АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Техническое решение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности - к техническим средствам контроля качества электрических цепей (внутреннего монтажа) сложных технических объектов, включая изделия вооружений и военной техники.
Известны устройства для контроля электрических цепей технических объектов, включающие в свой состав аппаратуру программного управления, программно-управляемые источники тестовых сигналов, программно-управляемые коммутаторы и технологические кабели (жгуты) для подключения к контактам контролируемых электрических цепей. Примерами известных технических решений являются установки по патентам RU 2208806, RU 78952, а также установка, описанная в статье: С. Карпов «Расширение номенклатуры контролируемых объектов для тестеров печатных плат с контактным устройством» (Технологии в электронной промышленности, 2012 г., №8, стр.72).
Известные устройства обеспечивают контроль целостности и сопротивлений электрических цепей между конечными контактами (точками подключения) этих цепей или участков ветвящихся цепей, сопротивления изоляции между разобщенными цепями, а также срабатывание активных элементов (например, реле) при подаче управляющих сигналов по цепям управления.
Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для контроля проводного монтажа и печатных плат по патенту RU 78952, принимаемое в качестве аналога к заявленному техническому решению.
Недостатками аналога являются:
1) невозможность достоверного контроля высоковольтных электрических цепей;
2) техническая сложность устройства при контроле сложного монтажа, содержащего несколько сотен и более точек подключения к электрическим цепям (для чего потребуется использование несколько десятков  функционально сложных измерительных модулей, приведенных на фиг. 2 в описании аналога).
технической
Техническим результатом заявленного устройства является упрощение реализации контроля электрических цепей сложных технических объектов, содержащих большое количество электрических цепей с точками подключения до нескольких тысяч и включающих в свой состав высоковольт-ные электрические цепи.
Указанный технический результат достигается за счет введения в состав устройства дополнительного коммутатора для подключения контактов высоко-вольтных цепей и соответствующих типовых программно-управляемых изме-рительных приборов.
Принцип действия заявленного автоматизированного устройства поясня-ется на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3. В состав устройства входит компьютер 1, к кото-рому с помощью интерфейсной магистрали 2 подключены входы кодового про-граммного управления источника тестовых воздействий 3, измерителя парамет-ров электрических цепей 4, низковольтного коммутатора 5, высоковольтного измерительного прибора 6, высоковольтного коммутатора 7. При этом выход источника тестовых воздействий 3 подключен ко входу первого поля (матри-цы) коммутатора 5, вход измерителя параметров электрических цепей 4 под-ключен к выходу второго поля (матрицы) низковольтного коммутатора 5, точки подключения высоковольтного измерительного прибора 6 подключены ко вхо-ду и выходу коммутационных полей (матриц) высоковольтного коммутатора 7. К низковольтному коммутатору подсоединен технологический жгут 8 для под-ключения к контактам контролируемых электрических цепей объекта контроля 9, а к высоковольтному коммутатору 7 подсоединен высоковольтный техноло-гический жгут 10 для подключения к контактам контролируемых высоковольт-ных электрических цепей объекта контроля 9.
Перед применением устройства по его назначению, после установки и подключения всех составных частей согласно фиг. 1, в компьютер 1 устанавли-вается соответствующее программное обеспечение, с помощью которого реализуется
автоматизированное управление всеми процессами контроля параметров электрических цепей объекта контроля 9. Комплекс программного обеспечения (ПО) является общим для всех типов объектов контроля. После инсталляции комплекса ПО в память компьютера вводят таблицу электрических соединений объекта 9, подлежащего контролю. В состав таблицы входят позиционные обозначения контактов каждой разветвленной электрической цепи объекта контроля, при этом по каждому участку электрической цепи (для каждой пары электрически связанных контактов) указывают критериальные параметры (максимально допустимую величину сопротивления цепи, максимально допустимое время срабатывания активных элементов, минимально допустимое значение сопротивления изоляции и т.п.). В качестве критериальных параметров указывают также значение параметров тестовых воздействий (например, значение испытательного напряжения, подаваемого при измерении сопротивления изоляции).
После загрузки в память компьютера 1 данных таблицы электрических соединений и критериальных параметров, контакты проверяемых электрических цепей объекта контроля 9 с помощью технологического жгута 8 подключаются к коммутатору 5.
