АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ МОНТАЖА, ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ СЛОЖНЫХ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОАППАРАТУРЫ И ТОКОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
AUTOMATED SYSTEM FOR CONTROLLING ASSEMBLING, PARAMETRES OF ELECTRICAL CIRCUITS AND DIAGNOSIS OF MALFUNCTIONS IN COMPLEX ELECTRICAL EQUIPMENT AND CURRENT DISTRIBUTION NETWORKS

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено для автоматического контроля монтажа, функционирования и диагностики неисправностей сложных устройств электроаппаратуры и токораспределительных устройств, контроля параметров и сопротивления изоляции электрических цепей объектов контроля в составе информационно-измерительных комплексов.
Известно устройство контроля изоляции электрических цепей (пат. РФ №2299444, МПК G01R 31/02 (2006.01)), содержащее источник постоянного оперативного тока, фильтр присоединения указанного источника между фазами сети и землей, блок контроля величины оперативного тока на транзисторе, вход которого включен последовательно и согласно с источником оперативного тока и зашунтирован встречно включенным полупроводниковым прибором, источник пульсирующего эталонного тока, источник питания, исполнительный релейный элемент, фильтр переменной составляющей тока, к выходу которого через диод присоединен указанный исполнительный релейный элемент, причем в указанный блок контроля величины оперативного тока включены второй, третий и четвертый транзисторы, отличающийся от остальных типом проводимости.
Недостатком известного устройства контроля изоляции электрических цепей является отсутствие возможности контроля сопротивления изоляции и других параметров электрических цепей объектов контроля в автоматическом режиме, имеющих тысячи контролируемых точек.
Известна автоматизированная система контроля электромонтажа и сопротивления изоляции жгутов (а.с. №1704109, МПК G01R 31/02, опубл. 07.01.92 г. Бюл. №1), являющаяся прототипом в данной заявке, содержащая блок общего управления, блоки ввода и вывода, блок контрольно-измерительного сигнала, блок измерения сопротивления изоляции, шунтирующее реле, коммутатор многоуровневого управления и коммутации, причем первый вход блока управления соединен с выходом блока ввода, первый выход - с блоком вывода, а второй выход - с первым входом блока измерений, выход блока контрольного сигнала соединен с контрольным входом коммутатора, входные клеммы которого соединены с клеммами для подключения объекта контроля, шунтирующее реле, обмотка которого соединена с третьим выходом блока управления, а нормально замкнутые контакты присоединены параллельно к второму и третьему входам блока измерений, второй вход которого соединен с входом блока контрольного сигнала, третий вход - с измерительным входом коммутатора, адресные входы блока управления соединены с адресными выходами соответствующего уровня коммутатора, а управляющие выходы - с управляющими входами соответствующего уровня коммутатора, состоящего из блоков коммутации первого, второго, третьего и т.д. уровней управления.
Недостатком прототипа является отсутствие технической возможности контроля монтажа, диагностики неисправностей и параметров электрических цепей сложных устройств электроаппаратуры.
Предложенное устройство свободно от указанных недостатков.
Задачей предлагаемого устройства является расширение функциональных возможностей прототипа для контроля сложных устройств электроаппаратуры.
