Автоматизированная система контроля монтажа, параметров электрических цепей и диагностики неисправностей сложных устройств электроаппаратуры и токораспределительных сетей

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Технический результат: расширение функциональных возможностей. Сущность: в системе содержится блок управления, блок ввода, блок вывода, коммутатор, блок стимулирующих сигналов и напряжений, блок контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, системная магистраль информационного обмена. В каждую коммутационную ячейку блока коммутации первого уровня введены k коммутирующих элементов с памятью, например, триггер-реле, включенных по схеме пирамидального или матричного дешифратора-мультиплексора, имеющих 2^k-1 число групп переключающих контактов, шины управления коммутационными ячейками, шины контрольно-стимулирующих сигналов, одна из которых является общей, и шина общего сброса. 2 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено для автоматического контроля монтажа, функционирования и диагностики неисправностей сложных устройств электроаппаратуры и токораспределительных устройств, контроля параметров и сопротивления изоляции электрических цепей объектов контроля в составе информационно-измерительных комплексов.

Известно устройство контроля изоляции электрических цепей (пат. РФ №2299444, МПК G01R 31/02 (2006.01)), содержащее источник постоянного оперативного тока, фильтр присоединения указанного источника между фазами сети и землей, блок контроля величины оперативного тока на транзисторе, вход которого включен последовательно и согласно с источником оперативного тока и зашунтирован встречно включенным полупроводниковым прибором, источник пульсирующего эталонного тока, источник питания, исполнительный релейный элемент, фильтр переменной составляющей тока, к выходу которого через диод присоединен указанный исполнительный релейный элемент, причем в указанный блок контроля величины оперативного тока включены второй, третий и четвертый транзисторы, отличающийся от остальных типом проводимости.

Недостатком известного устройства контроля изоляции электрических цепей является отсутствие возможности контроля сопротивления изоляции и других параметров электрических цепей объектов контроля в автоматическом режиме, имеющих тысячи контролируемых точек.

Известна автоматизированная система контроля электромонтажа и сопротивления изоляции жгутов (а.с. №1704109, МПК G01R 31/02, опубл. 07.01.92 г. Бюл. №1), являющаяся прототипом в данной заявке, содержащая блок общего управления, блоки ввода и вывода, блок контрольно-измерительного сигнала, блок измерения сопротивления изоляции, шунтирующее реле, коммутатор многоуровневого управления и коммутации, причем первый вход блока управления соединен с выходом блока ввода, первый выход - с блоком вывода, а второй выход - с первым входом блока измерений, выход блока контрольного сигнала соединен с контрольным входом коммутатора, входные клеммы которого соединены с клеммами для подключения объекта контроля, шунтирующее реле, обмотка которого соединена с третьим выходом блока управления, а нормально замкнутые контакты присоединены параллельно к второму и третьему входам блока измерений, второй вход которого соединен с входом блока контрольного сигнала, третий вход - с измерительным входом коммутатора, адресные входы блока управления соединены с адресными выходами соответствующего уровня коммутатора, а управляющие выходы - с управляющими входами соответствующего уровня коммутатора, состоящего из блоков коммутации первого, второго, третьего и т.д. уровней управления.

Недостатком прототипа является отсутствие технической возможности контроля монтажа, диагностики неисправностей и параметров электрических цепей сложных устройств электроаппаратуры.

Предложенное устройство свободно от указанных недостатков.

Задачей предлагаемого устройства является расширение функциональных возможностей прототипа для контроля сложных устройств электроаппаратуры.

