УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ И КАНАЛОВ УПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ

Полезная модель относится к устройствам, используемым в области систем автоматического управления технологическими процессами (далее по тексту - САУ), в частности, для выявления причин возникновения неявных (скрытых) неисправностей электрических цепей измерительных каналов и каналов управления исполнительными механизмами (далее по тексту ИМ), состоящих из большого числа последовательно соединенных элементов, таких как преобразователи сигналов, оптические и релейные развязки, искробезопасные барьеры.
Известны технические решения для диагностики и контроля состояния электрических цепей [1], [2]. Недостатками данных технических решений являются:
- стационарное исполнение устройства;
- отсутствие возможности контроля за состоянием электрических сигналов на отдельных сегментах одной электрической цепи.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является прибор заводского изготовления [3], имеющий функцию регистрации минимального и максимального значения измеряемого напряжения. Недостатками данного прибора являются:
- измерение значения напряжения только в одной точке цепи в каждый момент времени;
- отсутствие регистрации времени возникновения неисправности;
- отсутствие повторной регистрации многократно возникающих неисправностей.
Задачей полезной модели является оптимизация диагностики электрических цепей измерительных каналов и каналов управления ИМ на предмет наличия неисправных элементов в случаях кратковременного и непериодического возникновения неявных (скрытых) неисправностей методом наблюдения за состоянием электрических сигналов на отдельных сегментах электрической цепи.
Технический результат - сокращение времени поиска и устранения неисправностей в электрических цепях измерения и управления.
Поставленная задача решается, а результат достигается путем создания автономного универсального устройства, обеспечивающего непрерывный одновременный контроль за уровнем напряжения в нескольких точках одной или нескольких электрических цепей с последующей индикацией на корпусе прибора и записью во внутреннюю память устройства текущего времени и уровня напряжения в случае зафиксированных отклонений от заданных параметров работы каналов измерения или управления ИМ.
Схема электрическая принципиальная устройства для диагностики электрических цепей измерительных каналов и каналов управления ИМ показана на фиг. 1. На корпусе (1) расположены: двухпозиционный переключатель (3) для активации функции более точного диагностирования, кнопка без фиксации (4) для управления передачей данных и началом нового измерения, ручка управления переменным резистором (12) для задания уставки контроля напряжения, унифицированный разъем micro USB (13) для передачи записанных данных на внешние устройства и клеммная колодка (5), предназначенная для подсоединения проводников с зажимами, подключаемых параллельно участкам диагностируемой электрической цепи с рабочим напряжением от 0,7 В до 30 В постоянного тока. Клеммная колодка (5) соединена со входами микроконтроллера ATmega328P (14) через делители напряжения, состоящие из пяти пар резисторов (15). Светодиоды (7-11) предназначены для индикации текущего состояния пяти измерительных каналов устройства. Трехпозиционный переключатель (2) предназначен для включения устройства в одном из двух режимов: «Измерение» или «Передача данных», при этом на устройство подается питание с гальванического элемента (16) через стабилизатор напряжения (17), для индикации режима работы устройства загорается светодиод (6). При центральном положении трехпозиционного переключателя (2) питание на устройство не подается.
Работа устройства осуществляется следующим способом. Для начала измерения трехпозиционный переключатель (2) переключают в режим «Измерение». При длительном нажатии на кнопку без фиксации (4) устройство начинает новое измерение, при этом в память микроконтроллера записываются текущие значения напряжения по каждому каналу измерения. При этом каждому каналу условно присваивается значение «LOW» - если измеряемое значение напряжение меньше выставленной пороговой уставки, или «HIGH» - если измеряемое значение напряжение больше выставленной пороговой уставки. Устройство переходит в режим непрерывного контроля за уровнем напряжения по всем измерительным каналам и последующим сравнением его с пороговой уставкой, с учетом гистерезиса в размере 0,1 В. В случае изменения напряжения на одном из каналов, достаточного для изменения условного значения канала с «LOW» на «HIGH» или с «HIGH» на «LOW» в память устройства записывается время изменения напряжения и текущее значение напряжения, загорается соответствующий этому измерительному каналу светодиод (7-11) для индикации произошедшего изменения уровня напряжения. Каждое последующее изменение напряжения, связанное со сменой условного значения «LOW»/«HIGH» записывается в память устройства аналогичным образом. Объем памяти микроконтроллера рассчитан на запись 50 результатов измерений по каждому каналу измерения, в случае превышения этого значения светодиод (7-11) соответствующего канала переходит в режим мигания с частотой 1 Гц.
Для более точного диагностирования неисправностей, связанных с постепенным изменением уровня напряжения, например, при неисправностях блоков питания, гальванических элементов или конденсаторов устройств, предусмотрен дополнительный режим измерения, включаемый двухпозиционным переключателем (3). В этом режиме в память микроконтроллера делается запись не только в случае изменения условного значения «LOW»/«HIGH» на одном из каналов, но и в случае изменения уровня напряжения, на величину, превышающую 10% от последнего измеренного значения напряжения.
По окончанию измерения трехпозиционный переключатель (2) переключают в режим «Передача данных». При кратковременном нажатии на кнопку (4) происходит передача записанных данных по первому измерительному каналу через унифицированный разъем micro USB (13). Каждое последующее нажатие на кнопку (4) приводит к передаче данных следующего по порядку измерительного канала. Передача данных осуществляется с помощью последовательного интерфейса UART, для приема и отображения данных могут использоваться персональный компьютер, микроконтроллеры серии ATmega или другие микроконтроллеры, поддерживающие данный интерфейс передачи данных.
Данные по измерению выводятся в табличном виде, с указанием номера измерительного канала, значения пороговой уставки, времени и уровня напряжения каждого зафиксированного изменения напряжения, а также с указанием направления перехода напряжения через уставку «Из LOW в HIGH» или «Из HIGH в LOW». Сопоставив данные по всем каналам измерения, можно определить в каком участке цепи и в какой момент времени происходили отказы, а также характер отказов, их продолжительность и периодичность.
При выключении питания устройства все ранее записанные данные сохраняются в постоянной памяти микроконтроллера. При повторном включении устройства в режиме «Измерение» оно автоматически продолжает вести измерение.
Список источников:
1. Микропроцессорное релейное устройство центральной сигнализации [Электронный ресурс]. URL: https://patents.google.com/patent/RU87840U1/ru (дата обращения: 22.04.2021)
3. Устройство контроля состояния дискретных источников сигналов [Электронный ресурс]. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU59301U1_20061210 (дата обращения: 22.04.2021)
3. Мультиметр цифровой Fluke-175 [Электронный ресурс]. URL: https://kipia.ru/catalog/izmeritelnye-pribory/elektroizmeritelnye/cifrovoj-multimetr/Fluke/fluke-175-177 (дата обращения: 22.04.2021).