用于诊断基于电子的产品的装置和方法

用于诊断基于电子的产品的装置和方法
【专利摘要】用于诊断基于电子的产品(150)的装置(110)包括用于监测与产品(150)关联的参数的多个传感器(210)。每个传感器(210)在监测参数时生成模拟信号和数字信号中的至少一个。装置(110)还包括用于将模拟信号转换成数字信号的多个转换器(215)、用于基于数字信号与阈值参数值的比较来确定异常参数条件的处理模块(220)。与参数对应的每个异常参数条件基于关联参数的数字信号与对应于参数的阈值参数值的比较来确定。装置(110)还包括：存储器模块(225)，配置成存储与异常参数条件关联的信息；以及通信接口(240)，向外部装置(160、170)提供信息以用于诊断产品(150)。
【专利说明】用于诊断基于电子的产品的装置和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及诊断工业工厂和过程中部署的各种基于电子的产品。
【背景技术】
[0002]工业系统和过程的监测和诊断是重要现象，因为制造商努力提高质量、增加生产和降低成本。这种监测通常针对诊断工业系统的各种组件中的故障。工业系统及其组件的监测涉及测量与工业系统的组件相关的各种环境变量、过程变量和物理数据。工业系统设计成将各种监测系统用于监测工业系统中的组件的操作。基于监测系统所提供的信息，当工业系统的一个或多个组件指示其操作中的故障时，可采取校正动作以保护工业系统的完整性。
[0003]现代工业系统和过程的监测包括部署外部监测系统，外部监测系统测量和记录与工业系统的组件相关的物理和环境数据。示范监测系统包括与被监测组件耦合的感测部件，以便生成表示被监测组件的条件的信号。监测系统还包括至少一个外部控制站，该外部控制站配置成从一个或多个被监测组件接收信号，并且执行所接收信号的诊断以识别被监测组件中的任何故障。这类示范监测系统利用在被监测组件是基于电子的产品的情况下不能够顺利耦合到被监测组件的独立仪器，因为这类仪器趋向于干扰基于电子的产品的正常功能。此外，这些监测系统的实现可能是高费用的。
[0004]相应地，由于外部监测系统所引起的、涉及基于电子的产品的工业过程的扰动的风险以及外部监测系统的高费用植入，这类监测系统可能不适合于基于电子的产品中的应用。

【发明内容】

[0005]下面提供本公开的简化概述，以便提供对本公开的一个或多个方面的基本了解。本概述不是本公开的广泛概述。预计既不是识别本公开的重要或关键元件也不是描述本公开的范围。相反，本概述的唯一目的是以简化形式来提供本公开的一些概念，作为下文中提供的更详细描述的序言。
[0006]本公开的一个目的是提供用于执行工业工厂/系统和过程中部署的基于电子的产品中的故障的实时诊断/分析的机制。本公开的另一目的是提供能够与基于电子的产品集成并且在没有干扰基于电子的产品的功能的情况下进行操作的、用于监测和诊断基于电子的产品的自主装置。本公开的另一目的是提供甚至在基于电子的产品中的故障出现之前的基于电子的产品的预防性维护。本公开的又一目的是检查在保修协议下对基于电子的装置的更换/维修所做出的要求的真实性。
[0007]以上所述及其它目的可通过一种用于诊断基于电子的产品的装置来实现，该装置包括:多个传感器，与基于电子的产品耦合，用于监测与基于电子的产品关联的多个参数，每个传感器配置成在监测参数时生成模拟信号和数字信号中的至少一个；多个转换器，用于将与多个参数关联的模拟信号转换成数字信号；处理模块，与多个转换器耦合，用于至少基于数字信号与阈值参数值的比较来确定异常参数条件，对应于参数的每个异常参数条件基于与参数关联的数字信号和对应于参数的阈值参数值的比较而确定；存储器，与处理模块耦合，该存储器配置成存储异常参数值；以及通信接口，向至少一个外部装置提供异常参数值以用于诊断基于电子的产品，其中该装置配置在基于电子的产品的托管(hosting)模块中。在一个实施例中，异常参数条件还可从数字信号与阈值的比较、异常梯度、数字信号的异常组合以及内部计算值(来自一组传感器、数学模型和/或分析计算)中的一个或多个来确定。
[0008]在一方面，该装置包括处理系统，处理系统是专用集成电路(ASIC)、芯片上系统(SOC)、微控制器单元(MCU)、数字信号处理(DSP)、电可编程逻辑装置(EPLD)、复杂可编程逻辑装置(CPLD)、分立组件的系统、混合系统和现场可编程门阵列(FPGA)系统中的至少一个。处理系统包括用于控制多个传感器和多个转换器的一个或多个逻辑模块。处理模块还可配置在可包含于基于电子的产品的托管模块的处理系统中。在一方面，托管模块是基于电子的产品的电路板、基于电子的产品的底板、基于电子的产品的中央处理单元(CPU)以及基于电子的产品的输入/输出(I/O)模块中的至少一个，部分或完全由基于电子的产品的一个或多个部分、基于电子的产品的单板、基于电子的产品的主板以及基于电子的产品的子板来确保。在一方面，装置的存储器配置成存储与异常参数条件关联的信息连同对应的时间戳信息。
[0009]本公开中公开的装置的一个优点是基于时间戳信息来准确诊断作为基于电子的产品中的故障原因的参数。由于对与各种参数对应的异常参数条件加时间标记，所以基于电子的产品中的故障的出现能够准确地链接到一个或多个参数。
[0010]在一方面，本公开中公开的装置能够监测多种环境和操作参数，例如O伏特与地电势之间的电压差、电力供应监测、其中部署基于电子的产品的环境温度、与基于电子的产品的组件关联的加速度、冲击和振动、其中部署基于电子的产品的机壳上的冲击和振动、馈送给基于电子的产品的电力供应、基于电子的产品的环境中的电磁扰乱、机壳的一个或多个门的开启/闭合、基于电子的产品的温度、基于电子的产品的环境中的湿度、压力、高度、从垂直和水平的取向的角度、地理定位、光和亮度等级、噪声等级、辐射等级、污染等级、气体等级、烟和微粒存在等级、电力供应通/断的转变次数和持续时间以及监测放置在基于电子的产品附近的一个或多个对象的逻辑输入。