Работа установки фиг.1 при проверке целостности электрической цепи и правильности соединений происходит следующим образом.
к корпусу источника тестовых воздействий
0
0
i
Из компьютера 1 через интерфейсную шину 2 на коммутатор 5 поступают команды, с помощью которых осуществляется подключение контактов начала электрической цепи и конца контролируемого участка этой цепи к источнику тестовых воздействий 3 и/или к измерителю параметров электрических цепей 4, как это поясняется на фиг.2. В случае контроля электрических цепей с активными элементами (например - реле) коммутационный элемент К1-1 первой матрицы коммутатора 5 подключает выход источника тестовых воздействий 3 к началу электрической цепи, содержащей управляемую часть активного элемента (в указанном примере - обмотку реле). Коммутационный элемент К1-2 второй матрицы коммутатора 5 подключает второй конец электрической цепи объекта  9 с указанной обмоткой реле (управляющей части активного элемента кон-тролируемой цепи) 3. Коммути-рующий элемент К1-3 третьей матрицы коммутатора 5 подключает вход измери-теля параметров электрических цепей 4 к началу электрической цепи с исполни-тельным элементом (в рассматриваемом примере - пара контактов управляемого реле в составе объекта контроля 9, работающих на замыкание цепи или разрыв цепи). Коммутирующий элемент К1-4 четвертой матрицы коммутатора 5 подклю-чает общий контакт (корпус) измерителя параметров электрических цепей 4 к концу электрической цепи с исполнительным элементом. Каждая матрица комму-татора 5 (аналогично - коммутатора 7) представляет собой независимое (электри-чески изолированное от других) поле коммутации, осуществляющее программно управляемое подключение заданного контакта объекта контроля к соответствую-щему входу (выходу) прибора 3 или 4. После завершения процессов подключения источника тестовых воздействий 3 и измерителя параметров электрических цепей 4 с помощью коммутационных элементов матриц коммутатора 5 к управляющей и исполнительной электрической цепи объекта 9 (см. фиг. 2) по программе кон-троля с выхода измерителя электрических цепей 4 в компьютер 1 принимают ко-ды текущих значений параметров (сопротивления) исполнительной электриче-ской цепи R(t). Через заданную по программе задержку из компьютера 1 в мо-мент времени t подают через интерфейсную шину 2 на источник тестовых воз-действий 3 команду на выдачу в управляющую электрическую цепь объекта 9 тестового воздействия с заданными значениями параметров U(t), обеспечиваю-щими срабатывание исполнительной части активного элемента. Факт срабатыва-ния исполнительной части активного элемента и момент времени срабатывания определяется по результатам измерения значений параметров сопротивления R(t) с помощью измерителя 4. Например, при замыкании контактов реле, разомк-нутых в исходном состоянии, этот момент определяется по резкому умень-шению значения сопротивления исполнительной электрической цепи
i
o
R(t)<<R(t).
При размыкании контактов реле, замкнутых в исходном состоянии, срабатывание исполнительной части активного элемента (реле) определяется по резкому увеличению значения сопротивления контролируемой цепи
i
o
R(t)<<R(t).
i
o
i
Значение интервала времени (t-t) от момента подачи из компьютера 1 команды на источник тестовых воздействий 3 до момента t определения с помощью измерителя параметров электрических цепей 4 срабатывания исполнительной части активного элемента контролируемых цепей объекта 9 (замыкания или размыкания контактов реле - соответственно) является контролируемым параметром электрических цепей сложных технических объектов, наряду с контролем целостности цепей, отсутствия ложных соединений и замыканий, а также значений сопротивления изоляции между цепями объекта контроля 9.
ij
Контроль целостности электрических цепей и значений сопротивления участков электрических цепей осуществляется устройством фиг.1 без использования источника тестовых воздействий 3, а также первой и второй матриц коммутатора 5. По команде из компьютера 1 через интерфейсную магистраль 2 на коммутатор 5 происходит подключение общего контакта измерителя параметров электрических цепей 4 через технологический жгут 8 к началу контролируемой электрической цепи объекта 9. В общем случае контролируемая электрическая цепь может быть многозвенной (соединять несколько контактов на различных разъемах в составе объекта контроля 9) и иметь ответвления. В соответствии с таблицей соединений, введенной в память компьютера 1, коммутатор 5 (с помощью другой коммутационной матрицы) последовательно подключает ко входу измерителя 4 промежуточные точки (звенья) контролируемой электрической цепи и оконечные точки ответвлений этой цепи. Измеренные с помощью измерителя 4 значения сопротивления R каждого участка цепи сравниваются с максимально допустимыми значениями , занесенными предварительно в память компьютера 1 в составе данных таблицы электрических соединений объекта контроля 9. При нахождении измеренных значений в пределах допуска для каждого участка цепи
ij
контролируемая цепь считается исправной. При превышении допуска в память компьютера заносятся идентификационные данные дефекта участка цепи, содержащие обозначения контактов в составе объекта 9, между которыми выявлен дефект, и параметры дефекта (R).
