Матричный релейный коммутатор контрольно-испытательной станции

Полезная модель относится к средствам автоматизированного контроля, а именно, к контрольно-испытательным станциям, а конкретнее, к коммутирующим устройствам, которые используют множество шин, обеспечивающих соединение от источников тестовых сигналов контрольно-испытательной станции и измерительной аппаратуры к тестовым точкам на электрическом оборудовании, которое испытывается. В состав таких систем входят встраиваемые цифровые вычислительные машины, которые обеспечивают полностью автоматический режим проведения испытаний электронного оборудования сложных объектов, включая системы электроснабжения космических аппаратов, характеризующихся повышенными требованиями к надежности. Система может использоваться на этапах операционного контроля, заводских и приемосдаточных испытаний.
Коммутирующие устройства контрольно-испытательной станции обычно выполняются в виде матричного релейного коммутатора, содержащем матрицу из m шин строк и n шин столбцов, в пересечениях которых расположены электромагнитные реле, контакты которых в замкнутом состоянии обеспечивают при соответствующем управлении подключение внутренних блоков контрольно-испытательной станции и внешних измерительных приборов к объекту контроля, m шины строк служат для подключения через системный коммутатор к точкам объекта контроля, а n шины столбцов служат для подключения внутренних блоков и внешних измерительных приборов
Испытываемая система электроснабжения представляет собой сложный объект с множеством процессов, происходящих в нем. При работе во время переходных процессов в нем могут возникать скачки тока. Электронные реле, особенно миниатюрные, достаточно чувствительны к скачкам тока. Такие скачки могут вызвать сплавление контактов реле либо их выгорание. Сплавление или выгорание контактов реле из-за скачков тока является существенной проблемой, особенно в таких системах, где используется множество релейных переключателей. Результатом таких случаев является увеличение сопротивления контактов реле, нестабильность работы, а так же выход из строя самого реле.
Известны коммутаторы с самоконтролем, например, SU 1387187, SU 1786650, патенты РФ №2540811 и №2454697. Коммутатор по авторскому свидетельству №138187 содержит основные и дополнительные коммутирующие реле, обмотки управления которых соединены с выходами устройства управления, основные и дополнительные элементы сравнения на первые входы которых подключены выходы устройства управления, устройство регистрации и индикации неисправностей, входные объединенные шины, выходные шины и общую шину, потенциал которой соответствует потенциалу выходов устройства управления. Основные и дополнительные коммутирующие реле выполнены с двумя контактными группами. Коммутатор по авторскому свидетельству №1786650 также содержит основные и дополнительные ключи, выходы которых объединены соответственно в выходную шину коммутатора и в шину самоконтроля, и блок управления, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами основных и дополнительных ключей, а вход с шиной управления. Далее в него введены вычитатели, повторители, выпрямитель, усреднитель, компаратор и блок установки. Недостатками этих устройств является сложность схемы, необходимость выполнения реле с двумя контактными группами.
Патенты РФ №№2454697 и 2540811 описывают устройства непрерывного контроля многопозиционного релейного коммутатора путем контроля за временем переключения исполнительного реле. Устройство по патенту №2454697 содержит группу триггеров запоминания команд управления реле, информационную магистраль, шину записи информации, шину установки релейного коммутатора в исходное состояние, исполнительные реле с контрольной переключающей контактной группой, расширитель длительности импульса, логический элемент 2И-НЕ, триггер запоминания случая некорректного функционирования коммутатора, логический элемент И-НЕ.
Недостатком данного устройства непрерывного контроля многопозиционного релейного коммутатора являются сложность схемы, а также требование дополнительной переключающей группы контактов в исполнительных реле.
Устройство непрерывного контроля многопозиционного релейного коммутатора по патенту РФ №2540811 представляет собой еще более сложную схему, которая содержит контрольную контактную замыкающую группу исполнительных реле коммутатора, расширитель длительности импульса, элементы 2И-НЕ и И-НЕ, триггер фиксации дефектных элементов, резистивный делитель напряжения. Выход триггера запоминания команды управления, через контрольную контактную группу реле, и делитель напряжения подключены к элементу И-НЕ так, чтобы независимо от состояния триггера при правильном функционировании реле и усилителя на входе элемента И-НЕ находилась логическая единица. При изменении состояния коммутатора логический ноль на выходе расширителя длительности импульса блокирует запись в триггер фиксации дефекта. Превышение времени переключения исполнительного реле длительности расширенного импульса приведет к срабатыванию триггера фиксации дефектных элементов в нормально функционирующем многопозиционном релейном коммутаторе.