k-1
Задача решается за счет того, что в известной автоматизированной системе контроля электромонтажа и сопротивления изоляции жгутов, содержащей блок управления, блок ввода, блок вывода, блок контрольного сигнала, блок измерений, коммутатор, причем первый вход блока управления соединен с выходом блока ввода, первый выход - с блоком вывода, а второй выход - с первым входом блока измерений, выход блока контрольного сигнала соединен с контрольным входом коммутатора, входные клеммы которого соединены с клеммами для подключения объекта контроля, шунтирующее реле, обмотка которого соединена с третьим выходом блока управления, а нормально замкнутые контакты присоединены параллельно к второму и третьему входам блока измерений, второй вход которого соединен с входом блока контрольного сигнала, третий вход - с измерительным входом коммутатора, адресные входы блока управления соединены с адресными выходами соответствующего уровня коммутатора, а управляющие выходы - с управляющими входами соответствующего уровня коммутатора, состоящего из блоков коммутации первого, второго, третьего и т.д. уровней управления, отличающаяся тем, что в указанную систему предлагается ввести блок стимулирующих сигналов и напряжений, блок контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, системную магистраль информационного обмена, а в каждую коммутационную ячейку блок коммутации первого уровня ввести k коммутирующих элементов с памятью, например, триггер-реле, включенных по схеме пирамидального или матричного дешифратора-мультиплексора, имеющих 2 число групп переключающих контактов, шины управления коммутационными ячейками, шины контрольно-стимулирующих сигналов, одна из которых является общей, и шину общего сброса, причем первый вход-выход блока управления соединен шинами информационного обмена с первыми входами-выходами блока ввода, блока вывода, блока стимулирующих сигналов и напряжений и блока контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, второй выход блока управления соединен с шиной общего сброса, а его входы-выходы адресных и управляющих магистральных шин соединены на каждом уровне соответственно с адресными и магистральными шинами управления, а второй вход блока контрольно-измерительного комплекса электрических параметров соединен с шиной измерительного сигнала, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с шиной общей измерения сопротивления изоляции и шиной общей блока стимулирующих сигналов и напряжений, вторые выходы которого соединены соответственно с шинами контрольно-стимулирующих сигналов коммутатора, к входным-выходным клеммам которого подключен объект контроля, а каждый контрольно-измерительный вход коммутатора соединен параллельно с одноименными переключающими контактами всех коммутационных ячеек, образуя шину измерительного сигала и через резисторы шину общую измерения сопротивления изоляции, подключенные соответственно на второй и третий вход блока контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, а остальные параллельно соединенные переключающие контакты образуют шины контрольно-стимулирующих сигналов, которые соединены со вторыми выходами блока стимулирующих сигналов и напряжений, при этом шины управления коммутационными ячейками и шина общего сброса подключены на соответствующие входы блока управления.
На фиг.1 и 2 представлена блок-схема автоматизированной системы контроля монтажа, параметров электрических цепей и диагностики неисправностей сложных устройств электроаппаратуры и токораспределительных сетей.
m
m
Она содержит блок 1 управления, блоки ввода 2 и вывода 3, блок 4 стимулирующих сигналов и напряжений, блок 5 контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, системную магистраль информационного обмена 6, коммутатор 7, содержащий шину 8 измерительного сигнала, шину 9 общую измерения сопротивления изоляции, адресные и управляющие магистральные шины соответственно 10.1-10.n, 11.1-11.k и 11.n.1-11.n.k первого уровня управления, 12.1-12.n и 13.1-13.n второго уровня управления, 14.1-14.n и 15.1-15.n третьего уровня управления, 16.1-16.n и 17.1-17.n четвертого уровня управления и входные-выходные клеммы 18.1-18.n…-18.n. Первый вход-выход блока 1 управления соединен шинами информационного обмена 6 с первыми входами-выходами блока 2 ввода, блока 3 вывода, блока 4 стимулирующих сигналов и напряжений и блока 5 контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, второй выход блока 1 соединен с шиной 38 общего сброса, а его входы-выходы адресных и управляющих магистральных шин соединены на каждом уровне соответственно с адресными шинами 10.1-10.n, 12.1-12.n,…16.1-16.n, магистральными шинами управления 11.1-11.k, 11.n.1-11.n.k, 13.1-13.n,…17.1-17.n, а второй вход блока 5 контрольно-измерительного комплекса электрических параметров соединен с шиной 8 измерительного сигнала, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с шиной 9 общей измерения сопротивления изоляции коммутатора 7, к входным - выходным клеммам 18.1-18.n которого подключен объект контроля.
