RU199834U1 - Test Station Matrix Relay Switch - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к средствам автоматизированного контроля, а именно 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. Технический результат: повышение надежности функционирования и расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля сопротивления контактов реле для обнаружения неисправных реле матричного релейного коммутатора посредством простой схемы. Полезная модель представляет собой 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, операционный усилитель, выход которого соединен с АЦП в составе микроконтроллера, рассчитывающего сопротивления контактов реле.The utility model relates to automated control means, namely, switching devices that use a plurality of buses that provide a connection from test signal sources of a test station and measuring equipment to test points on the electrical equipment being tested. EFFECT: increased reliability of operation and expanded functionality by providing control of the resistance of relay contacts to detect faulty relays of a matrix relay switch by means of a simple circuit. The utility model is a matrix relay switch of a control and test station, containing a matrix of m row buses and n column buses, at the intersections of which electromagnetic relays are located, the contacts of which in a closed state provide, with appropriate control, the connection of the internal blocks of the control and test station and external measuring instruments to the control object, a block of additional control relays is introduced, an operational amplifier, the output of which is connected to an ADC as part of a microcontroller that calculates the resistance of the relay contacts.

Description

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.The utility model relates to automated control means, namely, control and test stations, and more specifically, to switching devices that use a plurality of buses that provide a connection from test signal sources of the control and test station and measuring equipment to test points on electrical equipment that is being tested. Such systems include embedded digital computers that provide a fully automatic mode for testing electronic equipment of complex objects, including power supply systems for spacecraft, characterized by increased reliability requirements. The system can be used at the stages of operational control, factory and acceptance tests.

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 приборовThe switching devices of the control and test station are usually made in the form of a matrix relay switch containing a matrix of m row buses and n column buses, at the intersections of which electromagnetic relays are located, whose contacts in a closed state, with appropriate control, connect the internal blocks of the control and test station and external measuring devices to the controlled object, m row buses are used to connect through the system switch to the points of the controlled object, and n column buses are used to connect indoor units and external measuring devices

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.The tested power supply system is a complex object with many processes occurring in it. During operation during transient processes, current surges can occur in it. Electronic relays, especially miniature ones, are quite sensitive to current surges. Such surges can cause the relay contacts to fuse or burn out. Fusion or burnout of relay contacts due to current surges is a significant problem, especially in systems where multiple relay switches are used. The result of such cases is an increase in the resistance of the relay contacts, instability of operation, as well as the failure of the relay itself.

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.Known switches with self-monitoring, for example, SU 1387187, SU 1786650, RF patents No. 2540811 and No. 2454697. The switch according to the author's certificate No. 138187 contains the main and additional switching relays, the control windings of which are connected to the outputs of the control device, the main and additional comparison elements on the first inputs of which are connected to the outputs of the control device, a device for recording and indicating faults, input combined buses, output buses and common a bus, the potential of which corresponds to the potential of the outputs of the control device. The main and additional switching relays are made with two contact groups. The switch according to the author's certificate No. 1786650 also contains the main and additional keys, the outputs of which are combined, respectively, into the output bus of the switch and into the self-control bus, and the control unit, the outputs of which are connected respectively to the control inputs of the main and additional keys, and the input to the control bus. Further, subtractors, repeaters, a rectifier, averaging, a comparator, and an installation unit are introduced into it. The disadvantages of these devices are the complexity of the circuit, the need for a relay with two contact groups.

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.RF patents Nos. 2454697 and 2540811 describe devices for continuous monitoring of a multi-position relay switch by monitoring the switching time of the executive relay. The device according to patent No. 2454697 contains a group of triggers for memorizing relay control commands, an information highway, a bus for recording information, a bus for setting the relay switch to its initial state, executive relays with a control switching contact group, a pulse width expander, a logic element 2I-NOT, a trigger for memorizing an incorrect case functioning of the switch, logical element NAND.

Недостатком данного устройства непрерывного контроля многопозиционного релейного коммутатора являются сложность схемы, а также требование дополнительной переключающей группы контактов в исполнительных реле.The disadvantage of this device for continuous monitoring of a multi-position relay switch is the complexity of the circuit, as well as the requirement for an additional switching group of contacts in the operating relays.

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.The device for continuous monitoring of a multi-position relay switch according to RF patent No. 2540811 is an even more complex circuit that contains a control contact closing group of switch executive relays, a pulse duration expander, 2I-NOT and I-NOT elements, a trigger for fixing defective elements, a resistive voltage divider. The output of the trigger for storing the control command, through the control contact group of the relay, and the voltage divider are connected to the AND-NOT element so that, regardless of the state of the trigger, with the correct functioning of the relay and the amplifier, a logical unit is at the input of the AND-NOT element. When the state of the switch changes, a logical zero at the output of the pulse width expander blocks writing to the defect fixing trigger. Exceeding the switching time of the executive relay of the extended pulse duration will trigger the trigger for fixing defective elements in a normally functioning multi-position relay switch.

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.The RF patent for utility model No. 136247 describes a bus switch of a control and test station, containing a matrix of m row buses and n column buses, at the intersections of which electromagnetic relays are located, whose contacts in a closed state provide, with appropriate control, the connection of the internal blocks of the control and test station and external measuring devices to the control object, in which a circuit for protecting the bus switch relay against current surges is introduced into each line bus in series with the connected point of the control object.

Недостаток заключается в том, что данная схема не может обнаружить заведомо неисправные реле в составе коммутатора.The disadvantage is that this circuit cannot detect knowingly faulty relays in the switch.

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.The task of the utility model is to improve the reliability of operation and expand the functionality, as well as to provide control of the resistance of the relay contacts to detect faulty relays of the matrix relay switch using a simple circuit.