Задача решается за счет того, что в известной автоматизированной системе контроля электромонтажа и сопротивления изоляции жгутов, содержащей блок управления, блок ввода, блок вывода, блок контрольного сигнала, блок измерений, коммутатор, причем первый вход блока управления соединен с выходом блока ввода, первый выход - с блоком вывода, а второй выход - с первым входом блока измерений, выход блока контрольного сигнала соединен с контрольным входом коммутатора, входные клеммы которого соединены с клеммами для подключения объекта контроля, шунтирующее реле, обмотка которого соединена с третьим выходом блока управления, а нормально замкнутые контакты присоединены параллельно к второму и третьему входам блока измерений, второй вход которого соединен с входом блока контрольного сигнала, третий вход - с измерительным входом коммутатора, адресные входы блока управления соединены с адресными выходами соответствующего уровня коммутатора, а управляющие выходы - с управляющими входами соответствующего уровня коммутатора, состоящего из блоков коммутации первого, второго, третьего и т.д. уровней управления, отличающаяся тем, что в указанную систему предлагается ввести блок стимулирующих сигналов и напряжений, блок контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, системную магистраль информационного обмена, а в каждую коммутационную ячейку блок коммутации первого уровня ввести k коммутирующих элементов с памятью, например, триггер-реле, включенных по схеме пирамидального или матричного дешифратора-мультиплексора, имеющих 2^k-1 число групп переключающих контактов, шины управления коммутационными ячейками, шины контрольно-стимулирующих сигналов, одна из которых является общей, и шину общего сброса, причем первый вход-выход блока управления соединен шинами информационного обмена с первыми входами-выходами блока ввода, блока вывода, блока стимулирующих сигналов и напряжений и блока контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, второй выход блока управления соединен с шиной общего сброса, а его входы-выходы адресных и управляющих магистральных шин соединены на каждом уровне соответственно с адресными и магистральными шинами управления, а второй вход блока контрольно-измерительного комплекса электрических параметров соединен с шиной измерительного сигнала, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с шиной общей измерения сопротивления изоляции и шиной общей блока стимулирующих сигналов и напряжений, вторые выходы которого соединены соответственно с шинами контрольно-стимулирующих сигналов коммутатора, к входным-выходным клеммам которого подключен объект контроля, а каждый контрольно-измерительный вход коммутатора соединен параллельно с одноименными переключающими контактами всех коммутационных ячеек, образуя шину измерительного сигала и через резисторы шину общую измерения сопротивления изоляции, подключенные соответственно на второй и третий вход блока контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, а остальные параллельно соединенные переключающие контакты образуют шины контрольно-стимулирующих сигналов, которые соединены со вторыми выходами блока стимулирующих сигналов и напряжений, при этом шины управления коммутационными ячейками и шина общего сброса подключены на соответствующие входы блока управления.

На фиг.1 и 2 представлена блок-схема автоматизированной системы контроля монтажа, параметров электрических цепей и диагностики неисправностей сложных устройств электроаппаратуры и токораспределительных сетей.

Она содержит блок 1 управления, блоки ввода 2 и вывода 3, блок 4 стимулирующих сигналов и напряжений, блок 5 контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, системную магистраль информационного обмена 6, коммутатор 7, содержащий шину 8 измерительного сигнала, шину 9 общую измерения сопротивления изоляции, адресные и управляющие магистральные шины соответственно 10.1-10.n, 11.1-11.k и 11.n.1-11.n.k первого уровня управления, 12.1-12.n и 13.1-13.n второго уровня управления, 14.1-14.n и 15.1-15.n третьего уровня управления, 16.1-16.n и 17.1-17.n четвертого уровня управления и входные-выходные клеммы 18.1-18.n…-18.n^m. Первый вход-выход блока 1 управления соединен шинами информационного обмена 6 с первыми входами-выходами блока 2 ввода, блока 3 вывода, блока 4 стимулирующих сигналов и напряжений и блока 5 контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, второй выход блока 1 соединен с шиной 38 общего сброса, а его входы-выходы адресных и управляющих магистральных шин соединены на каждом уровне соответственно с адресными шинами 10.1-10.n, 12.1-12.n,…16.1-16.n, магистральными шинами управления 11.1-11.k, 11.n.1-11.n.k, 13.1-13.n,…17.1-17.n, а второй вход блока 5 контрольно-измерительного комплекса электрических параметров соединен с шиной 8 измерительного сигнала, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с шиной 9 общей измерения сопротивления изоляции коммутатора 7, к входным - выходным клеммам 18.1-18.n^m которого подключен объект контроля.