[0011]在另一方面，所公开装置配置成将异常参数条件传送给基于电子的产品的部分(例如基于电子的产品的中央处理单元(CPU)及其关联通信部件)或者诸如维护工程师的通信装置和本地站的外部装置(例如通用串行总线(USB)钥、USB盘、个人计算机(PC)、平板、智能电话和/或小型终端)或者中央控制站，以便实现调度维护或者进行基于电子的产品的预防性维护的优点。
[0012]在另一方面，所公开装置的处理模块还配置成计算与参数关联的持续时间以及对至少一个参数的出现次数计数，以实现准确存储与异常参数条件关联的信息的优点，由此实现基于电子的产品中的故障的准确诊断。处理模块还配置成基于与参数关联的持续时间、参数的出现次数以及与参数关联的历史信息中的至少一个来计算与参数关联的数学建模。处理模块还配置成基于数字信号与阈值参数值的比较、与参数关联的持续时间、参数的出现次数以及数学建模中的至少一个来确定异常参数条件。[0013]以上所述及其它目的还通过在装置执行的用于诊断基于电子的产品的方法来实现，该方法包括:感测与基于电子的产品关联的多个参数，其中执行参数的感测以生成与参数关联的模拟信号和数字信号中的至少一个；将与多个参数关联的模拟信号转换成数字信号；至少基于与参数关联的每个数字信号与对应于参数的阈值参数值的比较来确定与多个参数关联的异常参数条件；以及存储与对应于多个参数的异常参数条件关联的信息；该装置配置在基于电子的产品的托管模块中。该方法还包括向至少一个外部装置传送与异常参数条件关联的信息，以用于基于电子的产品中的一个或多个故障的诊断。
[0014]有利地，装置和方法的各个实施例的技术目标是诊断由外部干预、扰动、环境条件以及超出额定操作条件、操作简档/循环和关联基于电子的产品的任务简档所引起的基于电子的产品(部署在工业系统和过程中)中的故障。所公开装置和方法能够诊断基于电子的产品中的故障、失灵，并且促进预期基于电子的产品的预防性维护。某些实施例配置成存储与外部干预、失灵、环境条件有关的信息连同对应的时间戳，由此使支持/维护小组能够知道故障诊断的正确等级以及在较短时间知道要采取的适当维护动作。装置和方法的各个实施例配置成存储是否在超出额定/规定操作条件下使用了产品的相关信息，并且这种信息可用于判定在保修协议下对基于电子的产品的更换/维修所做出的要求的真实性。此夕卜，装置和方法能够在基于电子的产品中集成/操作，而没有引起对基于电子的产品的功能的任何干扰。
[0015]通过以下详细描述和权利要求，本公开的其它目的、优点和特征将是显而易见的。【专利附图】

【附图说明】
[0016]为了更全面地理解本公开的示例实施例，现在参照以下结合附图的描述，附图包括:
图1示出按照本公开的一个示范实施例、表示基于电子的产品的环境、用于诊断基于电子的产品中的故障的装置以及外部装置；
图2示出按照本公开的一个示范实施例、用于诊断基于电子的产品中的故障的装置的框图表示；
图3示出按照本公开的一个示范实施例的装置的实现的框图表示；以及图4是示出按照本公开的一个示范实施例、用于监测和诊断基于电子的产品的示例方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]为了便于说明，以下描述中提出大量具体细节，以便透彻地了解本公开。但是，本领域的技术人员清楚地知道，即使没有这些具体细节也能够实施本公开。在其它情况下，结构和装置仅以框图形式示出，以免影响对本公开的理解。
[0018]本说明书中提到“一个实施例”或“一实施例”表示结合该实施例所述的特定特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例中。词语“在一个实施例中”在本说明书的各个位置中的出现不一定都表示同一个实施例，也不是对其它实施例互斥的独立或备选实施例。此外，描述可由某些实施例而没有由其它实施例来呈现的各种特征。类似地，描述可以是对于一些实施例但不是对于其它实施例的要求的各种要求。[0019]此外，虽然为了便于说明，以下详细描述包含许多具体细节，但是本领域的技术人员将会理解，对所述细节的许多变化和/或变更处于本公开的范围之内。类似地，虽然本公开的许多特征根据彼此或者相互结合来描述，但是本领域的技术人员将会理解，这些特征的许多能够与其它特征无关地提供。相应地，在不失一般性并且没有对本公开施加限制的情况下提出本公开的本描述。
[0020]广义来说，本公开的实施例公开用于诊断工业系统和过程中使用的基于电子的产品中的故障的装置和方法。装置和方法提供用于监测和存储与外部干预、失灵、环境条件、操作简档/循环和关联基于电子的产品的任务简档有关的信息的机制。装置和方法的各个实施例还能够诊断基于电子的产品中的故障、失灵，并且促进预期基于电子的产品的预防性维护。例如，装置和方法能够提供对与基于电子的产品的连续监测相关的信息的即时访问以用于帮助甚至在基于电子的产品中的故障出现之前来识别基于电子的产品中的故障。某些实施例配置成存储与外部干预、失灵、环境条件、操作简档/循环和任务简档有关的信息连同对应时间戳，以用于使支持/维护小组能够知道诊断的正确等级以及在较短时间知道要采取的适当维护动作。装置和方法的各个实施例提供用于存储是否在超出额定/规定操作条件下使用了产品的相关信息的机制，并且这种信息可用于认证在保修协议下对更换产品的要求。
[0021]图1示出按照一个实施例、包括基于电子的产品的环境100、用于诊断基于电子的产品的装置以及外部装置。环境100表示与基于电子的产品150耦合的装置110。装置110与基于电子的产品150耦合，并且配置成监测关联于与产品150相关的环境/外界数据、操作数据和过程变量的多个参数。装置110还配置成促进基于被监测参数来诊断产品150中的故障，并且配置成促进基于被监测参数来调度产品150的预防性维护。本文中，术语故障表示产品150的任何状态，包括产品150中可妨碍产品150的正常功能的任何种类的故障、危害、失灵或缺陷，或者产品150可能不会安全操作的状态。术语‘故障’在本描述中(与其它等效术语可互换地)通篇用于表示产品150的上述状态。
