杜慧琳

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(yùn)用于電力保護(hù)系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等,發(fā)揮檢測、調(diào)節(jié)等作用,促使系統(tǒng)具有自動化特點(diǎn)。其中繼電器開關(guān)矩陣被運(yùn)用于多個通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)領(lǐng)域,高效化完成較為復(fù)雜的多路數(shù)據(jù)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(tǒng)和控制系統(tǒng)的互動關(guān)系,是一種現(xiàn)代化控制元件。繼電器可以反映輸入變量的感應(yīng)結(jié)構(gòu),其輸入變量包含溫度、壓力、電壓等,也能控制相對應(yīng)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(dāng)多觸點(diǎn)繼電器的控制信號達(dá)到特定值,則需要根據(jù)接觸點(diǎn)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(jù)相關(guān)規(guī)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(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行。

當(dāng)以基本特征為依據(jù),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(guān)數(shù)量和分布位置為依據(jù)進(jìn)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(yùn)用需求和要求,運(yùn)用效果更加良好。以繼電器開關(guān)樣式為依據(jù)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(dāng)以工作原理展開分類,包含固態(tài)繼電器、舌簧繼電器、電磁繼電器等,而根據(jù)用途分類,包含汽車?yán)^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(shí)代的發(fā)展不斷改進(jìn)和優(yōu)化,運(yùn)用范圍涉及多個領(lǐng)域,可以滿足人們的實(shí)際需求,為其帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

3 繼電器的驅(qū)動控制方式和選擇

伴隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展,出現(xiàn)不同用途的新工藝、新技術(shù)、新材料,推動社會快速發(fā)展,并進(jìn)一步優(yōu)化和完善繼電器。通過全面調(diào)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(fā)展,體積更小,以IC封裝繼電器為例,抗振性良好,有利于設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。另外,繼電器功能呈現(xiàn)多元化特點(diǎn),能夠集成不同功能電路,譬如,裝入遙控、放大、延時(shí)等電路,繼電器實(shí)際運(yùn)用更加便利。并且與微處理器聯(lián)合使用,智能化特點(diǎn)愈加明顯。鑒于此,為了突出繼電器的運(yùn)用價(jià)值,應(yīng)了解繼電器的驅(qū)動控制方式和運(yùn)行原理,選擇最恰當(dāng)?shù)睦^電器類型。

3.1 繼電器的選擇

為了提升繼電器的運(yùn)用效果,需要注重繼電器的選擇,重點(diǎn)考慮具體技術(shù)要求、繼電器的功能、環(huán)境適應(yīng)能力,并深度分析繼電器的性能參數(shù),了解安裝要點(diǎn)、運(yùn)行原理、負(fù)載特性等等,從而針對性選擇繼電器類型,突出繼電器的運(yùn)用價(jià)值。繼電器性能參數(shù)包含:其一,輸入?yún)?shù),包含線圈電阻、電壓電流、釋放電壓等;其二,輸出參數(shù),包含觸點(diǎn)對數(shù)、吸合時(shí)間、觸點(diǎn)容量等;其三,物理性參數(shù),包含實(shí)際安裝方法、引出端形式、安裝尺寸等等;其四,安全性指標(biāo),包含電抗強(qiáng)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(tǒng)的運(yùn)行效果,而當(dāng)繼電器性能高,則會顯著提升繼電器的設(shè)計(jì)成本[2]。以電磁繼電器為例,技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 電磁繼電器部分技術(shù)參數(shù)

3.2 驅(qū)動控制方式

繼電器運(yùn)行階段,驅(qū)動控制方式包含輸出被控觸點(diǎn)、驅(qū)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(guān)等控制電路,每種控制接口功能不同,一部分可以對獨(dú)立元件展開分開控制,另一部分可以同時(shí)控制不同繼電器。

4 繼電器開關(guān)矩陣檢測系統(tǒng)組成

根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示,檢測系統(tǒng)包含繼電器開關(guān)矩陣、故障檢測模塊、上位機(jī)三個部分。正常情況下,在對繼電器開關(guān)矩陣進(jìn)行監(jiān)測時(shí),檢測內(nèi)容包含測觸點(diǎn)電阻、線圈電阻、釋放電壓和電流等。

