基于CPCI總線的涂膠臺工控機維修

馬培圣

(中國電子科技集團公司第十三研究所，石家莊 050051)

隨著PC 產業的蓬勃發展，也帶動了工業控制技術[1]的提升，工控機是一種采用總線結構，對生產過程以及機電設備、工藝裝備進行檢測與控制的工具總稱。它具有重要的計算機特征和屬性，如同樣具有CPU、內存、硬盤、外設和接口，也有操作系統、控制網絡和各種協議，作為人和各種工業設備之間的人機界面，越來越友好和智能化。工控軟件系統主要包括操作系統軟件、工控軟件和應用軟件開發環境等，工控應用軟件是根據用戶工業控制與管理的需要而生成的，因此具有一定的專用性。由于面對的工業對象通常是較為復雜的多任務系統，還必須具有多線程性。

1 CPCI 總線工控機

CPCI 總線(CompactPCI[2]緊湊型PCI)，是國際工業計算機制造者聯合會組織于1994年提出的高性能工業計算機總線標準。它是工控機和外部設備連接的一種先進的接口技術，具有可熱插拔、高開放性、在惡劣的工業環境中有高可靠性和易維護性等突出特點。在電氣特性上，CPCI 總線是以PCI 電氣規范作為基礎，解決了VME 等其它總線技術和PCI 技術不能兼容的問題，使得基于PC的硬盤存儲技術和x86 架構在工控領域可以使用。由于在總線技術作了重大改進，使得CPCI工控機有高密度性等優點。在機械結構上，CPCI總線結構使用了歐卡連接器和標準3U、6U 板卡尺寸。還具有良好的通風性和抗震性，更換和維修板卡也極為方便。

2 涂膠臺工控機的結構

涂膠臺是半導體工藝光刻[3]中的重要設備，通過主軸的旋轉，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，在高速旋轉中膠中溶劑不斷揮發，形成一層均勻的膠膜。這個工藝要求主軸的旋轉角速度和涂膠臂的徑向移動線速度配合的恰到好處，EVG 涂膠臺采用EKF 公司的CPCI 工控機，很好地實現了這種技術要求。它不使用PLC，直接用工控機控制各智能模塊，該設備使用了3UCAN 卡和CAN 總線連接輸入輸出信號，包括模擬信號和數字信號，如圖1所示各模塊連接。用3U COM卡進行通訊，6U 電動機驅動卡控制各個電機運動，主軸電動機是通過附屬接口卡上的COM1 進行通訊，然后由電動機控制模塊實時控制各運動參數。工控機的操作系統采用windows 2000。圖2為EVG 涂膠臺工控機的內部結構圖。

3 工控機藍屏死機的故障分析及解決方法

該涂膠臺的工控機曾頻繁死機，在開機或重啟后藍屏。維修時，首先將工控機與外部設備的連接斷開，只保留電源輸入，故障依然存在，確定為工控機本身故障導致。將CAN 卡、COM卡和電動機控制卡拔出，故障依舊，測量CPCI 引腳供電3.3 V、5 V 正常，再用替換法確認內存和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 滿負荷運行，經過3個小時的烤機，工控機表現正常，硬件故障已經解決，但又遇到工控機維修中比較頭痛的問題，由于電子產品更新比較快，所換CPU 板卡型號不同，原有的操作系統不能使用，若重新安裝，設備廠商又沒提供工控軟件的安裝程序，經過求證，最后采用了操作系統的修復安裝法[4]，由系統盤引導進入安裝程序，初始化完成后選擇“開始安裝windows 2000”，安裝程序會查找到已存在的windows 2000，然后選中并按“R”鍵，這樣開始修復系統，之后依次安裝HAL、IDE 控制器驅動程序和新CPU 板必須具有的任何其它驅動程序，最終操作系統即恢復正常，工控軟件也不受影響，至此工控機藍屏死機的故障修復完畢。

圖1 CAN 模塊連接

圖2 CPCI 工控機結構圖

4 工控機通訊故障的解決辦法

該涂膠臺的工控軟件打開后，無法操控主軸電動機運轉，對于這個故障需要考慮的有幾種可能：工控機通訊問題、線纜連接斷路、電動機故障及其驅動器通訊模塊異常，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，用一臺帶有串口的PC 機使用原有線纜通過RS232 接口與電動機驅動器連接，在PC 機上安裝并運行一款名為“串口調試助手”的軟件，如圖3所示為軟件界面。選擇正確的COM口，波特率設為9600，設置校驗、數據位、停止位為默認，在“數據發送”的對話框內以十六進制數發送本地指令給電動機，電動機可以作出相應的動作響應，軟件界面的“數據接收”對話框內也反饋回正確的數據結果，這表明電動機這一側是正常的，故障出在與電機通訊的CPCI工控機內附屬接口卡COM1，更換該卡并重新安裝驅動程序后，設備恢復正常。

圖3 測試軟件界面

5 結束語

隨著社會信息化的不斷深入，關鍵性行業的關鍵任務將越來越多地依靠工控機，CPCI 總線的工控機基于其特有的優勢，必然越來越多的設備會采用，學習和掌握這種工控機對設備檢修人員高效快速的解決故障將會有很大的幫助。

[1]朱輝.工控機行業的現狀及技術發展趨勢[J].電子技術應用，2009，5.

[2]劉鑫，周金蓮.CompactPCI 總線工控機技術的現在與應用[J].電子技術應用，2002，8.

[3]李興.超大規模集成電路技術基礎[M].北京：電子工業出版社，1999：37-40.

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