[0022]装置110可配置或包含在产品150的托管模块120中。托管模块120的示例可以是能够密切耦合或嵌入产品150中的印刷电路板(PCB)。例如，在一些实施例中，托管PCB可包含在产品150的电路板、产品150的底板、产品150的中央处理单元(CPU)或者产品150的输入/输出(I/O)模块其中之一中。产品150的电路板的示例可包括产品150的专用板、产品150的诸如主板或子板的单板。
[0023]产品150的示例可以是静态基于电子的产品、设备中部署的运动中的基于电子的产品或者放置在板、机架、盒、室等中的电子组件。例如，在任何工业工厂、制造厂、机械或精炼厂中使用的诸如控制器、计算机、网关、调节器、管理器、监测和诊断电子系统、电子保护系统、电子继电器、功率电子系统、传输系统、测量系统等的电子产品可以是产品150的示例。更具体来说，产品150可以是各种工业域中使用的基于电子的产品，非详尽地包括发电厂、电网、运输、采矿厂、与石化工业应用、矿石、燃料、纸、农业食品、机械、航空电子等相关的工厂。发电厂域(对于燃料类型，例如氢、核、热、可再生、废料等)中的基于电子的产品的一些示例可包括分布式控制系统(DCS)、控制器、调节器、监测和诊断产品以及功率电子产品。此外，电网中的基于电子的产品的一些示例可包括监控和数据获取(SCADA)、控制器、电子继电器、保护产品、测量产品和通信产品。此外，运输域中的组件的一些示例可包括信令产品(静态)、板载系列和地铁产品。
[0024]装置110通过网络180在通信上永久或者不时地(例如在产品150中检测到故障之后)耦合到本地或中心控制站160或者一个或者多个维护工程师或技术员的一个或多个通信装置170。控制站160可以是本地或中心控制站。控制站160和通信装置170可以能够与装置110接收和发送与被监测参数有关的信息。网络180的示例可包括有线网络、固定或可拆卸电缆、无线网络或者它们的组合(例如因特网)。有线网络的示例可包括以太网、局域网(LAN)等。无线网络的示例可包括W1-Fi网络、蜂窝网络、无线LAN等。
[0025]装置110配置成监测和诊断与产品150相关的各种参数。参数的示例可包括其中部署产品150的环境/外界参数、与产品150关联的操作参数以及与产品150关联的过程变量。与产品150相关的参数可与整个产品150或者产品150的各种组件关联。下面提供由装置110监测的参数的一些非详尽示例:
1.0伏特(V)与地电势之间的电压差
2.其中部署了产品150的环境温度
3.与静态或者运动中的产品150的组件关联的加速度、冲击和振动
4.其中部署了产品150的机壳上的冲击和振动
5.馈送给产品150的电力供应
6.产品150的环境中的电磁扰动
7.其中部署了产品150的机壳或盒的一个或多个门的开启/闭合
8.产品150的温度
9.环境中的湿度
10.压力
11.高度
12.从垂直和水平的取向的角度
13.地理定位
14.光和亮度等级
15.噪声等级
16.辐射等级，例如α、β、Y等
17.污染等级
18.环境中的气体存在等级
19.环境中的烟和微粒存在等级
20.电力供应通/断的转变次数和持续时间
21.监测放置在产品150附近的一个或多个对象的逻辑输入
22.单独看门狗
装置110配置成基于被监测参数来诊断产品150中的故障，并且配置成支持在保修协议下对更换/维修装置110的客户要求。装置110还配置成促进预期和调度预防性维护或者向产品150的用户提供与操作条件有关的推荐。参照图2和图3进一步说明这些方面。
[0026]参照图2，示出按照本公开的一个实施例、用于诊断基于电子的产品(例如产品150)的装置(例如装置110)的框图。装置110包括用于监测与产品150关联的参数(参照图1所提供)的多个传感器210 (例如传感器1、传感器2...、传感器η)。传感器210的一些示例可以是模拟传感器，而传感器210的一些示例可以是数字传感器。通常，模拟传感器用于监测大多数参数。但是，在一些示例中，为了监测诸如机壳(是否部署产品150)的门是否闭合的参数，可利用数字传感器。此外，诸如湿度、压力、高度、光/亮度等级、噪声等级的一些参数可由数字或模拟传感器的任一个来监测。本文中，术语‘监测’参数表示在各种采样频率感测、检测或测量参数，以生成对应于与参数关联的状态、条件或值的模拟或数字信号，以及监测的主要目标是生成对应于与特定参数关联的状态、条件或值的信号。
[0027]传感器210可配置使得它们执行参数的定期或连续监测。例如，可连续监测以较快速率变化(或者演进)的参数，而可定期地(不时地)监测以相对较慢速率变化的参数。要求连续测量的参数的示例可包括但不限于:馈送给产品150的电力供应、加速度、冲击和振动；机壳门的开启/闭合的检测；电磁(EMC)扰动/干扰/扰乱等。要求定期测量的参数的示例可包括但不限于温度、湿度、压力等。但是，装置110的1/0(输入/输出)子系统、装置110的计算容量和信息存储容量也可确定能够每隔多久监测参数。
[0028]装置110包括将传感器210生成的模拟信号转换为数字信号的转换器215。在一个示例中，这些转换器可以是模数转换器(ADC)。可存在与其相应传感器210对应并且与相应传感器210耦合以用于将模拟信号(从相应模拟传感器210所接收)转换为数字信号的多个转换器215。应当注意，一些参数可由数字传感器(例如传感器N)来监测，并且在这类情况下将不要求转换器215。在一些示例中，不要求连续地监测一些参数(而是定期地监测这些参数)，单个转换器215可充分地将这类多个传感器接收的模拟信号转换为数字信号。在这类示例中，开关或复用器可用于从多个传感器接收信号并且将其输出提供给转换器215。应当理解，通过使用开关或复用器，减少所需转换器例如ADC的数量。例如，转换器215可配置成以时分复用方式从多个传感器210接收模拟信号，并且然后将模拟信号转换为数字信号。例如，如图2所示，传感器2、3和4耦合到单个转换器215。参照图3进一步说明多个传感器与单个转换器215的这种耦合。
