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信号检测及故障模拟装置
1.概述
  信号检测及故障模拟装置串接于数控系统电子控制器与控制对象之间。装置具备将真实信号与仿真信号切换功能;能够模拟各类传感器和执行装置线路中的断路故障,以检验数控系统的故障定位和处理能力功能;本装置具有信号检测功能,即根据需要通过切换开关对需要检测的信号进行自动检测并把检测结果同步显示到上位计算机,同时所有信号都转接至面板上的桥型连接器,便于外接标准仪表对信号进行检测及手动故障模拟。
  信号检测及故障模拟装置原理示意图如下图所示:
  
图1 信号检测及故障模拟装置原理示意图 
 
2.总体结构 
   一套装置主要由上位控制软件、32路小信号型故障模拟板(1A电流继电器型)、16路大电流型故障模拟板(10A、5A混合型,带电源开关)、16路大电流型故障模拟板(10A、5A混合型,不带电源开关)、底板、信号检测板、通讯板、电源、铝合金插件箱及相应的转接电缆等组成。可同时串接416路(具体数量视配置情况)信号,并每一路信号都可以在面板上通过指示灯显示当前通断状态,用户通过前面板的Radially桥型连接器手动模拟通断故障及外接标准仪表对信号进行检测,同时可以对其中的384路(具体数量视配置情况)小信息信号进行真实信号与仿真信号切换。
   注:不同系统的模拟板配置数量有所不同,本简介是按典型配置进行说明。
   信号检测及故障模拟装置外型见下图:
  
   图2  信号检测及故障模拟装置
 
 2.1故障模拟板
  故障模拟板包含三种类型,分别为小信号型故障模拟板(1A电流继电器型)、大信号型故障模拟板(10A、5A混合型,带电源开关)、大信号型故障模拟板(10A、5A混合型,不带电源开关),具有以下相同点:
   每块故障模拟板有16/32路信号通过,每块故障模拟板都有一块CPU管理,与通讯板通过RS485通讯方式交换数据,执行上位机通过通讯板下发的指令,同时反馈各信号切换继电器的通断状态;并且可以把所有的416路信号中的任意两路或一路信号切换到信号检测板对相应的信号进行电阻、电压(直流、交流)、电流(直流、交流)及频率检测,也可以把对应的信号切换到后面板的“正”、“负”接线柱,方便用户通过高精度标准仪表对信号进行检测。
  同时故障模拟板把32路(或16路)信号全部转接至面板上的接线端子,在面板上每路接线端子旁有一红色指示灯,红指示灯亮起表示该路信号为断路状态,红色指示灯暗为通路状态;并且同时每路信号通过面板操作Radially桥型连接器可以控制该路信号的通断状态。
  同型号故障模拟板之间具有良好的互换性,如果在使用过程中其中一块检测及故障模拟板出现故障,同型号的备份板通过跳线后,可替换,方便故障板返回生产厂家维修维护,不影响系统试验适配装置使用。
图3 故障模拟板实物图

 2.2 底板
  小信号型故障模拟板及大电流型故障模拟板通过殴式连接件与底板相连,将各个部件板构成一个完整系统,底板主要作用是为各板提供工作电源、通讯线路及相应的保护线路等。底板固定在插件箱上。
  小信号型故障模拟板和大电流型故障模拟板选用不同类型的欧式连接器,用以避免错插;但小信号型故障模拟板之间可以互换安装,大电流型故障模拟板之间也可以互换安装,这样提高了产品的可靠性和可维修性。

 2.3信号检测板
  信号检测板插接在底板上,可以对转接过来的任意信号进行检测,同时通过通讯板把检测信息上传至上位机界面;
   信号检测精度:
  电阻测量:0.2%(0.1Ω~1KΩ)+0.3Ω
       0.3%(1KΩ~1MΩ)
  交流电压测量:2%(频率为10Hz~100Hz)
         1%(频率为100Hz~20kHz)
  直流电压测量: -1V~1V 测量误差不大于 3mV
                   -50V~-1V、1V~50V  测量误差不大于当前值的0.1%
  频率测量:0.1~20000Hz测量误差不大于 0.2Hz
  直流电流信号: -1A~1A  测量误差不大于 3mA
           -8A~-1A及1A~8A 测量误差不大于当前值的0.5%
  交流电流信号:频率为10Hz~100Hz 测量误差不大于 2%(0A~2A)
         频率为100Hz~20kHz 测量误差不大于  1%(0A~2A)

 2.4转接电缆
   转接电缆一端为标准航插接口,便于用户与产品对接口,转接电缆另一端以指定的电连接器与故障模拟板对接。

 2.5 电源
   协议书要求为220V供电,因此设计中主机内加一块开关电源提供24C直流电源,选用明纬AC/DC基板式电源,叠加在CPU板上,以减少电源对主机空间的占用。
 