Коммутатор 7 состоит из блоков 19.1-19.n коммутации первого уровня управления, блоков 20.1-20.n коммутации второго уровня управления, блоков 21.1-21.n коммутации третьего уровня управления и т.д. Каждый блок 19.1 коммутации содержит n коммутационных ячеек 22.1-22.n, каждая из которых содержит k коммутирующих элементов 22.1.1-22.1.k с памятью, например, триггер-реле, включенных по схеме пирамидального или матричного дешифратора-мультиплексора, имеющих число групп от 2⁰ до 2^k-1 переключающих контактов или по схеме другого логического устройства, резисторную сборку 23 из n резисторов, диодную сборку 24 первого уровня из n диодов, узел 25 включения первого уровня, содержащий n.k.n. магистральных ключей, и выходы 26.1-26.n, 27.1-27.n для подключения к магистральным шинам второго уровня. Каждый блок 20.1 коммутации второго уровня управления содержит n блоков 19.1-19.n коммутации первого уровня управления, диодную сборку 28 второго уровня, узел 29 включения второго уровня и выходы 30.1-30.n, 31.1-31.n для подключения к магистральным шинам третьего уровня. Каждый блок 21.1 коммутации третьего уровня управления содержит n блоков 20.1-20.n коммутации второго уровня управления, диодную сборку 32 третьего уровня, узел 33 включения третьего уровня и выходы 34.1-34.n, 35.1-35.n для подключения к магистральным шинам четвертого уровня управления и т.д. аналогично до m-го уровня управления. При этом якоря контактных групп коммутационных ячеек 22.1-22.n соединены соответственно с входными - выходными клеммами 18.1-18.n коммутатора 7, которые соответственно через нормально замкнутые контакты коммутационных ячеек и резисторы 1-n резисторной сборки 23 подключены к измерительной шине сопротивления изоляции 9 и соединены соответственно с анодами диодов 1-n диодной сборки 24 первого уровня и с входами 1.k.1-n.k.n. магистральных ключей узла 25 включения первого уровня, выходы которых соответственно соединены с адресными шинами 10.1-10.n первого уровня управления. Входы обмоток управления коммутационных ячеек 22.1.1-22-1.k…22.n.1-22.n.k соединены соответственно с выходами 1.1-1.k…n.1-n.k. магистральных ключей узла 25 включения первого уровня, а входы ключей соответственно подключены к управляющим шинам 11.1-11.k…11.n.1-11.n.k первого уровня управления. Выход 26.1 узла 25 включения первого уровня подключен к магистральной шине управления через соответствующий ключ узла 29 включения второго уровня, катоды диодов 1-n соединены с выходом 27.1 для подключения к магистральной шине второго уровня. Выходы 26.1-26.n блоков 19.1-19.n коммутации соединены соответственно через магистральные ключи узла 29 включения второго уровня с магистральными шинами 13.1-13.n второго уровня управления, выходы 27.1-27.n адресных сигналов блоков 19.1-19.n коммутации соединены соответственно через магистральные ключи узла 29 включения второго уровня с адресными шинами 12.1-12.n второго уровня, а также с анодами диодов 1-n диодной сборки 28 второго уровня, катоды которых соединены с выходом 31.1 для подключения к магистральной шине третьего уровня. Вход управления узла 29 включения второго уровня подключен к магистральной шине управления через соответствующий ключ узла 33 включения третьего уровня. Выходы 30.1-30.n блоков 20.1-20.n коммутации второго уровня соединены соответственно через магистральные ключи узла 33 включения третьего уровня с магистральными шинами 15.1-15.n третьего уровня, выходы 31.1-31.n адресных сигналов блоков 20.1-20.n коммутации второго уровня соединены соответственно через магистральные ключи узла 33 включения третьего уровня с адресными шинами 14.1-14.n третьего уровня, а также с анодами диодов 1-n диодной сборки 32 третьего уровня, катоды которых соединены с выходом 35.1 для подключения к адресной шине четвертого уровня, а выход 34.1 узла 33 включения третьего уровня подключен к магистральной шине управления четвертого уровня.

Аналогично строятся следующие уровни управления. Входы управления и выходы адресных сигналов последнего m-го уровня соединены непосредственно с шинами управления и адресных сигналов последнего уровня без использования узла включения и магистральных ключей.

Контактные группы коммутационных ячеек 22.1.1-22.n.1 коммутатора 7 образуют пирамидальные дешифраторы-мультиплексоры, выходы 2⁰+1 которых подключены на шину 8 измерительного сигнала, а выходы 2¹-2^k соответственно на шины 37.2-37.2^k контрольно-стимулирующих сигналов, одна из которых 37.2^k является общей, соединенной с клеммой общей блока 4 стимулирующих сигналов и напряжений, вторые выходы которого соединены соответственно с шинами 37.2-37.2^k-1 контрольно-стимулирующих сигналов. Шина 38 общего сброса соединена с соответствующим выходом блока управления 1 и входом сброса памяти коммутирующих элементов 22.1.1-22.1.k с блоков 22.1-22.n коммутатора 7.

