一种利用故障树对系统手动复位故障的分析与排除

王旭东 花文波 赵婧华

摘要：故障树分析法是产品故障分析中常用的一种分析方法，它具有很大的灵活性，可以根据图形演绎的方法清晰地分析出系统的各种故障状态。在科研生产中，故障树被技术人员广泛应用于故障分析的过程中。本文以一例系统手动复位故障的分析与排除为例，详细阐述故障树的原理及实际使用。

关键词：故障树;分析;复位

中图分类号： TP311        文献标识码：A

文章编号：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

随着科技的发展，机载电子系统的功能越来越多，越来越复杂，这就使得故障发生的概率和频次也越来越高，因此，故障的分析和排除成為保障系统正常稳定工作必不可少的关键环节。传统的故障分析技术过度依赖于技术人员对系统的熟悉程度和维修经验，基本上采用单一的分析方法，但随着机载电子系统的结构变得越来越复杂，一般的技术人员不具有丰富的故障排查能力，传统的故障分析技术已不能满足需求，这就使得故障分析的速度与准确性不高，故障平均修复时间长。运用故障树分析法可以把系统的故障征兆和故障原因形象的表现为因果链，层次清晰，是一种有效的故障分析与排除的方法，提高了系统的可靠性和安全性。

1 故障树定义

故障树（Fault Tree）是指以最不希望发生的事件为出发点，逐级描述可能引起故障发生的所有原因及其相互关系的树状逻辑关系图。故障树分析法（Fault Tree Analysis）是利用故障树模型对研究对象进行分析的方法，是由上往下的演绎式失效分析法，利用布林逻辑组合低阶事件，分析系统中不希望出现的状态。故障树分析主要用在安全工程以及可靠度工程的领域，用来了解系统失效的原因，并且找到最好的方式降低风险，或是确认某一安全事故或是特定系统失效的发生率，也用在航空航天、核动力、化工制程、制药、石化业及其他高风险产业。故障树分析可以分为五个步骤：定义要探讨的不想要事件、获得系统的相关资讯、绘制故障树、评估故障树、控制所识别的风险。

2 系统手动复位故障定位及原因分析

2.1 故障概述

系统在进行功能测试时，发现手动复位功能异常，经过进一步分析，发现该系统内的CPU模块上电后光隔输入HANDRESET手动复位信号异常，导致系统功能测试时出现复位故障。

2.2 CPU模块工作机理

CPU模块采用80486DX2-66作为处理器，采用FPGA作为桥接器，实现80486总线到局部总线的转换，完成对外设及存储器的访问，且内部实现计数器、离散量管理等功能。此外，CPU模块上还实现了RS429接口，1553B接口，A/D转换接口等。CPU模块工作原理逻辑框图见图1。

2.3 故障树分析

CPU模块提供4路光隔输入信号，其中HANDRESET信号用于产生手动复位信号。根据故障现象，建立故障树对复位功能异常故障进行分析，CPU模块复位功能异常故障树见图2。

2.3.1 供电分析

CPU模块上需要5V、+15V、-15V电压，由测试设备提供。经过测量，以上电压值输出稳定，供电正常，供电部分电路设计合理，无引发CPU模块复位功能异常故障的问题。

2.3.2 CPU模块硬件电路分析

2.3.2.1 CPU处理器设计分析

模块上CPU处理器采用选用80486DX2-66中央处理器，局部总线频率（外频）为32MHz，CPU工作频率（内频）为64MHz，数据总线宽度为32位。在调试测试过程中，CPU处理器工作正常，且能够正常访问板内资源，无引发CPU模块复位功能异常故障的问题。

2.3.2.2 复位电路分析

模块采用单5V电源输入，由MAX791芯片完成复位主要功能，包括上电复位、手动复位和软件复位，当VCC>4.65V时，200ms内复位有效，200ms后复位结束，产生上电复位信号，当VCC<4.65V时产生掉电复位。经测量，该模块复位功能正常，产生手动复位信号后能够正常复位，因此复位电路设计合理，无引发CPU模块复位功能异常故障的问题。