2.6主机箱
   主机箱采用标准铝合金箱,尺寸满足高度不大于7U(312mm),深度不大于420mm,宽度(不含法兰边约为427mm)适应于19英寸标准机柜装架。
   主机从外及里的部件顺序是:面板与航插→转接电缆→底板→故障模拟板→前面板。
   航空插座选用是墙式后装,连线、安装很方便,也便于用户维护、更换转接电缆。
   铝合金箱前面板为电源开关与电源指示灯。
   在箱体两侧加装一活动金属把手,便于搬运。
   产品前面板参考示意图如下:
图4 前面板参考示意图

3.软件设计
  软件按标准化、模块化、规范化的原则进行设计,做到操作界面友好简洁,符合Windows程序规范,方便地完成各项功能。
  应用软件使用VB.NET作为主要开发工具。
  应用软件作为独立安装程序包提供给用户,直接安装使用,同时也方便用户卸载。同时提供源程序,便于用户修改应用。
  上位机软件通过红绿黄指示灯形式直观的显示当前各路信号的通断状态,并可进行单向断路模拟也可以同时进行多项断路模拟;可以将选中故障单独恢复,也可以同时恢复所有断路故障;用户在上位机界面中进行故障设置时,下位机同时定时向上位机发送各个信号的断线状态,上位机把反馈的断线状态和信号的断线设置进行比较,如不同则给出黄灯指示,同时在上位计算机中也可以控制任意一路小信号进行真实信号和仿真信号的切换,同时对切换继电器进行状态监测,以绿色指示灯示意真实信号状态,以橘黄色指示灯示意仿真状态,当当前状态与上位机命令不一致是以黄色指示灯示意;并同时把主机的状态反馈、上位机各信号的断线设置以及各动作发生时间存储在文件中。
  故障恢复具有手动和自动两种功能。手动时由用户手动点击界面控件完成断路故障恢复,自动时用户先设置好某路故障模拟时间,故障发出后开始计时,到达设置时间后断路故障便自动恢复。
   检测功能具有自动检测和手动检测两种选择:
  自动功能需先选择相应故障模拟板并选择相应需要测量信号的通道,电流型需选择交流信号检测或直流信号检测,电压型需选择是进行直流电压或交流电压或电阻或频率测量,选择好后点击开始测量,则自动把相应的检测信息显示到界面上。同时可以对监测数据进行存储,在选择监控数据存储时,数据采样时间不大于20mS,不进行数据存储时,数据采样时间不大于1S。
  手动检测功能:用户通过标准仪表在面板上的接线端子读取被检测信号。
  软件界面见下图:
 
图5 软件应用界面

4.主要功能
   本系统集数据通讯采集与控制功能于一体,可以实现技术要求中的各项功能,实现的主要功能如下:
   (1) CRT画面显示功能
    显示各继电器通断状态、自诊断、信号检测数据等信息。
  (2) 操作控制功能
   对所需的信号点进行模拟通断控制,可以进行单项断路模拟,也可以同时进行多项断路模拟。上位机控制界面中各种信号名称可以配置,能形象的显示各类信号传输线路的当前状态和断路模拟状态,可以进行单项断路模拟,也可以同时进行多项断路模拟;可以将选中的故障单独恢复,也可以同时恢复所有断路故障;操作人员在上位机故障模拟控制界面中进行故障模拟设置时,由通讯电缆将控制信号传给主机执行相应的控制,主机定时向上位机发送各个信号的断线状态。上位机将主机反馈的断线状态和信号的断线设置相比较,如不相同给出相应的报警提示,同时将主机的状态反馈、上位机各信号的断线设置以及各动作发生的时间存储在文件中;
  (3) 自定义功能
   用户可自行根据实际需要重新定义组织通断测试点与模拟时间等,并可保存调用。
  (4) 手动/自动功能
   可以手动恢复故障模拟,也可以按设定的时间恢复故障模拟。
  (5) 报警功能
   对试验过程中产生的继电器实际通断状态与命令通断状态不同可以报警,根据实际情况,对其他一些重要报警作为保护信号,以保证测试设备的安全性。
  (6) 自动信号检测功能
   选择好被检验信号后,点击测试开始,系统试验适配装置通过通讯把相应信号测量值反馈至上位控制系统;
   故障恢复具有手动和自动两种功能。手动时由用户手动点击界面控件完成断路故障恢复;自动时用户先设置好某路故障模拟时间(0s~99.99s,步长为0.01s),故障命令发出后开始计时,到达设置时间时断路故障便自动恢复;
  (7) 手动信号检测功能
   选择好被检验信号后,点击测试开始,用户可以通过检测端子应用标准仪表对信号进行检测。
  (8)历史记录
   自动记录所有系统开机、系统校验、系统自检等系统运行过程及状态,便于管理人员随时查询;

5.主要技术指标
  工作环境温度:-30℃~+50℃
  最大相对湿度:不大于80%
        信号稳定性:偏移量:≤±0.2%
                       跳动量:≤±0.2%
 
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