基于多路数据采集系统的继电器开关矩阵检测

杜慧琳

(苏州工业职业技术学院，江苏苏州，215000)

1 引言

继电器具有控制电路断开或连接的功能,主要运用于电力保护系统、自动控制系统等,发挥检测、调节等作用,促使系统具有自动化特点。其中继电器开关矩阵被运用于多个通道数据采集系统领域,高效化完成较为复杂的多路数据采集。

2 继电器的基本类型

继电器属于一种电控制器件,具有被控制系统和控制系统的互动关系,是一种现代化控制元件。继电器可以反映输入变量的感应结构,其输入变量包含温度、压力、电压等,也能控制相对应检测电路。继电器作为控制元件具有以下几种作用:其一,增加控制范围,当多触点继电器的控制信号达到特定值,则需要根据接触点的形式,对多个电路采取开断、接通等操作;其二,综合信号,根据相关规定输入多绕组继电器,取得良好的控制效果;其三,遥控、检测,将继电器与其他电器相组合,形成完善的程序控制线路,实现自动化运行。

当以基本特征为依据,继电器可分成量度继电器、有无继电器,其中前者定量动作特性明显,后者定性动作特性明显。另外,以继电器开关数量和分布位置为依据进行分类,包含双刀双掷、单刀双掷、单刀单掷,也包含多刀、多掷的继电器,能够满足不同运用需求和要求,运用效果更加良好。以继电器开关样式为依据分类,包含A型:SPST继电器、B型:SPST继电器、C型:单刀双掷继电器、D型:单刀双掷继电器。此外,当以工作原理展开分类,包含固态继电器、舌簧继电器、电磁继电器等,而根据用途分类,包含汽车继电器、航天用继电器等等。由此可见,继电器种类繁多,譬如,高灵敏度、大体积型、大功率型等等,并随着时代的发展不断改进和优化,运用范围涉及多个领域,可以满足人们的实际需求,为其带来更高的经济效益[1]。

3 继电器的驱动控制方式和选择

伴随着微电子技术的高速发展,出现不同用途的新工艺、新技术、新材料,推动社会快速发展,并进一步优化和完善继电器。通过全面调查继电器的类型可得,继电器外形逐渐朝着片状化和小型化方向发展,体积更小,以IC封装继电器为例,抗振性良好,有利于设备安全稳定运行。另外,继电器功能呈现多元化特点,能够集成不同功能电路,譬如,装入遥控、放大、延时等电路,继电器实际运用更加便利。并且与微处理器联合使用,智能化特点愈加明显。鉴于此,为了突出继电器的运用价值,应了解继电器的驱动控制方式和运行原理,选择最恰当的继电器类型。

3.1 继电器的选择

为了提升继电器的运用效果,需要注重继电器的选择,重点考虑具体技术要求、继电器的功能、环境适应能力,并深度分析继电器的性能参数,了解安装要点、运行原理、负载特性等等,从而针对性选择继电器类型,突出继电器的运用价值。继电器性能参数包含:其一,输入参数,包含线圈电阻、电压电流、释放电压等;其二,输出参数,包含触点对数、吸合时间、触点容量等;其三,物理性参数,包含实际安装方法、引出端形式、安装尺寸等等;其四,安全性指标,包含电抗强度、绝缘电阻等。具体选择过程中,若忽略对继电器性能的分析和了解,将直接影响整个系统的运行效果,而当继电器性能高,则会显著提升继电器的设计成本[2]。以电磁继电器为例,技术参数如表1所示。

表1 电磁继电器部分技术参数

3.2 驱动控制方式

继电器运行阶段,驱动控制方式包含输出被控触点、驱动控制电路,最常见的控制接口包括:专门集成芯片、可控硅开关等控制电路,每种控制接口功能不同,一部分可以对独立元件展开分开控制,另一部分可以同时控制不同继电器。

4 继电器开关矩阵检测系统组成

根据相关调查结果显示,检测系统包含继电器开关矩阵、故障检测模块、上位机三个部分。正常情况下,在对继电器开关矩阵进行监测时,检测内容包含测触点电阻、线圈电阻、释放电压和电流等。

4.1 继电器开关矩阵

所谓继电器开关矩阵,主要指通过组合多个继电器开发,而形成空矩阵形式,保障每个输出端口与输入端口连接,属于现阶段灵活性较高的拓扑结构,如图1所示,此种开关矩阵运用次数较为频繁,采取行列形式实现同时连接多个输出、输入。换句话来说,任意一行都能连接不同列,且行列交汇处存在一个继电器开关,根据实际需要断开或闭合开关,保障目标行与目标列连接。另外,通过深入分析总线结构的特点可知,借助开关矩阵灵活搭配的优势,实现多个开关矩阵级联的目的,以此构成稳定的矩阵开关模拟总线结构。现阶段,运用较为频繁的总线技术包含:PXI、PCI、VXI总线等,其中总线型的开关模块,配置信号通道能力、灵活控制能力等优势较为明显,自动化程度高。此外,功能电路与总线接口构成总线开关模块的硬件电路,具体而言:开关模块功能电路负责自动化检查电路,总线接口主要负责控制信号的通信、转接。

