p s o 琏w 袋，s h e 鼯g 出e 蘩喜藩鍪臀霉誊鲥薹妻l ；嘴x j ；鬻衙 、毽嚣交黼i 蠹i 崩女 霪羹甚! ；丢露摹蓦= i 妻妻薹 ! ；睡 差= 蠢稻涮雾；喜i 整i 孽鬻囊i 黼嚣薹耋i 溺；羹秘；靼薅攫。饕烈翟凳 歪巍莲繇；丹i ，妾翳鞠疆蘸翳餐，l 主薯! 目 蓁 辩鹱蠲i 誊黪濯。厦囊一目! 墓飘零挚爱蛰裂錾弘黧蜀斟竣淤，鬻骘委薹 x 嚣寿交逶夹学赣童磷窕囊掌往论文第炎 件上进行嘉l 度校正秀甏可看至僳护装鬟传送上来的毫歪帮毫流煎。交羧凌缒 正确与否一看便知。 3 5 电源插件的功畿测试 电源插件是一个由模拟电路组成的插件，其自身的故障必须用专用测试 设备来解决。电源插件提供的电源肖5 v 、1 5 v 和2 4 v ，电源故障可导致器 牛 的不正常的电压或者器件根本没有电服，使之不正常工作，则检测极易进行。 利用保护插件的d 变换通道的5 v 融检可以完成5 v 和1 5 v 电源检测，2 4 v 自检通道可以完成2 4 v 电源检测。 3 。6 通信插馋的功麓测试 逶痿疆 孛秘疆 孛缕穆与爨妒臻秘魄较疆毅，嚣撵按爨功戆模块翻分，魄 保护摇律乡了姻变换功戆，莛德沩貔摸块溪l 试方法露保护捶辞，这墅不褥 累述。 3 7 自检测试报告的显示 试验仿真工具软件用虚拟仪器编程工具l a b w i n d o 哪c v i 编制，以 w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统为平台，按照标准i e c6 0 8 7 0 一5 1 0 3 传输规约实现装 鬣和软件之间的信息传输。 虚拟仪器编程工具l a b w i n d o w 鼬e v i 是美国n l ( n a t i o n a l1 1 1 1 建n l l 舭n t s ) 公司利用虚拟仪器技术l 开发的3 2 位蕊向汁算机测控领域虚拟仪器的软传开 发平台，可以在多静操作系统下f 如碳熊d o w s 9 8 艉影m 耽0 、m a co s 帮t 融i x 等) 运行。宅疆a k s lc 秀孩，瞄褥珐熊强大、镬爱灵活豹c 语吉平台与震予 数据采集、分辑帮表达戆溅控专撤王爨有辊鹣臻台起寒。宅静集残健舞发乎 台、交互式编程方法、丰富翁韵熊灏板和库函数大大增强了c 语言鼹功魏， 为熟悉c 语言的开发人员建立检测系统、自动测量环境、数据采集系统、过 程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境。 l a b w l n d o 哪c v i 将源代码编辑、3 2 位a n i sc 编译、链接、调试以及 标准a n i sc 库等集成在一个交互溅开发环境当中。因此，用户可以快速方 便地编写、调试和修改应用程序，形成可执行文件。使用l a b w i n d o w s c v i 设计的虚拟仪器可以脱离l a b n 坩n d o w s c v i 开发环境，用户最终看见的魁和 实际的硬件仪器相似的操作面板n ”。 仿真调试工具软传的启动爨掰期鲻户主爨面如下： 西南交滋太攀硕士磷鼗生学僚论文第3 7 页 图3 一1 9 仿真调试工其较辞廖翁弊蓝 图3 吨0 傍粪疆渡工晨软尊蠲户主券蠢 西南交潦大学硕士研究生学位论文 第3 9 攒 3 ，8 测试的分析 在叙述了强传功能螽涌试方法豹熬璇上，这墼放溺试要求痞黢，对穰块 和熬机的测试进行定性的分析，对分析的缩粜进行评判，提出改避钡4 试性能 的建议。 3 8 1 测试的性能要求 髓缝要求键嫠藏簿鹣稔测率亵隔离率。鼹予产磊| l 孽不强溅试，箨验浚测 试、维护测试和维修灏4 试，性能要求各不同。 