[0029]在一个实施例中，装置110配置成基于从转换器215或传感器210接收的数字信号(或值)来确定与参数对应的异常参数条件。装置110可包括确定异常参数条件的处理模块220。处理模块220可具有用于存储由处理模块220可执行的指令以及用于存储与异常参数条件关联的信息的内部或伴随存储器。处理模块220可配置在处理系统250中。处理系统220可以是专用集成电路(ASIC)、芯片上系统(SOC)、微控制器单元(MCU)、数字信号处理(DSP)、电可编程逻辑装置(EPLD)、复杂可编程逻辑装置(CPLD)、分立组件的系统、混合系统和现场可编程门阵列(FPGA)系统。在一个实施例中，处理系统220可包含在托管系统、例如产品150的托管系统120中。
[0030]处理模块220配置成至少基于数字信号(参数值)与多个阈值参数值的比较来确定异常参数条件。在一个示例中，每个参数可具有一个或多个阈值参数值，例如参数的最小规定值以及参数的最大规定值。在一个示例中，如果与诸如环境温度的参数关联的数字信号表示392华氏度(T)的环境温度，以及如果环境温度的阈值参数值为280 T，则390 T的测量被确定为异常参数值，并且因此还确定异常参数条件。类似地，将与各种参数关联的其它数字信号与其对应阈值参数值进行比较，以连续地确定异常参数条件。在一些示例中，阈值参数值还可包括预定梯度。在这类示例中，将参数的测量值(数字值)的梯度与对应于参数的预定梯度进行比较，以确定与参数对应的异常参数条件。[0031 ] 在一些实施例中，处理模块220配置成基于传感器210和/或转换器215所提供的参数值(数字信号)以及基于关联参数的被监测信息的数学分析和/或建模的任何组合来确定异常参数条件。例如，处理模块220可配置成基于与参数关联的持续时间、参数的出现次数以及与持续时间、出现次数相关的数学建模和/或分析以及持续时间和出现次数与对应历史存档数据的比较来计算参数的异常参数条件。处理模块220可配置成计算连续监测作为具有异常参数值的参数的持续时间。在一个示例中，处理模块220可计算参数(例如环境温度)保持高于阈值参数值(最佳温度)的持续时间，以及如果确定环境温度对于超过阈值持续时间的时期保持高于最佳温度，则可对于环境温度参数来确定异常参数条件。在另一个示例中，处理模块220可计算产品150处于连续接通状态的持续时间，以及如果产品150处于连续接通状态达超过阈值时间时期，则可确定异常参数条件。
[0032]此外，处理模块220还可配置成对一些参数的出现次数计数。例如，处理模块220可对某个时间时期期间馈送给产品150的电力供应的通/断转变的次数计数。在某些示例中，处理模块220可对对于产品150的整个生存周期的出现次数计数。此外，处理模块220配置成计算与参数对应的异常条件的累积出现或者对产品生存周期的异常条件的出现的总持续时间，以及这种计算信息可存储在存储器模块225中。
[0033]相应地，本文中应当理解，‘异常参数条件’可包括其中由装置110来确定与参数对应的异常参数值的条件/状态。在一些示例中，‘异常参数条件’可包括其中对于某个连续时间时期来确定异常参数值的条件/状态。在又一些示例中，‘异常参数条件’可包括其中异常参数值的出现次数超过阈值数的条件/状态。在某些示例中，异常参数条件可包括与异常参数值的确定、某个连续时间时期的异常参数值的确定和/或异常参数值的出现次数超过阈值数关联的条件/状态的组合。此外，处理模块220可配置成基于异常参数值、与异常参数值关联的持续时间、与异常参数值关联的出现次数以及与对应参数相关的存档历史数据来执行某些数学运算、建模和/或分析。基于这类数学运算、建模和/或分析，在某些实施例中可确定异常参数条件。
[0034]可按照多种不同方式来实施处理模块220。处理模块220可实施为处理系统250中的各种处理部件的一个或多个。处理部件的示例可包括协处理器、微处理器、分立组件、微控制器、数字信号处理器(DSP)、具有或没有伴随DSP的处理电路或者包括诸如ASIC、FPGA、EPLD, CPLD、MCU、S0C、分立组件的系统、混合系统和/或诸如此类的集成电路的各种其它处理装置。处理模块220可具有用于存储由处理模块220可执行的指令的内部或伴随存储器。处理模块220可以能够执行按照各种实施例的操作，例如执行异常参数条件的确定的建模和数据数学分析以及执行其它诊断和分析操作。在一些实施例中，处理模块220可以是产品150的CPU，并且在通信上耦合到传感器210和/或转换器215，以及能够确定异常参数条件、执行其它诊断、分析操作。处理模块220还可配置成执行诸如与参数关联的曲线、历史、告警列表的存储、存档和显示的功能。
[0035]装置110还包括存储器模块225，以存储与异常参数条件关联的信息。在一个示例中，信息可以是从处理模块220接收的被监测数据(异常参数值)。另外，存储器模块225还可按照暂时或永久方式来存储与参数对应的数字信号。在一些不例中，存储器模块225还可存储由处理模块220可执行的指令。存储器模块225可以是非易失性存储器。非易失性存储器的一些示例可包括但不限于可编程存储器、可擦可编程存储器、电可擦可编程存储器、闪速存储器、硬盘、磁存储器、任何新的非易失性技术等。在一个示例中，存储器模块225可配置成按照暂时方式来存储被监测数据(数字值)，并且被监测数据可提供给处理模块220用于确定异常参数条件。当确定与各种参数关联的异常参数条件时，对应信息(例如异常参数值)按照永久方式或者对于预定持续时间或者按照FIFO(先进先出)来存储在存储器模块225中。例如，异常参数值可在存储器模块225中存储超过10年的时期。在一些示例中，装置110中可以不存在存储器模块225，以及异常参数值可传递给产品150的CPU，其可确保产品150内或相反产品150可访问的存储器中的异常参数值的存储。在一个示例中，与参数对应的异常参数值随时间戳信息存储在装置110的存储器模块225中。在这个示例中，装置110可包括用于提供时间戳信息的时钟模块230。在一个示例中，时钟模块230可与处理模块220耦合或相反包含在其中，以提供用于与异常参数条件对应的信息的存储的时间戳信息。