Система работает следующим образом.

В блок 1 общего управления из блока 2 ввода вводятся данные теста контроля в виде последовательности кадров контроля, состоящих из адресов точек входа объекта контроля с указанием параметров стимулирующего сигнала для каждой точки и адресов выходных точек ответного сигнала и измеряемых параметров. Совокупность стимулирующих сигналов определяется программой контроля, последовательное выполнение кадров контроля которой обеспечивает полный контроль правильности функционирования объекта контроля и измерение всех необходимых параметров, определяющих техническое состояние объекта контроля. Адреса точек входа и точек ответного сигнала и измеряемых параметров сформированы поразрядно в соответствии с принятой системой счисления блока 1 общего управления или коммутатора 7, при этом каждый разряд соответствует своему уровню управления коммутаторами.

Так, если для управления коммутатором принята десятичная система счисления (n=0,1…9), то первый уровень управления обеспечивается декадой единиц, второй - декадой десятков, третий - декадой сотен и т.д., при этом число выходных точек (клемм) коммутатора находится в степенной зависимости от числа уровней управления и равно n^m.

Допустим, что коммутатор 7 имеет четыре уровня управления в десятичной системе счисления и нумерацию входных - выходных клемм 18.1-18.10⁴ от 0 до 9999, которые определяются номером тысячи, номером сотни, номером десятка и номером единицы. Блок 1 управления в соответствии с адресами точек входа кадра контрольно-измерительных цепей объекта контроля выдает через входы-выходы 10.1-17.n и шины управления соответственно коды: 17.1-17.n - код тысячи, 15.1-15.n - код сотни, 13.1-13.n - код десятка, 11.1-11.n- код единицы, вызывая срабатывание узлов 25, 29, 33 включения, соответствующих коду на каждом уровне управления, а код единиц первого уровня управления вызывает срабатывание коммутационных ячеек 22.1-22.n и подключение в соответствии с кадром контроля входных-выходных клемм 18.1-18.n^m коммутатора 7 к шинам 37.2-37.2^k соответствующих стимулирующих сигналов. Совокупность стимулирующих сигналов в каждом кадре контроля коммутируется с шин 37.2-37.2^k на соответствующие входные - выходные клеммы 18.1-18.n^m (0-9999) коммутатора 7 через коммутирующие элементы 22.1.l-22.1.k…22.n.1-22.n.k и вызывает срабатывание и функционирование элементов фрагментов схемы или объекта контроля в целом, в результате чего формируются цепи выходных сигналов в объекте контроля, которые последовательно в процессе контроля коммутируются через соответствующие входные - выходные клеммы 18.1-18.n^m (0-9999) коммутатора 7 на шину 8 измерительного сигнала, измеряются и контролируются блоком 5, а контрольный сигнал через контролируемую цепь в соответствии с ее конфигурацией приходит на соответствующие входные - выходные клеммы 18.1-18.n^m (0-9999) коммутатора 7, через нормально замкнутые контакты коммутационных ячеек 22.1-22.n приходит на диодные сборки 24 первого уровня, на катодах которых формируется сигнал адресов тысяч, и через выходы 35.1-35.n поступает на адресные шины 16.1-16.n тысячи и соответствующие входы блока 1 управления.

Блок 1 общего управления запоминает номера всех тысяч адресных шин 16.1-16.n, на которых появляется адресный сигнал, и выдает код одной из этих тысяч, например младшей, на шины 17.1-17.n управления тысяч, при этом включается соответствующий узел 33 включения третьего уровня и сформированные сигналы адресов сотен в этой тысяче через четные магистральные ключи 2…2n приходят на адресные шины 14.1-14.n и соответствующие входы блока 1 управления.

Одновременно срабатывание узла 33 включения обеспечивает подключение через нечетные магистральные ключи 1…2n-1 управления выходов 30.1-30.n управления узлов 29 включения второго уровня. Блок 1 общего управления запоминает адреса всех сотен адресных шин 14.1-14.n в этой тысяче, на которых появляется адресный сигнал, и выдает код одной из этих сотен, например младшей, на шины 15.1-15.n управления сотен, при этом включается соответствующий этому коду узел 29 включения второго уровня и сформированные сигналы адресов десятков в этой сотне через магистральные ключи приходят на адресные шины 12.1-12.n десятков и соответствующие входы блока 1 общего управления. Одновременно срабатывание узла 29 включения обеспечивает подключение через нечетные магистральные ключи 1…2n-1 управления выходов 26.1-26.n управления узлов 25 включения первого уровня управления.

