基于多路數據采集系統的繼電器開關矩陣檢測

杜慧琳

(蘇州工業職業技術學院，江蘇蘇州，215000)

1 引言

繼電器具有控制電路斷開或連接的功能,主要運用于電力保護系統、自動控制系統等,發揮檢測、調節等作用,促使系統具有自動化特點。其中繼電器開關矩陣被運用于多個通道數據采集系統領域,高效化完成較為復雜的多路數據采集。

2 繼電器的基本類型

繼電器屬于一種電控制器件,具有被控制系統和控制系統的互動關系,是一種現代化控制元件。繼電器可以反映輸入變量的感應結構,其輸入變量包含溫度、壓力、電壓等,也能控制相對應檢測電路。繼電器作為控制元件具有以下幾種作用:其一,增加控制范圍,當多觸點繼電器的控制信號達到特定值,則需要根據接觸點的形式,對多個電路采取開斷、接通等操作;其二,綜合信號,根據相關規定輸入多繞組繼電器,取得良好的控制效果;其三,遙控、檢測,將繼電器與其他電器相組合,形成完善的程序控制線路,實現自動化運行。

當以基本特征為依據,繼電器可分成量度繼電器、有無繼電器,其中前者定量動作特性明顯,后者定性動作特性明顯。另外,以繼電器開關數量和分布位置為依據進行分類,包含雙刀雙擲、單刀雙擲、單刀單擲,也包含多刀、多擲的繼電器,能夠滿足不同運用需求和要求,運用效果更加良好。以繼電器開關樣式為依據分類,包含A型:SPST繼電器、B型:SPST繼電器、C型:單刀雙擲繼電器、D型:單刀雙擲繼電器。此外,當以工作原理展開分類,包含固態繼電器、舌簧繼電器、電磁繼電器等,而根據用途分類,包含汽車繼電器、航天用繼電器等等。由此可見,繼電器種類繁多,譬如,高靈敏度、大體積型、大功率型等等,并隨著時代的發展不斷改進和優化,運用范圍涉及多個領域,可以滿足人們的實際需求,為其帶來更高的經濟效益[1]。

3 繼電器的驅動控制方式和選擇

伴隨著微電子技術的高速發展,出現不同用途的新工藝、新技術、新材料,推動社會快速發展,并進一步優化和完善繼電器。通過全面調查繼電器的類型可得,繼電器外形逐漸朝著片狀化和小型化方向發展,體積更小,以IC封裝繼電器為例,抗振性良好,有利于設備安全穩定運行。另外,繼電器功能呈現多元化特點,能夠集成不同功能電路,譬如,裝入遙控、放大、延時等電路,繼電器實際運用更加便利。并且與微處理器聯合使用,智能化特點愈加明顯。鑒于此,為了突出繼電器的運用價值,應了解繼電器的驅動控制方式和運行原理,選擇最恰當的繼電器類型。

3.1 繼電器的選擇

為了提升繼電器的運用效果,需要注重繼電器的選擇,重點考慮具體技術要求、繼電器的功能、環境適應能力,并深度分析繼電器的性能參數,了解安裝要點、運行原理、負載特性等等,從而針對性選擇繼電器類型,突出繼電器的運用價值。繼電器性能參數包含:其一,輸入參數,包含線圈電阻、電壓電流、釋放電壓等;其二,輸出參數,包含觸點對數、吸合時間、觸點容量等;其三,物理性參數,包含實際安裝方法、引出端形式、安裝尺寸等等;其四,安全性指標,包含電抗強度、絕緣電阻等。具體選擇過程中,若忽略對繼電器性能的分析和了解,將直接影響整個系統的運行效果,而當繼電器性能高,則會顯著提升繼電器的設計成本[2]。以電磁繼電器為例,技術參數如表1所示。

表1 電磁繼電器部分技術參數

3.2 驅動控制方式

繼電器運行階段,驅動控制方式包含輸出被控觸點、驅動控制電路,最常見的控制接口包括:專門集成芯片、可控硅開關等控制電路,每種控制接口功能不同,一部分可以對獨立元件展開分開控制,另一部分可以同時控制不同繼電器。

4 繼電器開關矩陣檢測系統組成

根據相關調查結果顯示,檢測系統包含繼電器開關矩陣、故障檢測模塊、上位機三個部分。正常情況下,在對繼電器開關矩陣進行監測時,檢測內容包含測觸點電阻、線圈電阻、釋放電壓和電流等。

4.1 繼電器開關矩陣

所謂繼電器開關矩陣,主要指通過組合多個繼電器開發,而形成空矩陣形式,保障每個輸出端口與輸入端口連接,屬于現階段靈活性較高的拓撲結構,如圖1所示,此種開關矩陣運用次數較為頻繁,采取行列形式實現同時連接多個輸出、輸入。換句話來說,任意一行都能連接不同列,且行列交匯處存在一個繼電器開關,根據實際需要斷開或閉合開關,保障目標行與目標列連接。另外,通過深入分析總線結構的特點可知,借助開關矩陣靈活搭配的優勢,實現多個開關矩陣級聯的目的,以此構成穩定的矩陣開關模擬總線結構。現階段,運用較為頻繁的總線技術包含:PXI、PCI、VXI總線等,其中總線型的開關模塊,配置信號通道能力、靈活控制能力等優勢較為明顯,自動化程度高。此外,功能電路與總線接口構成總線開關模塊的硬件電路,具體而言:開關模塊功能電路負責自動化檢查電路,總線接口主要負責控制信號的通信、轉接。