0
k-1
Коммутатор 7 состоит из блоков 19.1-19.n коммутации первого уровня управления, блоков 20.1-20.n коммутации второго уровня управления, блоков 21.1-21.n коммутации третьего уровня управления и т.д. Каждый блок 19.1 коммутации содержит n коммутационных ячеек 22.1-22.n, каждая из которых содержит k коммутирующих элементов 22.1.1-22.1.k с памятью, например, триггер-реле, включенных по схеме пирамидального или матричного дешифратора-мультиплексора, имеющих число групп от 2 до 2переключающих контактов или по схеме другого логического устройства, резисторную сборку 23 из n резисторов, диодную сборку 24 первого уровня из n диодов, узел 25 включения первого уровня, содержащий n.k.n. магистральных ключей, и выходы 26.1-26.n, 27.1-27.n для подключения к магистральным шинам второго уровня. Каждый блок 20.1 коммутации второго уровня управления содержит n блоков 19.1-19.n коммутации первого уровня управления, диодную сборку 28 второго уровня, узел 29 включения второго уровня и выходы 30.1-30.n, 31.1-31.n для подключения к магистральным шинам третьего уровня. Каждый блок 21.1 коммутации третьего уровня управления содержит n блоков 20.1-20.n коммутации второго уровня управления, диодную сборку 32 третьего уровня, узел 33 включения третьего уровня и выходы 34.1-34.n, 35.1-35.n для подключения к магистральным шинам четвертого уровня управления и т.д. аналогично до m-го уровня управления. При этом якоря контактных групп коммутационных ячеек 22.1-22.n соединены соответственно с входными - выходными клеммами 18.1-18.n коммутатора 7, которые соответственно через нормально замкнутые контакты коммутационных ячеек и резисторы 1-n резисторной сборки 23 подключены к измерительной шине сопротивления изоляции 9 и соединены соответственно с анодами диодов 1-n диодной сборки 24 первого уровня и с входами 1.k.1-n.k.n. магистральных ключей узла 25 включения первого уровня, выходы которых соответственно соединены с адресными шинами 10.1-10.n первого уровня управления. Входы обмоток управления коммутационных ячеек 22.1.1-22-1.k…22.n.1-22.n.k соединены соответственно с выходами 1.1-1.k…n.1-n.k. магистральных ключей узла 25 включения первого уровня, а входы ключей соответственно подключены к управляющим шинам 11.1-11.k…11.n.1-11.n.k первого уровня управления. Выход 26.1 узла 25 включения первого уровня подключен к магистральной шине управления через соответствующий ключ узла 29 включения второго уровня, катоды диодов 1-n соединены с выходом 27.1 для подключения к магистральной шине второго уровня. Выходы 26.1-26.n блоков 19.1-19.n коммутации соединены соответственно через магистральные ключи узла 29 включения второго уровня с магистральными шинами 13.1-13.n второго уровня управления, выходы 27.1-27.n адресных сигналов блоков 19.1-19.n коммутации соединены соответственно через магистральные ключи узла 29 включения второго уровня с адресными шинами 12.1-12.n второго уровня, а также с анодами диодов 1-n диодной сборки 28 второго уровня, катоды которых соединены с выходом 31.1 для подключения к магистральной шине третьего уровня. Вход управления узла 29 включения второго уровня подключен к магистральной шине управления через соответствующий ключ узла 33 включения третьего уровня. Выходы 30.1-30.n блоков 20.1-20.n коммутации второго уровня соединены соответственно через магистральные ключи узла 33 включения третьего уровня с магистральными шинами 15.1-15.n третьего уровня, выходы 31.1-31.n адресных сигналов блоков 20.1-20.n коммутации второго уровня соединены соответственно через магистральные ключи узла 33 включения третьего уровня с адресными шинами 14.1-14.n третьего уровня, а также с анодами диодов 1-n диодной сборки 32 третьего уровня, катоды которых соединены с выходом 35.1 для подключения к адресной шине четвертого уровня, а выход 34.1 узла 33 включения третьего уровня подключен к магистральной шине управления четвертого уровня.
Аналогично строятся следующие уровни управления. Входы управления и выходы адресных сигналов последнего m-го уровня соединены непосредственно с шинами управления и адресных сигналов последнего уровня без использования узла включения и магистральных ключей.
0
1
k
k
k
k-1
Контактные группы коммутационных ячеек 22.1.1-22.n.1 коммутатора 7 образуют пирамидальные дешифраторы-мультиплексоры, выходы 2+1 которых подключены на шину 8 измерительного сигнала, а выходы 2-2 соответственно на шины 37.2-37.2 контрольно-стимулирующих сигналов, одна из которых 37.2 является общей, соединенной с клеммой общей блока 4 стимулирующих сигналов и напряжений, вторые выходы которого соединены соответственно с шинами 37.2-37.2 контрольно-стимулирующих сигналов. Шина 38 общего сброса соединена с соответствующим выходом блока управления 1 и входом сброса памяти коммутирующих элементов 22.1.1-22.1.k с блоков 22.1-22.n коммутатора 7.
Система работает следующим образом.
