基于CPCI总线的涂胶台工控机维修

马培圣

(中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄 050051)

随着PC 产业的蓬勃发展，也带动了工业控制技术[1]的提升，工控机是一种采用总线结构，对生产过程以及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。它具有重要的计算机特征和属性，如同样具有CPU、内存、硬盘、外设和接口，也有操作系统、控制网络和各种协议，作为人和各种工业设备之间的人机界面，越来越友好和智能化。工控软件系统主要包括操作系统软件、工控软件和应用软件开发环境等，工控应用软件是根据用户工业控制与管理的需要而生成的，因此具有一定的专用性。由于面对的工业对象通常是较为复杂的多任务系统，还必须具有多线程性。

1 CPCI 总线工控机

CPCI 总线(CompactPCI[2]紧凑型PCI)，是国际工业计算机制造者联合会组织于1994年提出的高性能工业计算机总线标准。它是工控机和外部设备连接的一种先进的接口技术，具有可热插拔、高开放性、在恶劣的工业环境中有高可靠性和易维护性等突出特点。在电气特性上，CPCI 总线是以PCI 电气规范作为基础，解决了VME 等其它总线技术和PCI 技术不能兼容的问题，使得基于PC的硬盘存储技术和x86 架构在工控领域可以使用。由于在总线技术作了重大改进，使得CPCI工控机有高密度性等优点。在机械结构上，CPCI总线结构使用了欧卡连接器和标准3U、6U 板卡尺寸。还具有良好的通风性和抗震性，更换和维修板卡也极为方便。

2 涂胶台工控机的结构

涂胶台是半导体工艺光刻[3]中的重要设备，通过主轴的旋转，滴在晶片上的光刻胶在离心力的作用下由轴心向径向飞溅出，而粘在晶片表面的胶受附着力的作用粘附在晶片表面，在高速旋转中胶中溶剂不断挥发，形成一层均匀的胶膜。这个工艺要求主轴的旋转角速度和涂胶臂的径向移动线速度配合的恰到好处，EVG 涂胶台采用EKF 公司的CPCI 工控机，很好地实现了这种技术要求。它不使用PLC，直接用工控机控制各智能模块，该设备使用了3UCAN 卡和CAN 总线连接输入输出信号，包括模拟信号和数字信号，如图1所示各模块连接。用3U COM卡进行通讯，6U 电动机驱动卡控制各个电机运动，主轴电动机是通过附属接口卡上的COM1 进行通讯，然后由电动机控制模块实时控制各运动参数。工控机的操作系统采用windows 2000。图2为EVG 涂胶台工控机的内部结构图。

3 工控机蓝屏死机的故障分析及解决方法

该涂胶台的工控机曾频繁死机，在开机或重启后蓝屏。维修时，首先将工控机与外部设备的连接断开，只保留电源输入，故障依然存在，确定为工控机本身故障导致。将CAN 卡、COM卡和电动机控制卡拔出，故障依旧，测量CPCI 引脚供电3.3 V、5 V 正常，再用替换法确认内存和CPU 芯片正常，最终将故障定位在CPU 卡、附属卡和CPCI 底板卡，遵循由易到难的原则，更换了一块EKF的CPU 卡，让CPU 满负荷运行，经过3个小时的烤机，工控机表现正常，硬件故障已经解决，但又遇到工控机维修中比较头痛的问题，由于电子产品更新比较快，所换CPU 板卡型号不同，原有的操作系统不能使用，若重新安装，设备厂商又没提供工控软件的安装程序，经过求证，最后采用了操作系统的修复安装法[4]，由系统盘引导进入安装程序，初始化完成后选择“开始安装windows 2000”，安装程序会查找到已存在的windows 2000，然后选中并按“R”键，这样开始修复系统，之后依次安装HAL、IDE 控制器驱动程序和新CPU 板必须具有的任何其它驱动程序，最终操作系统即恢复正常，工控软件也不受影响，至此工控机蓝屏死机的故障修复完毕。

图1 CAN 模块连接

图2 CPCI 工控机结构图

4 工控机通讯故障的解决办法

该涂胶台的工控软件打开后，无法操控主轴电动机运转，对于这个故障需要考虑的有几种可能：工控机通讯问题、线缆连接断路、电动机故障及其驱动器通讯模块异常，如果逐一更换或全部更换可疑部件，该故障毫无疑问可以解决，但肯定增加维修成本和维修周期。在这里我们将用分段排除法分析判断此故障。首先，用一台带有串口的PC 机使用原有线缆通过RS232 接口与电动机驱动器连接，在PC 机上安装并运行一款名为“串口调试助手”的软件，如图3所示为软件界面。选择正确的COM口，波特率设为9600，设置校验、数据位、停止位为默认，在“数据发送”的对话框内以十六进制数发送本地指令给电动机，电动机可以作出相应的动作响应，软件界面的“数据接收”对话框内也反馈回正确的数据结果，这表明电动机这一侧是正常的，故障出在与电机通讯的CPCI工控机内附属接口卡COM1，更换该卡并重新安装驱动程序后，设备恢复正常。

图3 测试软件界面

5 结束语

随着社会信息化的不断深入，关键性行业的关键任务将越来越多地依靠工控机，CPCI 总线的工控机基于其特有的优势，必然越来越多的设备会采用，学习和掌握这种工控机对设备检修人员高效快速的解决故障将会有很大的帮助。

[1]朱辉.工控机行业的现状及技术发展趋势[J].电子技术应用，2009，5.

[2]刘鑫，周金莲.CompactPCI 总线工控机技术的现在与应用[J].电子技术应用，2002，8.

[3]李兴.超大规模集成电路技术基础[M].北京：电子工业出版社，1999：37-40.

[4]柳坚.换硬件不必重装Windows2000[K].电脑爱好者合订本，2004（下），33.