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.The problem is solved by the fact that in the matrix relay switch of the control and test station, containing a matrix of m buses of rows and n buses of columns, at the intersections of which there are electromagnetic relays, whose contacts in a closed state provide, with appropriate control, the connection of the internal blocks of the control and test station and external measuring devices to the object of control, a block of additional control relays is introduced, each of which is connected to one bus of columns, and even additional relays are connected to even buses of columns, and odd additional relays are connected to odd buses of columns, in addition, even additional relays are connected to one terminal of the current source and one terminal of the operational amplifier, and odd additional relays - with another terminal of the current source and another terminal of the operational amplifier, the output of which is connected to the ADC as part of the microcontroller, which calculates the resistance of the relay contacts.

На рисунке представлена структурная схема устройства. Устройство содержит матричный релейный коммутатор МРК, содержащий шины строк с 1₁ по 1_m, шины столбцов 2₁-2_n, в пересечениях которых располагаются реле 3₁-3_mn, 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 4₂, 4₄,…4_n, и нечетных дополнительных реле 4₁, 4₃…4_n-1.The figure shows a block diagram of the device. The device contains a matrix relay switch MRK, containing buses of rows from 1 ₁ to 1 _m , buses of columns 2 ₁ -2 _n , at the intersections of which relays 3 ₁ -3 _{mn are located} , a block of additional control relays 4, a current source 5, an operational amplifier 6, ADC 7, microcontroller 8. The matrix relay switch consists of m identical channels, united by common n buses. The number m determines the capacity of the switch, i.e. the maximum number of connection points of the checked object of control. The block of additional monitoring relays consists of even additional relays 4 ₂ , 4 ₄ ,… 4 _n , and odd additional relays 4 ₁ , 4 ₃ … 4 _n-1 .

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.The device works as follows: When two relays of an even and odd n bus of columns are closed on one m bus of rows, and the corresponding additional relays of an even and odd n bus, current flows through the contacts of the closed relays. The resistance of the relay contacts, when the polling current flows through them, creates a voltage drop, the value of which is fed to the input of the operational amplifier 6. The value of the output voltage of the operational amplifier is fed to the input of the ADC 7 of the microcontroller 8, which calculates the resistance of the relay contacts of the matrix switch.

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_1.1 и 3_1.2, подключаются реле тестирования 4₁ и 4₂. На первом этапе происходит измерение при одном замкнутом реле, например 3_1.1, в таком случае ток опроса не протекает. Данный этап позволяет исключить неисправность реле 3_1.2, если его контакты изначально закорочены.The resistance of the relay contacts is checked as follows. Internal current source 5 is connected via additional control relays to the corresponding n buses. For example, to test relays 3 _1.1 and 3 _1.2 , test relays 4 ₁ and 4 _{2 are} connected. At the first stage, the measurement takes place with one relay closed, for example 3 _1.1 , in which case the polling current does not flow. This stage allows you to eliminate the failure of relay 3 _1.2 , if its contacts are initially shorted.

На втором этапе происходит измерение при двух замкнутых соседних реле 3_1.1 и 3_1.2 на одной 1 шине, в таком случае, ток опроса протекает через контакты реле, и суммарно значение сопротивления контактов рассчитывается микроконтроллером.At the second stage, the measurement takes place with two closed adjacent relays 3 _1.1 and 3 _1.2 on one 1 bus, in this case, the polling current flows through the relay contacts, and the total contact resistance value is calculated by the microcontroller.

На третьем этапе реле 3_1.1 отключается, и ток опроса перестает протекать. Данный этап позволяет исключить неисправность реле 3_1.1, если его контакты изначально закорочены.In the third stage, relay 3 _{1.1 is} turned off and the polling current stops flowing. This stage allows to exclude the failure of relay 3 _1.1 , if its contacts are initially shorted.

На четвертом этапе отключается реле 3_1.2. Далее этапы измерения проводятся на реле 3_1.2 и 3_1.3, 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.At the fourth stage, relay 3 is switched off _1.2 . Further, the measurement steps are carried out on relays 3 _1.2 and 3 _1.3 , etc. The microcontroller calculates the resistance at all stages, thus polling the relay one by one on n buses through additional control relays connected to the corresponding n buses.

По результатам расчета обнаруживаются неисправные реле с повышенным сопротивлением контактов, а так же постоянно замкнутые или постоянно разомкнутые реле матричного релейного коммутатора.According to the calculation results, faulty relays with increased contact resistance are detected, as well as permanently closed or permanently open relays of the matrix relay switch.

Claims (1)

Матричный релейный коммутатор с функцией тестирования контактов реле, 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, отличающийся тем, что в него введен блок дополнительных реле, источник тока, операционный усилитель и микроконтроллер, при этом каждое из дополнительных реле 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.A matrix relay switch with the function of testing relay contacts, containing a matrix of m row buses and n column buses, at the intersections of which electromagnetic relays are located, the contacts of which in a closed state provide, with appropriate control, the connection of the internal blocks of the control and test station and external measuring devices to the object of control , characterized in that a block of additional relays, a current source, an operational amplifier and a microcontroller are introduced into it, while each of the additional relays is connected to one column bus, and the even additional relays are connected to the even buses of the columns, and the odd additional relays are connected to the odd buses columns, in addition, the even additional relays are connected to one terminal of the current source and to one terminal of the operational amplifier, and the odd additional relays are connected to the other terminal of the current source and the other terminal of the operational amplifier, the output of which is connected to the ADC as part of the microcontroller, calculating the resistance of the relay contacts.

Images