4.1 繼電器開關(guān)矩陣

所謂繼電器開關(guān)矩陣,主要指通過組合多個繼電器開發(fā),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(xiàn)階段靈活性較高的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如圖1所示,此種開關(guān)矩陣運(yùn)用次數(shù)較為頻繁,采取行列形式實(shí)現(xiàn)同時(shí)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(guān),根據(jù)實(shí)際需要斷開或閉合開關(guān),保障目標(biāo)行與目標(biāo)列連接。另外,通過深入分析總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可知,借助開關(guān)矩陣靈活搭配的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)多個開關(guān)矩陣級聯(lián)的目的,以此構(gòu)成穩(wěn)定的矩陣開關(guān)模擬總線結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)階段,運(yùn)用較為頻繁的總線技術(shù)包含:PXI、PCI、VXI總線等,其中總線型的開關(guān)模塊,配置信號通道能力、靈活控制能力等優(yōu)勢較為明顯,自動化程度高。此外,功能電路與總線接口構(gòu)成總線開關(guān)模塊的硬件電路,具體而言:開關(guān)模塊功能電路負(fù)責(zé)自動化檢查電路,總線接口主要負(fù)責(zé)控制信號的通信、轉(zhuǎn)接。

圖1 繼電器開關(guān)矩陣圖

在測控、儀表等領(lǐng)域中,模塊化思想被廣泛運(yùn)用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段,總線技術(shù)運(yùn)用效果良好。通過靈活運(yùn)用總線技術(shù),能夠合理優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提升整個系統(tǒng)的兼容性、擴(kuò)展性,實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行,方便后期維護(hù)和管理,極大降低系統(tǒng)開發(fā)成本。根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示,目前PXI總線技術(shù)得到自動化領(lǐng)域的青睞,主要由于其性價(jià)比較高、具備開放式的軟硬件架構(gòu),融入更多成熟技術(shù)。PXI總線技術(shù)增添參考時(shí)鐘、同步觸發(fā)總線等內(nèi)容,可以達(dá)到精確定時(shí)的效果,符合試驗(yàn)和測量的要求。并遵守機(jī)械規(guī)范,提高對沖擊試驗(yàn)、主動冷卻、溫度測試等方面的要求,降低測試系統(tǒng)的構(gòu)建難度,減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)間。對于一些規(guī)模較大的測控系統(tǒng)來說,為了達(dá)到預(yù)期測控效果,常常需要多個繼電器控制,再利用總線驅(qū)動技術(shù),構(gòu)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(yàn)繼電器常開點(diǎn)的閉合情況。對測試通道的繼電器進(jìn)行開關(guān)閉合操作,再分析觸點(diǎn)間的電阻變化,若電阻值為短路表明開關(guān)無異常,若為開路則表明開關(guān)異常。同時(shí),觸點(diǎn)間電阻值較小,為了進(jìn)一步提升測量的精準(zhǔn)度,保證采樣工作的有效性,需要借助于四線測量法。實(shí)際運(yùn)用過程中,當(dāng)開關(guān)處于閉合狀態(tài),回路阻值較小,反之則較大,技術(shù)人員可通過阻值大小了解閉合狀態(tài)。

4.2.3 繼電器焊點(diǎn)檢測模塊

繼電器運(yùn)行過程中,焊接點(diǎn)質(zhì)量高低影響被測回路電阻的大小。展開焊點(diǎn)檢測過程中,應(yīng)保障繼電器開關(guān)功能處于正常運(yùn)行狀態(tài),再對接短路頭,系統(tǒng)化檢測和采集短路頭電阻,以此合理判斷各個焊點(diǎn)情況,也需要利用四線測量法。

5 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)下繼電器開關(guān)矩陣檢測系統(tǒng)功能