验收测试鼹要证明装鼹硬件是好的，为了满足产鼎质量的需鼹，对予技 寒要求孛魏琉瓣帮毪躯，捡溺率寝该必l ，帮获要求夔堙戆秘牲襞痰该 全部满足要求，全部可测稀且全部溅试正确。 维护洼测试，是在设备使瘸的道穗中，j ；i | 月少量的测试设备或者自检测 方法在使用貔阉豫或过程巾对其检灏瓣方法，维护梭鹃测试有以下簧求： 检测率的爱求是至少熊检测所有敞障的9 5 ，所检测的故障能全部报卷； 隅离攀静要求，质检测的故障至少搿9 5 隰离到整机，8 5 隔离烈模块一级， 在模块中，辘隔离到小予镣予7 个郡律的隔离率是l o o 隔离别，l 、手等予5 个部件的隔离率是9 5 ，隔离到小于等于3 个部件的隔离率是8 0 ； 维修测试是在有故障的情况下，对故障遴行隔离秘诊断，梭测攀的指橛 应该闲予验收溅试，隔离攀是缍掺溯试串熬一个重要静指标，疆离率越嘉， 维修时间越短，对维修性测试的性能凝求，麓少要满恩维护性测试的要求。 3 ，8 。2 基本徽设 对整枫和模块豹测试避行定量分辑，诗舞检测率，瘦该进季亍以下基本的 馁设： a 失效率很低的无源元器件不程考虑的范围内，这些元器件宥去偶彀 容、电阻、p e b 连接器i b 每一个葬重刻其寄一个故簿发生； c 外部电源供电正确； d c p u 芯片基本工作正常即是梭通过，可以运镗程序； e 。敢簿不楚阕歇淫豹。 酉南交通大学硕士研究缴学位论文第4 0 页 3 。8 。3 故障模撅 在攒l 试的过程中，对各萃孛敬障避行模拟，可以从另一方蟊检查测试过糕 的肖效性。故障模拟的方法很多，不阐的故障类型采用的方法不同，大致可 以分为内部软件模拟和外部的激励模拟两种，但这两种方法又不完全对立， 材时内部软件模拟需要外加激励，外部的激励模拟也可能需要内部软件协助， 只怒侧重点不同。 有些故障需要用内部软件模拟，如测试地址总线操作中，就可以进行故 障模拟；还有些故障则要用外部激励横拟，如电源不正常测试，可以加入非 燕常范围的电压如低于4 5v 的电压进行敞障模拟和测试。 放簿模掇也存在闽题，首先进行鼓簿模羧是否毙囊实邋反浃实际豹故 簿，帮放薅模型戆囊实性阕蘧；其次，一黧故障懿芯片懿内部功戆教障，在 溪骞戆条终稻方法下，不麓竞全模羧。簸慧貔说寒，鼓舞模掇霹测试戆全嚣 髓秘骞效瞧都有益处，是在涮试方法中不瑶缺少酶手段。表3 3 是徽瓠l 保护 毅滋的故障类型和故障模投方法。 表3 3 微机保护装置的敞障类型和故障模拟方法 序号 故障横拟故障模拟 l c p u 操作不正常软件模拟 2控制总线不正常外部模拟 3地址总线不藏常外部模拟 4数据总线不艇常外部模拟 5s r 蛳不最常软件模拟 彝 f l 矗s h 不正常软件模掇 7 中鼗不燕霉敦释摸蘩 8 事墨o 举溅鬻 癸部模撼 9a 墙变欹不i e 常 激励模拟 l o 开关囊输出不藏常软件模拟 1 l 开关量输入不i e 常外部模拟 1 2 看门狗不藏常外部模拟 3 8 4 缺点与不足 对整机的性能测试，从插件入手，分丰厅了信号的功能流程，深入到备功 西南交通大学硕士磺疯生学位论文第4 2 鞭 第4 章新一代徽祝保护装差测试方案探讨 在上一章中介绍了功能自测试的方法对髓也l 系列微机保护装置的硬件 进行了测试。总体说来，自测试方法达到了预定的要求，但是故障隔离率难 以达到要求，这是由于插件结构复杂，没宥考虑可测性设计，无法观察到捅 件内部的很多节点。因此，新一代微机保护装置在设计过程中就必须考虑可 测性设计的问题。下面介绍一种比较蜜用的可测性设计的方法“”3 。 4 1 边缘扫描技术 边缘扫搐技拳是数字邀路可测试梭设诗豹重要方法，可阻放本质提离了 系缓熬鼹察缝酾霹控翻毪。蕊e 孥燕| 9 粥年藏委式零谈了疆a g 标准， 势定为l e e el1 4 9 ，l 一9 e ，它恕在器转竣诗孛热入边缘l 霉攒溺试技零及痊弱 该技术来测试器俸匏方法标准捉。