[0036]在一些不例中，处理系统250包括一个或多个逻辑模块，以处理与传感器210相关的必要功能。例如，处理系统250示为包括操作/控制传感器210的逻辑模块235。逻辑模块235还可配置成控制转换器215的操作，目标是降低成本和空间。在一些实施例中，转换器215还可配置在处理系统250中。
[0037]装置110包括通信接口 240，以向一个或多个外部装置(例如图1中的组件160和170)提供与异常参数条件关联的存储的信息。例如，诸如异常参数值的信息可传送给维护工程师的通信装置170和/或控制站160。在一些情况下，诸如被监测数字信号(即使它不是异常参数值)的信息可传送给通信装置170和/或控制站160。通信接口 240可按照多种方式来配置。处理系统250可包括逻辑模块(例如逻辑模块235)，以控制通信接口 240。在某些示例中，通信接口 240还可配置在处理系统250中。通信接口 240可包括用于装置110与通信装置170和/或控制站160之间的单向或双向数据通信的收发器。要理解，能够存在实现各种装置之间的通信的更多元件。例如，通信接口 240可耦合到能够与本地网络连接的网络链路。通信接口 240的一些示例可包括调制解调器、局域网(LAN)卡、无线LAN卡或者蓝牙接口或广域网(WAN)。在任何这种实现中，通信接口 240发送和接收电、电磁或光信号，其携带表示各种类型的信息的数字数据流。
[0038]装置110还包括能够配置在印刷电路板(PCB)中的印刷天线245。印刷天线245配置成检测EMC扰动/干扰/扰乱。装置110可具有到电力供应242和地244的高阻抗连接。
[0039]装置110配置成诊断产品150中的任何故障，而无需其它监测信息来支持产品150的诊断。例如，与各种参数关联的异常参数值随时间戳信息存储在装置110中。由于对与各种参数对应的异常参数值加时间标记，所以产品150中的故障的出现可准确地链接到一个或多个参数。例如，诸如扰动/跳闸的故障的出现的一些示例可归因于与高于标准的环境限制、站点的闪电、客户电力馈线故障(短路功率损耗)、接近机壳的不可接受EMC扰动、周围具有扰动的机壳门开启达延长时间时期、机壳上的冲击或振动、客户空调问题(高温度、高湿度、辐射或者高污染)等相关的跳闸或问题。由于与这些参数对应的异常参数值随时间戳信息来存储，所以可诊断作为产品150中的扰动/跳闸的出现原因的参数。例如，异常参数值的时间戳信息可与产品150的扰动/跳闸的出现时间匹配，以诊断引起扰动/跳闸的参数(对应于异常参数值)。此外，故障出现和故障原因(被诊断参数)则可传递给通信装置170和/或控制站160。
[0040]装置110还配置成促进基于确定是否在规定/额定操作条件(按照产品规范)下使用了产品150来认证在保修协议下对产品150的更换或修理所做出的任何要求。如果在超出额定操作条件下使用产品150，则与一个或多个参数对应的一些异常参数值随时间戳信息自动存储在装置110中。相应地，如果确定在超出额定操作条件下使用了产品150，则可拒绝在保修协议下对产品150的更换所做出的要求。超出额定操作条件的一些示例包括但不限于电力供应处于可准许范围之外、产品150的反复通/断、超过可接受等级的冲击和振动、在大于最佳推荐温度的环境温度中操作产品150、大放电(静电、闪电等)、在有害环境(例如，福射存在于产品150附近)中机壳门(其中部署了产品150)开启达延长时间时期。
[0041]装置110还配置成促进预防性维护的预期/调度，而无需关于产品150的操作简档的任何其它信息。例如，如果装置110确定在比最佳环境温度更高的环境温度下操作产品150，则确定环境温度的异常参数条件。在这种情况下，装置110可通知关于这种异常环境参数条件，并且可相应地调度预防性维护。类似地，如果超出范围的电力供应馈送给产品150，则确定电力供应的异常参数条件。相应地，装置110可通知这种异常参数条件，并且可相应地调度预防性维护。其中可生成预防性维护的通知的一些其它示例包括产品在(比最佳环境温度更高的)环境温度下使用达超过阈值持续时间、电力供应的通/断转变次数高于阈值数、在辐射存在的情况下机壳门开启达超过阈值持续时间等。在另一个示例中，如果污染等级变得高于阈值等级，则装置110可生成预防性维护的通知，例如滤波器将要被清洁或变更、执行空调维护以及维修产品150的一个或多个电路中或者其环境中的任何泄漏。此外，在产品150中的永久或偶然电故障的情况下，可生成预防性维护的通知。相应地，在确定任何其它异常参数条件的情况下，装置110促进预期和调度预防性维护。
[0042]装置110配置成当临界情况延长(例如，环境温度高于最佳环境温度达超过阈值持续时间)时和/或如果在确定异常参数条件的情况下要求预防性维护，则将相关信息提供给维护工程师的通信装置170。在某些示例中，通知还可采用信号或声音的形式从发光二极管(LED)或者任何其它告警装置生成。备选地，通信接口 240可用于通知产品150中的故障原因和/或对预防性维护的需要。装置110还配置成在用户请求时通过利用通信接口240来提供存储的异常参数值。在一个示例中，装置110还可充当产品150的单独看门狗。
[0043]装置110的各种组件可通过诸如总线260的集中电路系统来耦合。这些组件(210-250)可经由总线260相互通信，以执行产品150中的故障的监测和诊断。总线260可以是配置成尤其提供或实现装置110的组件(210-250)之间的通信的各种通信信道。在某些实施例中，总线260可配置在诸如母板、主板、系统板或逻辑板的中央印刷电路板中。总线260的示例可包括外设组件互连(PCI)总线、嵌入式PCI(ePCI)总线、紧凑PCI (cPCI)、PCI扩展(PC1-X)总线、PCI express总线、VME总线、VMX总线、用于诸如PC应用的工业应用的任何总线、集成电路间(I2C)总线、USB或者任何低成本串行外围接口(SPI)总线。