В блок 1 общего управления из блока 2 ввода вводятся данные теста контроля в виде последовательности кадров контроля, состоящих из адресов точек входа объекта контроля с указанием параметров стимулирующего сигнала для каждой точки и адресов выходных точек ответного сигнала и измеряемых параметров. Совокупность стимулирующих сигналов определяется программой контроля, последовательное выполнение кадров контроля которой обеспечивает полный контроль правильности функционирования объекта контроля и измерение всех необходимых параметров, определяющих техническое состояние объекта контроля. Адреса точек входа и точек ответного сигнала и измеряемых параметров сформированы поразрядно в соответствии с принятой системой счисления блока 1 общего управления или коммутатора 7, при этом каждый разряд соответствует своему уровню управления коммутаторами.
m
Так, если для управления коммутатором принята десятичная система счисления (n=0,1…9), то первый уровень управления обеспечивается декадой единиц, второй - декадой десятков, третий - декадой сотен и т.д., при этом число выходных точек (клемм) коммутатора находится в степенной зависимости от числа уровней управления и равно n.
4
m
k
k
m
m
m
Допустим, что коммутатор 7 имеет четыре уровня управления в десятичной системе счисления и нумерацию входных - выходных клемм 18.1-18.10 от 0 до 9999, которые определяются номером тысячи, номером сотни, номером десятка и номером единицы. Блок 1 управления в соответствии с адресами точек входа кадра контрольно-измерительных цепей объекта контроля выдает через входы-выходы 10.1-17.n и шины управления соответственно коды: 17.1-17.n - код тысячи, 15.1-15.n - код сотни, 13.1-13.n - код десятка, 11.1-11.n- код единицы, вызывая срабатывание узлов 25, 29, 33 включения, соответствующих коду на каждом уровне управления, а код единиц первого уровня управления вызывает срабатывание коммутационных ячеек 22.1-22.n и подключение в соответствии с кадром контроля входных-выходных клемм 18.1-18.n коммутатора 7 к шинам 37.2-37.2соответствующих стимулирующих сигналов. Совокупность стимулирующих сигналов в каждом кадре контроля коммутируется с шин 37.2-37.2 на соответствующие входные - выходные клеммы 18.1-18.n (0-9999) коммутатора 7 через коммутирующие элементы 22.1.l-22.1.k…22.n.1-22.n.k и вызывает срабатывание и функционирование элементов фрагментов схемы или объекта контроля в целом, в результате чего формируются цепи выходных сигналов в объекте контроля, которые последовательно в процессе контроля коммутируются через соответствующие входные - выходные клеммы 18.1-18.n (0-9999) коммутатора 7 на шину 8 измерительного сигнала, измеряются и контролируются блоком 5, а контрольный сигнал через контролируемую цепь в соответствии с ее конфигурацией приходит на соответствующие входные - выходные клеммы 18.1-18.n (0-9999) коммутатора 7, через нормально замкнутые контакты коммутационных ячеек 22.1-22.n приходит на диодные сборки 24 первого уровня, на катодах которых формируется сигнал адресов тысяч, и через выходы 35.1-35.n поступает на адресные шины 16.1-16.n тысячи и соответствующие входы блока 1 управления.
Блок 1 общего управления запоминает номера всех тысяч адресных шин 16.1-16.n, на которых появляется адресный сигнал, и выдает код одной из этих тысяч, например младшей, на шины 17.1-17.n управления тысяч, при этом включается соответствующий узел 33 включения третьего уровня и сформированные сигналы адресов сотен в этой тысяче через четные магистральные ключи 2…2n приходят на адресные шины 14.1-14.n и соответствующие входы блока 1 управления.
Одновременно срабатывание узла 33 включения обеспечивает подключение через нечетные магистральные ключи 1…2n-1 управления выходов 30.1-30.n управления узлов 29 включения второго уровня. Блок 1 общего управления запоминает адреса всех сотен адресных шин 14.1-14.n в этой тысяче, на которых появляется адресный сигнал, и выдает код одной из этих сотен, например младшей, на шины 15.1-15.n управления сотен, при этом включается соответствующий этому коду узел 29 включения второго уровня и сформированные сигналы адресов десятков в этой сотне через магистральные ключи приходят на адресные шины 12.1-12.n десятков и соответствующие входы блока 1 общего управления. Одновременно срабатывание узла 29 включения обеспечивает подключение через нечетные магистральные ключи 1…2n-1 управления выходов 26.1-26.n управления узлов 25 включения первого уровня управления.