阉警，边缘扫描描述语言b s d l ( b o u n d a r y s c a l ld e s c f i p t i o nl a l l g u a g e ) 被掇了出来，并被广泛的采用。目前， 边缘扫描测试技术已被世界上几乎所肖的印制电路板生产厂所接受，下面对 边缘扫描技术作详细的介绍”“。 4 1 1 应用概况 在过去的五到十年间，总线测试穗成为电踌扳故障测试的首选方法。自 动测试设备所以引起电路板生产厂家鹩淀意，是由于它具有简化生产测试程 黪的熊力。由子在线测试可以葶| j 矮现肖懿测试图形瘴，困建，节省了测试图 影的开发葬重滔。蘧癸，在线测试氇苓要求鼗漳裘瑰一定要莛撵鬟簸出端，函 筵列爝在线测试遗行数障渗薮，魄凌缝赦漳隔离更篱擎霜抉蕤。然嚣，瑷我 测试技术发展的成栗已使得在线灏试的黪殿瞧受到一定威胁，并佼边缘扫攘 测试成为更受欢迎的测试方法。 封装和电路板组装技术的发展，融使得在线测试的针床难于与电路板一e 的缩点接触。从引脚距离来说，随赭器件的引脚距离不断缩短，由双列宜插 斌组件( d i p ) ，引脚栅阵列( p g a ) 器件的2 5 4 毫米、小外形集成电路( s o i c ) 的1 2 7 毫米发展到四方扁平封装( o f p ) 的o 6 3 5 毫米及胶带式自动接合 ( t a b ) 封装方式的0 2 0 3 毫米，因此留给针床的接触点空间己越来越小， 健在线测试难于实现“。而且，超大规模黛成电路v l s i 要求非常长的测试 嚣鸯交逶大攀磺童蟥突生学位论文繁4 3 凝 穿歹l ，鲡票在这样长豹溺试净舞藐露期闻，遥镬集戒电路输出反良驱确，可 熊造成对整个p c b 电路扳可靠憋的影响，甚至使某些器 牛损坏。 由于表面安装技术s m r 韪搬器件粘接在电路板上，而不是插在邋孔中， 因此测试探针无法由电路板的底部与器件的引脚接触。此外，由于表丽安装 技术增加了开路的机会，故在进行梅线测试时，还需要加入人工的探测操作。 另一方面，采用表面安装技术的电路板通常都是双面的，也就是说，电路檄 两面都焊有元件；至于其它更先嫩的蜜装技术，例如多晶片模块组件及多层 电路板技术，则更进一步限制了猩线测试及人工诊断探测操作与器件引脚接 触的可能。 毫路板生产厂家也发现，为程线澳l 试产生测试图形兹成本已越寒越赢。 簿接在电路板上豹专羯集成奄鼹( a 瓣e ) 、霹缠程菸襄逻辑( p a l ) 、是铸l 及 半定京l 器赣歪不叛臻长，侵镪饲矮予袋溺瑷有瓣瓣试錾影疼凌豹标猴爨终测 试强形。事实上，每经过一个缀缀麓嚣誊期，专用集成电路及超大巍模集成氛 路( v l s i ) 内的门电路数秘便会增加一倍，扶丽使开发测试图形的成本避一 步提高。 因此，目前边缘扫描测试技术已峨为解决各种测试难题的最有效办法。 目前市面上新的微处理器芯片及可编糨逻辑器件基本上都支持边缘扫描测试 技术。新一代的微机保护装黉将会追求结构更简单，性能更可靠，可能采用 集成度更高的、功能更强大的芯片。 采用边缘扫描测试的主要原因之一乃是节省开发测试的时间。开发电路 援测试程序所需的总时闻是出器 牛的安装方式来决定的，两边缘扫攒测试按 本将可轻易遮把所需要缒开发辩闯躐少5 0 至49 8 。铡懿，一片i 珏t e l8 泓8 6 处理器，懿莱没毒边缘扫攒溺试技零，至少零要6 令莠熬秀发慝阕考我缡镄 老联嚣戆嚣试嚣影，通过边缘扫臻测试技零帮鑫动赣：测试生藏软译，嚣发嚣尊 闯将可缩减为数天。 由上可见，节省开发时间鞠缀赞的这些优点，是选择边缘扫描测试技术 作为新一代微机保护装置电路板测试方法的主要因素。 4 1 2 应用基础 制造p c b 电路板时，需保证的露点是确信所有的元件严格地安装到p c b 板上的正确位置，且器件之间的相亘连接符合设计要求。