[0044]但是，应当理解，如参照图2所示和所述的产品150和装置110只是说明性的，并且因此不应当被理解为限制本公开的实施例的范围。因此，应当理解，以上结合装置110所述的组件的至少一些可以是可选的，并且因而装置110的某些实施例可包括比结合图2的示例实施例所述的组件更多、更少或者不同的组件。[0045]现在参照图3，示出按照另一个实施例的装置110的示范框图表示。在图3的这个示范实施例中，装置Iio包括耦合到处理系统250的传感器，例如302、304、306、308、310和312。传感器302、304、306、308、310和312可以是图2的传感器210的示例。
[0046]如图3所示，传感器302是配置成检测部署了诸如产品150的产品的机壳中的冲击和振动参数的冲击和振动传感器。冲击和振动传感器302是连续地检测冲击和振动的值的模拟传感器。转换器322 (例如ADC)与冲击和振动传感器302的输出耦合以用于接收由冲击和振动传感器302检测的模拟信号。转换器322配置成将模拟信号改变为数字信号(或值)。转换器322的输出通过集成电路间(I2C)总线360与处理系统250耦合，以及与感测的冲击和振动参数对应的数字值被传递给处理系统250。处理系统250还包括控制冲击和振动传感器302以及转换器322的操作的逻辑模块235。在一些示例中，冲击和振动传感器302以及转换器322可以是单个模块。在一些示例中，转换器322配置在处理系统250 中。
[0047]如图3所示，一些参数以定期间隔来监测。例如，转换器324配置成接收由传感器304、306和308感测的模拟信号。例如，传感器304是温度传感器，传感器306是用于感测O V与地电势之间的差的差分电压监测传感器，以及传感器308是用于测量产品150的附近(例如机壳)中的电磁扰动的电磁(EMC)扰动监测传感器。温度传感器304可以是用于测量其中部署了产品150的环境温度的模拟传感器。传感器306可以是用于测量O伏特与地电势之间的差的模拟传感器。此外，传感器308包括跟踪天线362(即，印刷天线245的示例)、检测器二极管364和对数放大器366。对数放大器366电连接到检测器二极管364，并且配置成基于在跟踪天线362接收的信号来生成一系列信号。跟踪天线362可配置在PCB上的诸如托管模块120的托管模块中。如图3所示，转换器324通过开关370耦合到传感器304、306和308的输出，以定期地从传感器304、306和308接收模拟信号。包含在处理系统250中的处理模块220可配置成基于分析从转换器324接收的数字值来确定异常参数条件。
[0048]传感器310表示电力供应电压传感器。如图3的示范实施例中所示，传感器310感测从cPCI总线电力模块380接收的电力供应。cPCI总线电力模块380包括3.3 V、5 V和±12 V的电力轨道。电力供应电压传感器310可以是数字传感器，并且配置成连续监测从cPCI总线电力模块380接收的3.3 V、5 V和±12 V的电力轨道。应当注意，cPCI总线电力模块380仅为了示范而示出，以及还可使用与PC1、PCI扩展(PC1-X)、PCI express,VME,SATA和集成驱动电子器件(IDE)关联的其它电源。此外，传感器312是门开关传感器(数字传感器)，并且配置成检测其中部署了产品150的一个或多个机壳门是否闭合。由传感器310和312感测的数字值被提供给处理模块220，其可确定与这些参数关联的任何异常参数条件。
[0049]图4是示出按照本公开的一个示范实施例、用于诊断基于电子的产品的方法400的流程图。流程图所示的方法400可由装置、例如图2和3的装置110来执行。流程图的操作以及流程图中的操作的组合可由各种部件来实现，例如硬件、固件、计算装置、电路和/或与包括一个或多个计算机程序指令的软件的执行关联的其它装置。为了便于论述图4的方法400，某些操作在本文中描述为构成按照某种顺序执行的不同步骤。这类实现仅是示例而不是范围方面的限制。某些操作可集中在一起并且在单个操作中执行，以及某些操作能够按照与本文所述示例中采用的顺序不同的顺序来执行。此外，方法400的某些操作可以是可选的。此外，方法400的某些操作自动地执行。这些操作基本上没有涉及与用户的交互。方法400的其它操作可手动或半自动地执行。这些操作涉及经由一个或多个用户接口呈现与用户的交互。
[0050]在405，方法400包括监测与基于电子的产品、例如产品150关联的多个参数。在一个示例中，执行参数的监测以生成与参数关联的模拟信号和数字信号中的至少一个。例如，参数可由模拟传感器或数字传感器其中之一来监测，以分别生成模拟信号或数字信号其中之一。参照图1来提供参数的示例。
[0051]在410，方法400包括将与多个参数关联的模拟信号转换成数字信号。如参照图2和图3所述，诸如ADC的转换器可用于将模拟信号转换成数字信号。在一个示例中，一些参数可由数字传感器来监测，并且因此与参数的这种监测对应的数字信号是现成可用的。
[0052]在415，方法400包括至少基于每个数字信号与对应阈值参数值的比较来确定与多个参数关联的异常参数条件。如参照图2所述，诸如处理模块220的处理模块配置成基于与参数关联的数字信号与对应于参数的阈值参数值的比较来确定异常参数条件。例如，如果与环境温度参数关联的数字信号表示392华氏(T )的环境温度，以及如果环境温度的阈值参数值为280 T，则392 °F的测量被确定为异常参数值，并且因此确定异常参数条件。类似地，将与各种参数关联的其它数字信号与其对应阈值参数值进行比较，以确定异常参数条件。