После завершения контроля одной из электрических цепей коммутатор 5 по команде от компьютера 1 подключает к измерителю 4 контакты очередной цепи, данные которой занесены в таблице электрических соединений объекта контроля 9.
После завершения контроля последней электрической цепи из состава таблицы электрических соединений объекта 9, предварительно занесенных в память компьютера 1 перед началом работы устройства фиг.1, устройство переходит к работе в режиме контроля наличия ложных соединений, замыканий и величины сопротивления изоляции между разобщенными (электрически не связанными по схеме соединений объекта 9) электрическими цепями объекта 9.
Работа устройства фиг.1 в режиме контроля наличия ложных соединений, замыканий между цепями и контроля величины сопротивления изоляции происходит следующим образом.
x
x
из
С помощью одной из коммутационных матриц коммутатора 5 (например - третьей, см. фиг.2) по командам из компьютера 1 на основе данных таблицы соединений измерительный вход измерителя 4 подключается к одной из точек контролируемой цепи объекта 9. С помощью другой коммутационной матрицы коммутатора 5 (например - четвертой, см. фиг.2) другой контакт (общий или корпуса) измерителя 4 подключается сразу к точкам из состава всех остальных электрических цепей объекта 9, кроме цепи, подключенной на измерительный вход. При этом для каждой электрической цепи, разобщенной (электрически не связанной) с контролируемой цепью, достаточно подключиться к одной точке. После подключения к точкам всех разобщенных цепей (не принадлежащим данной контролируемой цепи) с помощью измерителя 4 производится измерение значения сопротивления (R) между данной цепью и остальными цепями. Измеренное значение (R) по программе сравнивается с критериальным значением (R), занесенным в составе данных таблицы соединений. Если измеренное значение сопротивления изоляции мало
x
из
(R<<R),
то это означает наличие замыкания (ложного соединения) между данной электрической цепью и другими электрическими цепями объекта 9.
x
из
x
из
x
x
из
При обнаружении признака замыкания (R<<R) коммутатор 5 по командам от компьютера 1 (на основе данных о контактах подключенных цепей) начинает поочередно отключать цепи до появления результата (R≥R), что означает отсутствие замыканий между данной контролируемой цепью и оставшимися (не отключенными от общего контакта измерителя 4) объединенными электрическими цепями объекта контроля 9. После этого по командам из компьютера 1 поочередно с помощью коммутатора 5 подключаются ранее отключенные от общего контакта измерителя 4 цепи. После каждого подключения фиксируется измеренное значение сопротивления R между контролируемой цепью и объединенными остальными цепями. В случае, если после подключения очередной ранее отключенной цепи обнаруживается условие замыкания (R<<R), то данная цепь вновь отключается и по ней фиксируется дефект, состоящий в наличии замыкания между этими двумя (разобщенными по схеме) цепями. Аналогично производится проверка по всем остальным ранее отключенным электрическим цепям.
x
В случае, если замыканий между данной контролируемой электрической цепью и остальными объединенными цепями не обнаружено, то производится измерение значения сопротивления изоляции R между данной цепью и остальными разобщенными относительно ее цепями. По результатам измерения, если получен результат , то фиксируется нахождение значения сопротивления  изоляции в допуске. Параметр  входит в состав критериальных данных по каждой контролируемой цепи в таблице соединений, загружаемой в память компьютера перед началом процедуры контроля электрических соеди-нений данного типа объекта контроля 9. Продолжая последовательно указан-ную процедуру по каждой электрической цепи, занесенной в таблицу соедине-ний объекта 9 перед началом работы устройства фиг. 1, получают полный пере-чень результатов контроля и обнаруженных дефектов. В случае обнаружения замыканий производят устранение дефектов, после чего производят повторную процедуру контроля отсутствия замыканий и контроля значений сопротивления изоляции. Проверка считается завершенной, если при контроле значений со-противления изоляции каждой электрической цепи по отношению к остальным объединенным электрическим цепям из состава таблицы электрических соеди-нений объекта 9 измеренные значения сопротивления изоляции удовлетворяют допускам , установленным в составе данных таблицы соединений для каждой цепи.