5.1 繼電器短路故障檢測

基于多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)下,檢測繼電器短路故障時(shí),應(yīng)提前編制完善的控制程序,再由上位機(jī)準(zhǔn)確發(fā)送指令,精準(zhǔn)控制被測通道繼電器開關(guān)狀態(tài),之后測量并采集斷開狀態(tài)下觸點(diǎn)阻值,上位機(jī)參考采集阻值精準(zhǔn)判斷繼電器開關(guān)是否存在短路故障。具體而言:首先,上位機(jī)下發(fā)指令斷開繼電器開關(guān),其次,采集阻值,若大于20歐姆,表明此通道發(fā)生故障,最后,整理檢測階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù),編制完善的測試報(bào)告[4]。

5.2 繼電器焊點(diǎn)檢測

進(jìn)行繼電器焊點(diǎn)檢測過程中,編寫控制程序期間,應(yīng)保障測試通道可以連接短路頭,促使繼電器開關(guān)按照要求閉合和斷開,火燈精準(zhǔn)的短路頭阻值,再根據(jù)阻值判斷焊點(diǎn)質(zhì)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(shù)據(jù),了解繼電器運(yùn)行狀態(tài)。

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(yīng)利用C++build編寫相對應(yīng)控制程序,通過上位機(jī)快速發(fā)送指令,閉合被測通道的繼電器開關(guān),采集觸點(diǎn)阻值,通過分析組織判斷開關(guān)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(diǎn)包含三種形式,其一,動合型,當(dāng)線圈處于不通電狀態(tài)時(shí),觸點(diǎn)被斷開;其二,動斷型,線圈不通電情況下觸點(diǎn)閉合;其三,轉(zhuǎn)換型,包含3個觸點(diǎn),其中上下為靜觸點(diǎn)、中間為動觸點(diǎn)。

5.4 實(shí)際運(yùn)用成效

在時(shí)代快速發(fā)展背景下,繼電器功能不斷被完善,運(yùn)用范圍不斷擴(kuò)大,但實(shí)際運(yùn)用階段難以了解繼電器開關(guān)的狀態(tài),增加檢測工作難度,直接影響運(yùn)用成效。而基于多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的繼電器開關(guān)矩陣檢測系統(tǒng)的出現(xiàn),提高檢測工作自動化程度,代替人工高質(zhì)量完成開關(guān)狀態(tài)檢測。實(shí)際檢測過程中,利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對繼電器開關(guān)進(jìn)行靈活操作,做到自動化判斷,全面化檢測矩陣開關(guān),降低調(diào)試難度,并提升調(diào)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(shí),采用人工方式展開繼電器檢測時(shí),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(fù)多次檢測,浪費(fèi)大量的時(shí)間。而運(yùn)用繼電器開關(guān)矩陣檢測系統(tǒng)能夠避免以上問題的發(fā)生,降低對專業(yè)技術(shù)人員的依賴性,可以借助電纜網(wǎng)測試儀展開作業(yè),做到自動化檢測,提升被測阻值的精準(zhǔn)度。譬如,以某一系統(tǒng)測量儀為例,繼電器開關(guān)矩陣內(nèi)部存在11124個焊接點(diǎn),未經(jīng)改進(jìn)前,若想檢測每個繼電器開關(guān)狀態(tài)和焊點(diǎn),需要消耗25.05小時(shí),比較考驗(yàn)檢測人員的耐心和責(zé)任心,常常產(chǎn)生較高的檢測壓力。而經(jīng)過系統(tǒng)性的改進(jìn),檢測時(shí)間縮短至1小時(shí)以內(nèi),有效解決檢測難題。

6 結(jié)語

如今,繼電器功能不斷增多,其中,繼電器開關(guān)矩陣優(yōu)勢愈加顯著,具有通用性良好、動態(tài)范圍大等多個特點(diǎn),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(guī)模運(yùn)用于自動測試系統(tǒng)。同時(shí),優(yōu)化基于多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的繼電器開關(guān)矩陣檢測流程,能夠精準(zhǔn)檢測繼電器開路故障、短路故障等,覆蓋范圍不斷擴(kuò)大,極大地縮短檢測時(shí)間,降低對人力資源的依賴性,最大限度地保障產(chǎn)品質(zhì)量,為各行各業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益,推動社會穩(wěn)定發(fā)展。