[0053]在一些实施例中，方法400还可包括基于数字信号与阈值的比较、异常梯度、数字信号的异常组合以及内部计算的值(来自一组传感器、数学模型和/或数学分析计算)中的一个或多个来确定异常参数条件，如参照图2所述。
[0054]在420，方法400包括将与异常参数条件关联的信息存储在诸如存储器模块225的存储器中。在一个示例中，信息可包括作为异常参数值的被监测数字信号。但是，在一些示例中，为了进行记录，还可存储不是异常参数值的被监测数字信号。在一个示例中，存储器可以是产品150的一部分。在另一个示例中，存储器可以是基于电子的产品中配置的非易失性存储器。诸如异常参数值的信息可存储更长时间时期，并且可在用户请求时变为可用。在一个示例中，存储异常参数值还包括存储与异常参数值的出现关联的时间戳信息。例如，如果在时间2013年7月12日下午7:30确定与环境温度对应的异常参数值(例如390°F)，则这个时间戳信息可随与环境温度对应的异常参数值来存储。
[0055]在425，方法400包括向至少一个外部装置传送与异常参数条件关联的信息，至少用于基于电子的产品中的一个或多个故障的诊断。在一些实施例中，还可为了进行信息的存储、存档和显示而传送信息。在一个示例中，外部装置可以是能够执行基于电子的产品的维修/维护的维护工程师的通信装置。备选或另外地，外部装置可以是本地PC、站(例如USB钥、PC、平板、智能电话、小型终端)、其中接收、分析、存储、存档和显示与各种站点条件有关的信息(例如，可显示诸如曲线、历史表示、告警列表等的信息)的中央控制站。
[0056]在430，方法400提供执行步骤435、440和445中的至少一个。应当注意，在430执行的一个或多个或者全部操作可以是可选的。在435，方法400包括促进基于与异常参数条件关联的信息来调度基于电子的产品的预防性维护。例如，如果基于电子的产品在(比最佳规定环境温度更高的)环境温度中使用达超过阈值持续时间，则可生成用于接通冷却系统、将基于电子的产品关断达预定持续时间的通知，或者可生成通知以部署用于降低基于电子的产品的环境温度的其它部件。此外，如果污染等级变得高于阈值等级，则可生成预防性维护的通知，例如清洁或变更基于电子的装置中存在的滤波器、执行空调维护以及维修基于电子的产品内的一个或多个电路中或者其环境中的任何泄漏。
[0057]在440，方法400包括基于与异常参数条件关联的信息来通知基于电子的产品中的故障原因。由于对与各种参数对应的异常参数值加时间标记，所以基于电子的产品中的故障的出现可准确地链接到一个或多个参数。例如，与异常参数条件关联的时间戳信息可与基于电子的产品中的故障的出现时间匹配，以诊断引起故障的参数(对应于异常参数条件)。
[0058]此外，在445，方法400包括促进在保修协议下对基于电子的产品的更换或维修所做出的要求的认证。如果在超出额定操作条件(按照产品规范)下使用基于电子的产品，则与一个或多个参数对应的一些异常参数条件连同对应时间戳信息一起自动存储在装置中。相应地，如果确定在超出额定操作条件下使用了基于电子的产品，则可拒绝在保修协议下对基于电子的产品的更换所做出的要求。
[0059]为了便于说明和描述，提供了本公开的具体实施例的以上描述。它们并不是要涵盖所有方面或者将本公开限制到所公开的准确形式，并且显然，根据上述教导，许多修改和变更是可能的。选择并且描述了实施例，以便最佳地说明本公开的原理及其实际应用，由此使本领域的技术人员能够以适合所考虑的具体使用的各种修改以最佳地利用本公开和各个实施例。要理解，考虑如情形可建议或使得有利的等效方面的各种省略和置换，但是这是要涵盖没有背离本公开的权利要求的精神和范围的应用或实现。
[0060]参考标号列表 100 环境 110 装置
120托管模块
150基于电子的产品
160控制站
170通信装置
180网络
210，302，304，306，308，310，312 传感器
215，322，324 转换器
220处理模块
225存储器模块
230时钟模块
235逻辑模块
240通信接口
242电力供应
244地
245印刷天线 250 处理系统260总线
360集成电路间(I2C)总线
362跟踪天线
364检测器二极管
366对数放大器
【权利要求】
1.一种装置(110)，用于诊断基于电子的产品(150)，所述装置(110)包括: 多个传感器(210)，与所述基于电子的产品(150)耦合，用于监测与所述基于电子的产品(150)关联的多个参数，每个传感器(210)配置成在监测参数时生成模拟信号和数字信号中的至少一个； 多个转换器(215)，耦合到所述多个传感器(210)，用于将从所述多个传感器(210)生成的模拟信号转换成数字信号； 处理模块(220)，与所述多个转换器(215)耦合，用于至少基于所述数字信号与阈值参数值的比较来确定异常参数条件，与参数对应的每个异常参数条件基于与所述参数关联的数字信号与对应于所述参数的阈值参数值的比较来确定； 存储器模块(225)，与所述处理模块(220)耦合，所述存储器(225)配置成存储与所述异常参数条件关联的信息； 所述存储器模块(255)配置成存储与所述异常参数条件关联的时间戳信息；以及 通信接口(240)，配置成向至少一个外部装置(160，170)提供与所述异常参数条件关联的信息，以用于所述基于电子的产品(150)中的一个或多个故障的诊断， 所述装置(110)配置在所述基于电子的产品(150)的托管模块(120)中。
2.如权利要求1所述的装置(110)，还包括处理系统(250)，其包括用于控制所述多个传感器(210)和所述多个转换器(215)的一个或多个逻辑模块(235)。
3.如权利要求1所述的装置(110)，其中，处理系统(250)是专用集成电路(ASIC)、芯片上系统(SOC)、微控制器、数字信号处理(DSP)、电可编程逻辑装置(EPLC)、复杂可编程逻辑装置(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)系统中的至少一个。