упрощает техническую реализацию
Следует отметить, что применение группового способа контроля сопро-тивлений изоляции между каждой отдельной электрической цепью и объеди-ненными остальными (разобщенными по схеме изделия) электрическими цепя-ми контроля наличия замыканий в соста-ве сложных технических объектах, содержащих до 1000 и более электрических цепей.
U
U
ucn
ucn
Измерение сопротивлений изоляции рассмотренным способом должно производиться с приложением соответствующего значения испытательного напряжения . Для низковольтных электрических цепей проверка сопротив-ления изоляции производится при значениях испытательных напряжении  не более (100В250В). Соответственно, измеритель 4, коммутатор 5 и технологический жгут 8 должны быть рассчитаны на указанное значение испытательного напряжения. Однако, в современных сложных технических объектах (в частности - в изделиях вооружений и военной техники) наряду с низковольтными электрическими цепями (проверку значений сопротивления изоляции для которых производят при значениях испытательных напряжениях не более 100 В÷250 В) входят высоковольтные электрические цепи (проверку значений сопротивлений изоляции для которых производят при значениях испытательных напряжений до 1,5 кВ).
исп
При традиционном подходе в этом случае измеритель 4, коммутатор 5 и технологический жгут 8 должны удовлетворять требованиям работы при испытательном напряжении до 1,5 кВ. Однако, низковольтные электрические цепи должны при этом по прежнему проверяться при пониженных значениях испытательного напряжения (U=100 B÷250 В). Исходя из этого, измеритель 4 должен предусматривать возможность программной установки значений испытательного напряжения в широких пределах (например, до 1,5 кВ), что ведет к его существенному удорожанию. Кроме того, стоимость высоковольтного коммутатора (как известно из уровня техники) в десять и более раз выше аналогичных по количеству коммутируемых цепей низковольтных коммутаторов. Следовательно, реализация устройства на основе традиционных технических решений, известных из аналогов, для обеспечения таким устройством контроля смешанных (низковольтных и высоковольтных электрических цепей сложных технических объектов) с неизбежным в этом случае применением в качестве измерителя параметров цепей 4 высоковольтного измерительного прибора, а также полномасштабного (на весь состав электрических цепей объекта контроля 9) высоковольтного коммутатора электрических цепей (в качестве коммутатора 5) и высоковольтного технологического жгута приведет к увеличению стоимости устройства контроля смешанных электрических цепей примерно на порядок (по крайней мере - в несколько раз).
Анализ сложных технических изделий (в частности - изделий вооружений, военной и специальной техники) позволил установить, что удельный вес высоковольтных электрических цепей в общем количестве контролируемых электрических цепей таких изделий обычно не превышает 10%. С учетом этого в заявленное устройство фиг.1 дополнительно введены высоковольтный измерительный прибор (высоковольтный тестер) 6, высоковольтный коммутатор 7 и высоковольтный технологический жгут 10, с помощью которых реализуется комбинированный способ совмещенного контроля низковольтных и высоковольтных измерительных цепей сложных технических изделий.
При реализации этого способа на первом этапе производят контроль целостности и значений сопротивлений всех электрических цепей (как низковольтных, так и высоковольтных) и выявление замыканий, а также контроль значений сопротивлений изоляции под низкими уровнями (в пределах 100 В÷250 В) испытательных напряжений по рассмотренной ранее процедуре. После выявления и устранения всех дефектов (в том числе - возможных замыканий в высоковольтных электрических цепях), от объекта контроля 9 отключают технологический жгут 8, использовавшийся для контроля под низковольтным испытательным напряжением, а к высоковольтным цепям объекта контроля 9 подключают высоковольтный технологический жгут 10.
Процедуру контроля значений сопротивления изоляции высоковольтных электрических цепей объекта 9 (прошедших предварительный контроль под низковольтным испытательным напряжением) производят следующим образом.