图1 继电器开关矩阵图

在测控、仪表等领域中,模块化思想被广泛运用于系统结构设计阶段,总线技术运用效果良好。通过灵活运用总线技术,能够合理优化系统结构,提升整个系统的兼容性、扩展性,实现标准化运行,方便后期维护和管理,极大降低系统开发成本。根据相关调查结果显示,目前PXI总线技术得到自动化领域的青睐,主要由于其性价比较高、具备开放式的软硬件架构,融入更多成熟技术。PXI总线技术增添参考时钟、同步触发总线等内容,可以达到精确定时的效果,符合试验和测量的要求。并遵守机械规范,提高对冲击试验、主动冷却、温度测试等方面的要求,降低测试系统的构建难度,减少系统设计和开发时间。对于一些规模较大的测控系统来说,为了达到预期测控效果,常常需要多个继电器控制,再利用总线驱动技术,构建总线板卡。

4.2 故障检测模块

4.2.1 短路故障检测模块

4.2.2 开路故障检测模块

此模块主要检验继电器常开点的闭合情况。对测试通道的继电器进行开关闭合操作,再分析触点间的电阻变化,若电阻值为短路表明开关无异常,若为开路则表明开关异常。同时,触点间电阻值较小,为了进一步提升测量的精准度,保证采样工作的有效性,需要借助于四线测量法。实际运用过程中,当开关处于闭合状态,回路阻值较小,反之则较大,技术人员可通过阻值大小了解闭合状态。

4.2.3 继电器焊点检测模块

继电器运行过程中,焊接点质量高低影响被测回路电阻的大小。展开焊点检测过程中,应保障继电器开关功能处于正常运行状态,再对接短路头,系统化检测和采集短路头电阻,以此合理判断各个焊点情况,也需要利用四线测量法。

5 多路数据采集系统下继电器开关矩阵检测系统功能

5.1 继电器短路故障检测

基于多路数据采集系统下,检测继电器短路故障时,应提前编制完善的控制程序,再由上位机准确发送指令,精准控制被测通道继电器开关状态,之后测量并采集断开状态下触点阻值,上位机参考采集阻值精准判断继电器开关是否存在短路故障。具体而言:首先,上位机下发指令断开继电器开关,其次,采集阻值,若大于20欧姆,表明此通道发生故障,最后,整理检测阶段产生的数据,编制完善的测试报告[4]。

5.2 继电器焊点检测

进行继电器焊点检测过程中,编写控制程序期间,应保障测试通道可以连接短路头,促使继电器开关按照要求闭合和断开,火灯精准的短路头阻值,再根据阻值判断焊点质量。按照以上流程完成所有回路的测试工作,采集并汇总所测数据,了解继电器运行状态。

5.3 继电器开路故障检测

为了保障继电器开路故障检测的有效性,应利用C++build编写相对应控制程序,通过上位机快速发送指令,闭合被测通道的继电器开关,采集触点阻值,通过分析组织判断开关是否存在开路故障。具体故障检测流程同短路故障检测类似。另外,继电器触点包含三种形式,其一,动合型,当线圈处于不通电状态时,触点被断开;其二,动断型,线圈不通电情况下触点闭合;其三,转换型,包含3个触点,其中上下为静触点、中间为动触点。

5.4 实际运用成效

在时代快速发展背景下,继电器功能不断被完善,运用范围不断扩大,但实际运用阶段难以了解继电器开关的状态,增加检测工作难度,直接影响运用成效。而基于多路数据采集系统的继电器开关矩阵检测系统的出现,提高检测工作自动化程度,代替人工高质量完成开关状态检测。实际检测过程中,利用计算机系统对继电器开关进行灵活操作,做到自动化判断,全面化检测矩阵开关,降低调试难度,并提升调试的安全性,保障继电器焊接效率,减少不必要的资金投入。同时,采用人工方式展开继电器检测时,存在虚焊、管教烧坏等问题,并难以保障检测效果,常常需要反复多次检测,浪费大量的时间。而运用继电器开关矩阵检测系统能够避免以上问题的发生,降低对专业技术人员的依赖性,可以借助电缆网测试仪展开作业,做到自动化检测,提升被测阻值的精准度。譬如,以某一系统测量仪为例,继电器开关矩阵内部存在11124个焊接点,未经改进前,若想检测每个继电器开关状态和焊点,需要消耗25.05小时,比较考验检测人员的耐心和责任心,常常产生较高的检测压力。而经过系统性的改进,检测时间缩短至1小时以内,有效解决检测难题。

6 结语

如今,继电器功能不断增多,其中,继电器开关矩阵优势愈加显著,具有通用性良好、动态范围大等多个特点,只需要依靠特定输入量,即可合理切换更大的电压和电流,使其被大规模运用于自动测试系统。同时,优化基于多路数据采集系统的继电器开关矩阵检测流程,能够精准检测继电器开路故障、短路故障等,覆盖范围不断扩大,极大地缩短检测时间,降低对人力资源的依赖性,最大限度地保障产品质量,为各行各业带来更大的经济效益,推动社会稳定发展。