4.如权利要求2所述的装置(110)，其中，所述处理模块(220)配置在所述处理系统(250)中。
5.如权利要求1所述的装置(110)，其中，所述托管模块(120)是所述基于电子的产品(150)的电路板、所述基于电子的产品(150)的底板、所述基于电子的产品(150)的中央处理单元(CPU)以及所述基于电子的产品的输入/输出(I/O)模块中的至少一个，部分或完全由所述基于电子的产品(150)的一个或多个部分、所述基于电子的产品(150)的单板、所述基于电子的产品(150)的主板以及所述基于电子的产品(150)的子板来确保。
6.如权利要求1所述的装置(110)，其中，所述存储器模块(225)配置成存储与所述异常参数条件关联的时间戳信息。
7.如权利要求1所述的装置(110)，其中，所述多个参数包括:0伏特与地电势之间的电压差；其中部署了所述基于电子的产品(150)的环境温度；与所述基于电子的产品(150)的组件关联的加 速度、冲击和振动；其中部署了所述基于电子的产品(150)的机壳上的冲击和振动；馈送给所述基于电子的产品(150)的电力供应；所述基于电子的产品(150)的环境中的电磁扰动；以及所述机壳的一个或多个门的开启/闭合、所述基于电子的产品(150)的温度；所述基于电子的产品(150)的环境中的湿度；压力；高度；从垂直和水平的取向的角度；地理定位；光和亮度等级；噪声等级；辐射等级；污染等级；环境中的气体存在等级；环境中的烟和微粒存在等级；所述电力供应通/断的转变次数和持续时间；以及监测放置在所述基于电子的产品(150)附近的一个或多个对象的逻辑输入。
8.如权利要求1所述的装置(110)，其中，所述外部装置是通信装置(170)和控制站(160)中的至少一个。
9.如权利要求1所述的装置(110)，其中，所述处理模块(220)还配置成: 计算与至少一个参数关联的持续时间； 对至少一个参数的出现次数计数；以及 基于与参数关联的持续时间、所述参数的出现次数以及与所述参数关联的历史信息中的至少一个来计算与所述参数关联的数学建模。
10.如权利要求9所述的装置(110)，其中，所述处理模块(220)还配置成基于所述数字信号与所述阈值参数值的比较、与至少一个参数关联的持续时间、至少一个参数的出现次数以及所述数学建模中的至少一个来确定所述异常参数条件。
11.如权利要求1所述的装置(110)，还包括配置成检测与电磁扰动对应的信号以用于监测电磁扰动参数的印刷天线(245，362)。
12.一种在装置(110)执行的方法，用于诊断基于电子的产品(150)，所述方法包括: 监测与所述基于电子的产品(150)关联的多个参数，其中执行监测参数以生成与所述参数关联的模拟信号和数字信号中的至少一个； 将与所述多个参数关联的模拟信号转换成数字信号； 至少基于所述数字信号与阈值参数值的比较来确定与所述多个参数关联的异常参数条件，与参数对应的每个异常参数条件至少基于与所述参数关联的数字信号与对应于所述参数的阈值参数值的比较来确定；以及 存储与对应于所述多个参数的所述异常参数条件关联的信息以用于诊断所述基于电子的产品(150)中的一个或多个故障， 存储与所述每个异常参数条件关联的时间戳信息； 所述装置(110)配置为所述基于电子的产品(150)的托管模块(120)的一部分。
13.如权利要求12所述的方法，还包括: 向至少一个外部装置(160，170)传送与所述异常参数条件关联的所述信息，以用于所述基于电子的产品(150)中的一个或多个故障的诊断、所述信息的存储、存档和显示中的至少一个。
14.如权利要求12所述的方法，其中，与每个异常参数条件关联的信息的存储包括存储与所述每个异常参数条件关联的时间戳信息。
15.如权利要求12所述的方法，其中，与所述多个参数关联的所述异常参数条件的确定还基于与至少一个参数关联的持续时间、至少一个参数的出现次数以及基于与所述至少一个参数关联的历史信息、所述出现次数和所述持续时间的至少一个的数学建模中的至少一个。
16.如权利要求12所述的方法，还包括下列至少一个: 促进基于与所述异常参数条件关联的所述信息来调度所述基于电子的产品(150)的预防性维护； 基于与所述异常参数条件关联的所述信息来通知所述基于电子的产品(150)中的故障的诊断；以及 促进基于与所述异常参数条件关联的所述信息来认证在保修协议下对所述基于电子的产品(150)的更换所做出的要求。
17.如权利要求12所述的方法，其中，所述多个参数包括:0伏特与地电势之间的电压差；其中部署了所述基于电子的产品(150)的环境温度；与所述基于电子的产品(150)的组件关联的加速度、冲击和振动；其中部署了所述基于电子的产品(150)的机壳上的冲击和振动；馈送给所述基于电子的产品(150)的电力供应；所述基于电子的产品(150)的环境中的电磁扰动；以及所述机壳的一个或多个门的开启/闭合；所述基于电子的产品(150)的温度；所述基于电子的产品(150)的环境中的湿度；压力；高度；从垂直和水平的取向的角度；地理定位；光和亮度等级；噪声等级；辐射等级；污染等级；环境中的气体存在等级；环境中的烟和微粒存在等级；所述电力供应通/断的转变次数和持续时间；以及监测放置在所述基于电子的产品(150)附近的一个或多个对象的逻辑输入。
18.如权利要求12所述的方法，其中，所述托管模块(120)是所述基于电子的产品(150)的电路板、所述基于电子的产品(150)的底板、所述基于电子的产品(150)的中央处理单元(CPU)以及所述基于电子的产品(150)的输入/输出(I/O)模块其中之一。
【文档编号】G05B19/418GK103676830SQ201310413575
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2012年9月12日
【发明者】G.克雷佩特 申请人:阿尔斯通技术有限公司