По командам из компьютера 1 на основе данных таблицы соединений подключают с помощью высоковольтного коммутатора 7 и высоковольтного технологического жгута 10 один из контактов высоковольтного измерительного прибора 6 к одной из контролируемых высоковольтных электрических цепей объекта контроля 9 (см. фиг.3). Ко второму контакту высоковольтного измерительного прибора 6 подключаются (объединенно) остальные высоковольтные электрические цепи объекта контроля 9. После подключения высоковольтный измерительный прибор 6 по команде от компьютера 1 подает на подключенные цепи заданное (высоковольтное) значение испытательного напряжения и контролирует значение тока утечки, характеризующего значение сопротивления изоляции между данной высоковольтной цепью и остальными цепями (включая корпус объекта 9). Процедура повторяется для каждой цепи. В случае, если по какой-либо цепи выявляется значение сопротивления изоляции ниже допустимого, из состава подключенных (объединенных) цепей поочередно отключаются цепи - до нахождения пар электрических цепей, между которыми имеется пониженное значение сопротивления изоляции (эта процедура аналогична ранее рассмотренной для контроля сопротивления изоляции низковольтных электрических цепей). Выявленные дефекты и номера соответствующих электрических цепей заносятся в память компьютера 1 для использования при ремонте объекта 9. После устранения дефектов повторяют процедуру контроля до полного восстановления требуемого значения сопротивлений изоляции высоковольтных электрических цепей между собой и по отношению к корпусу объекта 9.
Применение указанного способа, когда высоковольтный измерительный прибор 6, высоковольтный коммутатор 7 и высоковольтный технологический жгут 10 используются только при контроле сопротивления изоляции под высоким испытательном напряжении («контроль на пробой»), позволяет существенно снизить требования к измерительному прибору 4 и низковольтному коммутатору 5, т.е. снизить сложность их технической реализации и их стоимость. Это позволяет получить дополнительный полезный результат.
Таким образом, заявленное устройство фиг.1 и реализуемый этим устройством способ контроля электрических цепей сложных технических изделий (в частности - изделий вооружений, военной и специальной техники с наличием в них высоковольтных электрических цепей обеспечивает получение заявленного технического результата:
1) повышение достоверности контроля высоковольтных электрических цепей сложных технических изделий;
2) упрощение технической реализации и стоимости автоматизированных установок для контроля смешанных (низковольтных и высоковольтных) электрических цепей сложных технических изделий (включая изделия вооружений, военной и специальной техники).
Промышленная реализация заявленного устройства и реализуемого с его применением способа контроля смешанных (низковольтных и высоковольтных) электрических цепей сложных технических изделий основана на применении типовой аппаратуры, известной из уровня техники.
В качестве компьютера 1 могут применяться типовые серийные персональные компьютеры отечественного и зарубежного производства, имеющие необходимую комплектацию и стандартный интерфейс (Ethernet, USB), позволяющий реализовать стандартную интерфейсную магистраль для подключения типовых серийных приборов.
В качестве источника тестовых воздействий 3 может использоваться любой программно-управляемый источник питания с необходимым диапазоном регулировки выходного напряжения и стандартным интерфейсом, совместимым с компьютером 1.
В качестве низковольтного коммутатора может использоваться, например многофункциональный блок коммутации Agilent 34980A с модулями Agilent 34922A (или аналогичная аппаратура других фирм).
В качестве измерителя параметров электрических цепей 4 может использоваться, например, миллиомметр цифровой GOM-82 фирмы Good Will Instrument Co, а также серийные цифровые мультиметры с соответствующими метрологическими характеристиками.
В качестве высоковольтного коммутатора 7 могут использоваться коммутаторы фирмы Cytec corp. с модулями типа HXV/8 и аналогичные приборы других фирм.
В качестве высоковольтного измерительного прибора 6 может использоваться высоковольтный тестер GPI-725 фирмы Good Will Instrument Co., объединяющий в себе пробойную установку и измеритель сопротивления изоляции.
Технологический жгут 8 и высоковольтный технологический жгут 10 могут быть реализованы с использованием кабельной продукции, используемой в изделиях 9 для реализации штатных низковольтных и высоковольтных электрических цепей.
Таким образом, промышленная реализуемость заявленного устройства и реализуемого устройством способа контроля очевидна.