因而，生产完成之 后，澳试的首要任务就是器件( 例如l c ) 之间的连接是否是百分之酉的芷确。 西南交遗失警磺士研究生学位论文繁4 4 页 图4 1 边缘扫描测试的基本结构 边缘扫描测试的基本思想是在靠近器件的每一个输入输出( i 0 ) 管脚处 增加一个移位寄存器单元。在测试期间，这些寄存器单元用于控制输入输出 管脚的状态( 高或低) ，并读出输出管脚的状态，利用这种基本思想就可测试 出电路板中器件的好坏及相互连接的正确性。在正常工作期间，这些附加的 移位寄存器单元是“透明的”，也就是说，不影响电路板的正常工作。 边缘扫描可测性设计是一个四线测试总线结构( t a p ) ，它通过一个测试 控制器去扫描集成电路的输入输出管脚，以测试这些管脚的状态，并进入集 成电路内部去访问在设计中设置的内测试电路( b i s t ) ，以测试集成电路的 内部逻辑状态。因此，边缘扫描可测性设计实际上是内测试技术和扫描测试 蟊紊交逶大擎疆妻耢舞耋学位论文繁毒炎 技术的结台。图4 1 示密了边缘乎曩攥骥l 试麴基奉结祷。 1 测试总线 边缘扫描测试的测试总线规定肖网条。 1 ) t d i 一、狈4 试数据输入端： 2 ) t d o 一测试数据输出端； 3 ) t m s 一测试方式选择输入端； 4 ) t c k 一测试时钟输入端。 此外，还有可供选用的t r s p 测试复位输入端。 2 边缘扫描寄存器 边缘扫接寄存器( b s r ) 构痨l 边缘季薯接通路。边缘扫描寄存嚣的每一个 肇元由存继器、发送器，接牧嚣翻缀謦器缀藏。这些基本擎元罄置于集成滚藏 豹辕入，臻塞薅瓣近，蒡蒋它秘骜麓鞠连稳残一令移整毒存器链，该镳瀚赘滚 接t i ) 王，末端接髓) o 。当测试时钟韵0 k 热入时，扶鞠| 燕入的溅试数溅鞠 可在移位寄存器中移动扫描。由于以为寄存器链位于集藏电路圆周的遮 缘上，故成为“边缘扫描寄存器b s r ”。有了这些边缘扫描寄存器，我们就 可以控制和观察一个器件每个管脚( 除了时钟管脚、电源和地管脚、t a p 管 脚) 的信号。 边缘扫描寄存器的工作是受工作方式及多路转换开关控制的。每个扫描 单元的基本结构如图4 2 所示。每一个扫描单元可以保持一个逻辑值，遮个 值可以串行输入，也可并行输入该荤冗。同样，可串行输出也可并行输出该 单元的内容。图4 3 是促了由多鼹转换开关控制的输入与输出的各秘组合憾 援。 串簿输爨 厂7 | 一一l 并行辅入 人一 i 0 卜、，f - 并行输出 j 、| 1 一 l 串行输入 图4 2 扫描帮元的基本结梅 西南交逶文擎颂士研究生学僚谂文繁4 6 页 串行输出 ， 厂= l l 井行输 l j 并行辅往 串行输入 串行辘a 出 嗍4 3 多路开关的工作 3 ，测试用数据移位寄存器( u d _ i r ) 测试用数据移位寄存器怒一个可串行扫描且可并行输入，输出的寄存器。 逶过多路转按牙关使串雩亍扫按端部可与强i i 辐连，也可与) o 摆逡。莠孬 溃与集裁壤貉肉部棱心逻瓣鞠连，爨矮将溺试数撩经睾孬螽攘磬行簸送入毫 路内部作为攒i 试图形矢量。同时，也可将内部数据并行取出而以串行掇描方 式通过t d o 端输出，以便判断测试结果。作为边缘扫描测试标准，对测试 用数据移俄寄存器u d 了r 采作强行规定，即测试用数据寄存器u d t r 的形式 和放置的位置均可由设计者决定。不过，一般是用u d t r 将核心逻辑的各功 旋模块包潮起来，强便单独对务琏能块进行测试。越辨，测试翅数鬃移袋毒 存器u 掰装也可作为蠢溺试( 转l s ) 使焉，奁内潜产生禳l 试信号著翔羧其溅 试结果。 4 辅助寄存器 辅助寄存器包括器件标志寄存器及旁路寄存器。器件标志寄存器用于积 存表征参加扫描