Аналогично блок 1 управления запоминает адреса всех десятков адресных шин 12.1-12.n в этой сотне, выдает код одного из этих десятков (младшего) на шины 13.1-13.n управления десятков, при этом включается соответствующий этому коду узел 25 включения первого уровня и сигнал декады единиц этого десятка через магистральные ключи 1.k.1-n.k.n. приходят на адресные шины 10.1-10.n единиц и соответствующие входы блока 1 управления, который запоминает адреса всех единиц шин 10.1-10.n в этом десятке и последовательно выдает код этих единиц на шины 11.1-11.k…11.n.1-11.n.k первого уровня управления, вызывая срабатывание коммутационных ячеек 22, соответствующих этим кодам, через включенные магистральные ключи 11.1-11.k…11.n.1-11.n.k первого уровня, исключая при этом контрольно-стимулирующий сигнал из адреса ответных точек.
Таким образом, получены адреса младшей тысячи, младшей сотни, младшего десятка и все адреса единиц младшей декады. При этом срабатывание коммутационных ячеек 22 приводит к переключению адресных точек цепи на шину 8 измерительного сигнала и снятию адресных сигналов с диодной сборки этой декады единиц.
Если число запомненных десятков в младшей сотне более одного, то блок 1 управления последовательно включает узлы 25 включения этих десятков этой сотни, получает адреса единиц в каждом десятке и переключает выходные клеммы коммутационных ячеек коммутатора 7 по адресным точкам на шину 8 измерительного сигнала и соответственно происходит снятие адресных сигналов диодных сборок десятков в этой сотне.
Аналогично повторяется поиск адресов для каждой сотни, если их более одной, и для каждой тысячи, если их тоже более одной, и переключение всех адресных точек (выходных клемм) коммутатора для всей цепи. В результате поиска получены все адреса контролируемой цепи, а цепь переключается на шину 8 измерительного сигнала.
Блок 1 управления производит сравнение адресов и параметров контрольно-измерительной цепи с адресами и параметрами, полученными в результате измерения и поиска контрольно-стимулирующих сигналов, и значение измеренных параметров сравнивает с номинальными и расчетными для данного объекта контроля, анализирует по требуемым критериям и выдает заключение с первого входа-выхода на первый вход-выход блока 3 вывода о правильности электромонтажа, диагностику дефектов (причину несоответствия полученных адресов: ”Перепутывание”, ”Обрыв”, ”Ложный контакт” и т.д. с локализацией неисправного элемента в реальных адресах объекта контроля) и техническое состояние объекта контроля методом сравнения расчетной матрицы параметров контролируемого объекта с реальной матрицей параметров, полученной в результате контроля. Если в процессе эксплуатации объект контроля контролировался системой не менее 3-х раз, то на основе сравнения матриц определяется эволюция каждого параметра матриц и функциональная зависимость значений параметров во времени, а затем методом экстраполяции функции во времени рассчитывается гарантированный срок безотказной работы объекта в целом, т.е. прогнозирование безотказной работы контролируемого объекта.
Так как все входные - выходные клеммы 18.1-18.n коммутатора 7 через нормально замкнутые контакты и резисторные сборки 23 соединены с шиной 9 общей измерения сопротивления изоляции, а контролируемая цепь в результате поиска переключается на шину 8 измерительного сигнала, то она электрически разобщена со всеми остальными цепями объекта контроля и находится под напряжением блока 5 контрольно-измерительного комплекса электрических параметров. Блок 1 управления через шины информационного обмена выдает команду на первый вход-выход блока 5 измерения сопротивления изоляции и с этого же входа-выхода блока 5 получает результат измерений. Оценка результата измерений выдается с первого входа-выхода блока 1 управления на блок 3 вывода. Быстродействие системы при измерениях увеличено за счет применения современных средств измерения, в которых предусмотрена ускоренная подготовка цепей с распределенными параметрами к процессу измерения.
k
Если в кадре контроля предусмотрены измерения других параметров электрических цепей, например, емкости, сопротивления, индуктивности или параметров электрических сигналов (напряжения, частоты, формы и т.д.), то измеряемая цепь коммутируется аналогичным образом на шину 37.2 общую и шину 8 измерительного сигнала, и по команде блока 1 управления происходит измерение соответствующего параметра блоком 5 контрольно-измерительного комплекса электрических параметров.
Аналогично происходит контроль и измерение параметров следующей цепи. Функция шунтирующего реле, используемого в прототипе, реализуется в блоке 5.
k
Если в качестве контролируемого объекта подключить эталонный электрожгут, то система может работать в режиме автоматического проектирования теста контроля путем последовательного подключения входных - выходных клемм 18.1-18.n коммутатора 7 к одной из шин 37.2-37.2 стимулирующего сигнала и получения для каждой цепи адресных точек ответного сигнала.