В патенте РФ на полезную модель №136247 описывается шинный коммутатор контрольно-испытательной станции, содержащий матрицу из m шин строк и n шин столбцов, в пересечениях которых расположены электромагнитные реле, контакты которых в замкнутом состоянии обеспечивают при соответствующем управлении подключение внутренних блоков контрольно-испытательной станции и внешних измерительных приборов к объекту контроля, в котором в каждую шину строк последовательно с подключенной точкой объекта контроля введена схема защиты реле шинного коммутатора от бросков тока.
Недостаток заключается в том, что данная схема не может обнаружить заведомо неисправные реле в составе коммутатора.
Задача полезной модели - повышение надежности функционирования и расширения функциональных возможностей, а так же обеспечение контроля сопротивления контактов реле для обнаружения неисправных реле матричного релейного коммутатора посредством простой схемы.
Поставленная задача решается тем, что в матричный релейный коммутатор контрольно-испытательной станции, содержащий матрицу из m шин строк и n шин столбцов, в пересечениях которых расположены электромагнитные реле, контакты которых в замкнутом состоянии обеспечивают при соответствующем управлении подключение внутренних блоков контрольно-испытательной станции и внешних измерительных приборов к объекту контроля, введен блок дополнительных контрольных реле, каждое из которых соединено с одной шиной столбцов, причем четные дополнительные реле соединены с четными шинами столбцов, а нечетные дополнительные реле соединены с нечетными шинами столбцов, кроме того четные дополнительные реле соединены с одной клеммой источника тока и с одной клеммой операционного усилителя, а нечетные дополнительные реле - с другой клеммой источника тока и другой клеммой операционного усилителя, выход которого соединен с АЦП в составе микроконтроллера, рассчитывающего сопротивления контактов реле.
1
m
1
n
1
mn
2
4
n
1
3
n-1
На рисунке представлена структурная схема устройства. Устройство содержит матричный релейный коммутатор МРК, содержащий шины строк с 1 по 1, шины столбцов 2-2, в пересечениях которых располагаются реле 3-3, блок дополнительных контрольных реле 4, источник тока 5, операционный усилитель 6, АЦП 7, микроконтроллер 8. Матричный релейный коммутатор состоит из m одинаковых каналов, объединенных общими n шинами. Число m определяет емкость коммутатора, т.е. максимальное количество точек подключения проверяемого объекта контроля. Блок дополнительных контрольных реле состоит из четных дополнительных реле 4, 4,…4, и нечетных дополнительных реле 4, 4…4.
Устройство работает следующим образом: При замыкании двух реле четной и нечетной n шины столбцов на одной m шине строк, и соответствующих дополнительных реле четной и нечетной n шины, ток протекает через контакты замкнутых реле. Сопротивление контактов реле, при протекании через них тока опроса, создает падение напряжения, значение которого поступает на вход операционного усилителя 6. Значение выходного напряжения операционного усилителя поступает на вход АЦП 7 микроконтроллера 8, который рассчитывает сопротивление контактов реле матричного коммутатора.
1.1
1.2
1
2
1.1
1.2
Проверка сопротивления контактов реле осуществляется следующим образом. Внутренний источник тока 5 подключается через дополнительные контрольные реле к соответствующим n шинам. Например, для проверки реле 3 и 3, подключаются реле тестирования 4 и 4. На первом этапе происходит измерение при одном замкнутом реле, например 3, в таком случае ток опроса не протекает. Данный этап позволяет исключить неисправность реле 3, если его контакты изначально закорочены.
1.1
1.2
На втором этапе происходит измерение при двух замкнутых соседних реле 3 и 3 на одной 1 шине, в таком случае, ток опроса протекает через контакты реле, и суммарно значение сопротивления контактов рассчитывается микроконтроллером.
1.1
1.1
На третьем этапе реле 3 отключается, и ток опроса перестает протекать. Данный этап позволяет исключить неисправность реле 3, если его контакты изначально закорочены.
1.2
1.2
1.3
На четвертом этапе отключается реле 3. Далее этапы измерения проводятся на реле 3 и 3, и т.д. Микроконтроллер производит расчет сопротивления на всех этапах, таким образом, опрашивая реле поочередно по n шинам через дополнительные контрольные реле, подключаемые к соответствующим n шинам.
По результатам расчета обнаруживаются неисправные реле с повышенным сопротивлением контактов, а так же постоянно замкнутые или постоянно разомкнутые реле матричного релейного коммутатора.