2.3.2.3 FPGA电路分析

CPU模块FPGA采用XLINX公司的XQ4013E4PG223M芯片，PROM使用国微公司的SM1701。经过测量，PROM中的逻辑码已成功加载至FPGA，且测量FPGA输出控制信号均正常，无引发CPU模块复位功能异常故障的问题。

2.3.2.4 光隔电路

CPU模块提供4路光隔输入信号，其中2路为28V电平（HANDRESET、SENDUP），1路为15V电平（YC_REQ），1路为5V电平（CTL_REQ）。经测量，经过光隔电路输出的信号均正常，因此光隔电路工作正常，无引发CPU模块复位功能异常故障的问题。

2.3.2.5 或门电路

HANDRESET信号输入至或门SNJ54LS32J，与RTNGND正或后输出，可以产生CPU模块手动复位XRSTIN*。经测量，RTNGND接地，输入信号HANDRESET为低时，XRSTIN*信号异常，为常高，但拆除后端二极管后XRSTIN*信号正常，可以产生低信号，因此或门电路工作正常，无引发CPU模块复位功能异常故障的问题。

2.3.2.6 二极管

CPU模块XRSTIN*信号由或门电路输出，经过V2位保护二极管JANTX1N5712-1后输出至复位芯片MAX791实现手动复位功能。经测量，该二极管电阻仅32欧，为失效状态，正常应正向测量有30余兆欧，反向无穷大，因此该二极管失效是导致CPU模块复位功能异常故障的原因。

2.3.3 软件分析

CPU软件为固化在FLASH中的监控程序，用于测试板内资源以及用户烧写应用程序。该软件设计可靠，技术成熟，使用中未发现存在问题。

3 復位电路机理分析

光隔输入手动复位XRSTIN*、软复位SRESET、手动复位XRSTIN通过保护二极管并联接入复位芯片MAX791MJE的手动复位管脚MR，分别可输入信号至复位芯片产生复位信号RES#对模块进行复位，如图3所示。

光隔输入手动复位信号HANDRESET输入至或门SNJ54LS32J，与RTNGND正或后输出，可以产生手动复位信号XRSTIN*，如图4所示。

对该模块进行光隔输入手动复位测试，RTNGND接地，输入信号HANDRESET为低时，XRSTIN*信号常高，但拆除后端V2位二极管JANTX1N5712-1后XRSTIN*信号正常，可以产生低信号，因此或门电路工作正常，经测量，该二极管电阻仅32欧，为失效状态，正常应正向测量有30余兆欧，反向无穷大，该二极管失效导致XRSTIN*信号无法置低，模块无法正常进行光隔输入手动复位，复位功能异常。

4 解决措施

更换V2位二极管JANTX1N5712-1后进行测试，手动复位功能正常，模块工作正常，为进一步验证解决措施的有效性和健壮性，进行高低温工作，低温-55℃，保温4h，加电工作1h，高温+60℃，保温4h，加电工作1h，系统均工作正常，手动复位功能正常，故障排除。

5 结语

机载电子系统的故障分析与排除的方法有很多种，同传统的故障分析方法相比，基于故障树模型的故障分析方法具备基于经验基础和定量模型进行故障分析两者的优点，实现了对机载电子系统故障的快速排查并给出科学的解决方案，为技术人员提供了高效、准确的故障排除手段，为机载电子系统提供了强大的技术保障能力。

参考文献：

[1] 朱芳仪.故障树分析法在工控故障诊断中的应用[J].现代电子技术，2012，35（8）：104-106.

[2] 侯安华，秦红磊.基于故障树和规则的故障诊断专家系统[J].微计算机信息，2008，24（19）：191-193.

[3] 陈越洲，谭琳，邢维艳，等.一种新的故障树定性分析方法[J].计算机工程，2008，34（13）：67-69.

[4] 柯铭铭，路平.故障树在无人机发射机故障诊断中的应用[J].现代电子技术，2011，34（19）：18-20.

【通联编辑：唐一东】