圖1 繼電器開關矩陣圖

在測控、儀表等領域中,模塊化思想被廣泛運用于系統結構設計階段,總線技術運用效果良好。通過靈活運用總線技術,能夠合理優化系統結構,提升整個系統的兼容性、擴展性,實現標準化運行,方便后期維護和管理,極大降低系統開發成本。根據相關調查結果顯示,目前PXI總線技術得到自動化領域的青睞,主要由于其性價比較高、具備開放式的軟硬件架構,融入更多成熟技術。PXI總線技術增添參考時鐘、同步觸發總線等內容,可以達到精確定時的效果,符合試驗和測量的要求。并遵守機械規范,提高對沖擊試驗、主動冷卻、溫度測試等方面的要求,降低測試系統的構建難度,減少系統設計和開發時間。對于一些規模較大的測控系統來說,為了達到預期測控效果,常常需要多個繼電器控制,再利用總線驅動技術,構建總線板卡。

4.2 故障檢測模塊

4.2.1 短路故障檢測模塊

4.2.2 開路故障檢測模塊

此模塊主要檢驗繼電器常開點的閉合情況。對測試通道的繼電器進行開關閉合操作,再分析觸點間的電阻變化,若電阻值為短路表明開關無異常,若為開路則表明開關異常。同時,觸點間電阻值較小,為了進一步提升測量的精準度,保證采樣工作的有效性,需要借助于四線測量法。實際運用過程中,當開關處于閉合狀態,回路阻值較小,反之則較大,技術人員可通過阻值大小了解閉合狀態。

4.2.3 繼電器焊點檢測模塊

繼電器運行過程中,焊接點質量高低影響被測回路電阻的大小。展開焊點檢測過程中,應保障繼電器開關功能處于正常運行狀態,再對接短路頭,系統化檢測和采集短路頭電阻,以此合理判斷各個焊點情況,也需要利用四線測量法。

5 多路數據采集系統下繼電器開關矩陣檢測系統功能

5.1 繼電器短路故障檢測

基于多路數據采集系統下,檢測繼電器短路故障時,應提前編制完善的控制程序,再由上位機準確發送指令,精準控制被測通道繼電器開關狀態,之后測量并采集斷開狀態下觸點阻值,上位機參考采集阻值精準判斷繼電器開關是否存在短路故障。具體而言:首先,上位機下發指令斷開繼電器開關,其次,采集阻值,若大于20歐姆,表明此通道發生故障,最后,整理檢測階段產生的數據,編制完善的測試報告[4]。

5.2 繼電器焊點檢測

進行繼電器焊點檢測過程中,編寫控制程序期間,應保障測試通道可以連接短路頭,促使繼電器開關按照要求閉合和斷開,火燈精準的短路頭阻值,再根據阻值判斷焊點質量。按照以上流程完成所有回路的測試工作,采集并匯總所測數據,了解繼電器運行狀態。

5.3 繼電器開路故障檢測

為了保障繼電器開路故障檢測的有效性,應利用C++build編寫相對應控制程序,通過上位機快速發送指令,閉合被測通道的繼電器開關,采集觸點阻值,通過分析組織判斷開關是否存在開路故障。具體故障檢測流程同短路故障檢測類似。另外,繼電器觸點包含三種形式,其一,動合型,當線圈處于不通電狀態時,觸點被斷開;其二,動斷型,線圈不通電情況下觸點閉合;其三,轉換型,包含3個觸點,其中上下為靜觸點、中間為動觸點。

5.4 實際運用成效

在時代快速發展背景下,繼電器功能不斷被完善,運用范圍不斷擴大,但實際運用階段難以了解繼電器開關的狀態,增加檢測工作難度,直接影響運用成效。而基于多路數據采集系統的繼電器開關矩陣檢測系統的出現,提高檢測工作自動化程度,代替人工高質量完成開關狀態檢測。實際檢測過程中,利用計算機系統對繼電器開關進行靈活操作,做到自動化判斷,全面化檢測矩陣開關,降低調試難度,并提升調試的安全性,保障繼電器焊接效率,減少不必要的資金投入。同時,采用人工方式展開繼電器檢測時,存在虛焊、管教燒壞等問題,并難以保障檢測效果,常常需要反復多次檢測,浪費大量的時間。而運用繼電器開關矩陣檢測系統能夠避免以上問題的發生,降低對專業技術人員的依賴性,可以借助電纜網測試儀展開作業,做到自動化檢測,提升被測阻值的精準度。譬如,以某一系統測量儀為例,繼電器開關矩陣內部存在11124個焊接點,未經改進前,若想檢測每個繼電器開關狀態和焊點,需要消耗25.05小時,比較考驗檢測人員的耐心和責任心,常常產生較高的檢測壓力。而經過系統性的改進,檢測時間縮短至1小時以內,有效解決檢測難題。

6 結語

如今,繼電器功能不斷增多,其中,繼電器開關矩陣優勢愈加顯著,具有通用性良好、動態范圍大等多個特點,只需要依靠特定輸入量,即可合理切換更大的電壓和電流,使其被大規模運用于自動測試系統。同時,優化基于多路數據采集系統的繼電器開關矩陣檢測流程,能夠精準檢測繼電器開路故障、短路故障等,覆蓋范圍不斷擴大,極大地縮短檢測時間,降低對人力資源的依賴性,最大限度地保障產品質量,為各行各業帶來更大的經濟效益,推動社會穩定發展。