Аналогично блок 1 управления запоминает адреса всех десятков адресных шин 12.1-12.n в этой сотне, выдает код одного из этих десятков (младшего) на шины 13.1-13.n управления десятков, при этом включается соответствующий этому коду узел 25 включения первого уровня и сигнал декады единиц этого десятка через магистральные ключи 1.k.1-n.k.n. приходят на адресные шины 10.1-10.n единиц и соответствующие входы блока 1 управления, который запоминает адреса всех единиц шин 10.1-10.n в этом десятке и последовательно выдает код этих единиц на шины 11.1-11.k…11.n.1-11.n.k первого уровня управления, вызывая срабатывание коммутационных ячеек 22, соответствующих этим кодам, через включенные магистральные ключи 11.1-11.k…11.n.1-11.n.k первого уровня, исключая при этом контрольно-стимулирующий сигнал из адреса ответных точек.

Таким образом, получены адреса младшей тысячи, младшей сотни, младшего десятка и все адреса единиц младшей декады. При этом срабатывание коммутационных ячеек 22 приводит к переключению адресных точек цепи на шину 8 измерительного сигнала и снятию адресных сигналов с диодной сборки этой декады единиц.

Если число запомненных десятков в младшей сотне более одного, то блок 1 управления последовательно включает узлы 25 включения этих десятков этой сотни, получает адреса единиц в каждом десятке и переключает выходные клеммы коммутационных ячеек коммутатора 7 по адресным точкам на шину 8 измерительного сигнала и соответственно происходит снятие адресных сигналов диодных сборок десятков в этой сотне.

Аналогично повторяется поиск адресов для каждой сотни, если их более одной, и для каждой тысячи, если их тоже более одной, и переключение всех адресных точек (выходных клемм) коммутатора для всей цепи. В результате поиска получены все адреса контролируемой цепи, а цепь переключается на шину 8 измерительного сигнала.

Блок 1 управления производит сравнение адресов и параметров контрольно-измерительной цепи с адресами и параметрами, полученными в результате измерения и поиска контрольно-стимулирующих сигналов, и значение измеренных параметров сравнивает с номинальными и расчетными для данного объекта контроля, анализирует по требуемым критериям и выдает заключение с первого входа-выхода на первый вход-выход блока 3 вывода о правильности электромонтажа, диагностику дефектов (причину несоответствия полученных адресов: ”Перепутывание”, ”Обрыв”, ”Ложный контакт” и т.д. с локализацией неисправного элемента в реальных адресах объекта контроля) и техническое состояние объекта контроля методом сравнения расчетной матрицы параметров контролируемого объекта с реальной матрицей параметров, полученной в результате контроля. Если в процессе эксплуатации объект контроля контролировался системой не менее 3-х раз, то на основе сравнения матриц определяется эволюция каждого параметра матриц и функциональная зависимость значений параметров во времени, а затем методом экстраполяции функции во времени рассчитывается гарантированный срок безотказной работы объекта в целом, т.е. прогнозирование безотказной работы контролируемого объекта.

Так как все входные - выходные клеммы 18.1-18.n коммутатора 7 через нормально замкнутые контакты и резисторные сборки 23 соединены с шиной 9 общей измерения сопротивления изоляции, а контролируемая цепь в результате поиска переключается на шину 8 измерительного сигнала, то она электрически разобщена со всеми остальными цепями объекта контроля и находится под напряжением блока 5 контрольно-измерительного комплекса электрических параметров. Блок 1 управления через шины информационного обмена выдает команду на первый вход-выход блока 5 измерения сопротивления изоляции и с этого же входа-выхода блока 5 получает результат измерений. Оценка результата измерений выдается с первого входа-выхода блока 1 управления на блок 3 вывода. Быстродействие системы при измерениях увеличено за счет применения современных средств измерения, в которых предусмотрена ускоренная подготовка цепей с распределенными параметрами к процессу измерения.

Если в кадре контроля предусмотрены измерения других параметров электрических цепей, например, емкости, сопротивления, индуктивности или параметров электрических сигналов (напряжения, частоты, формы и т.д.), то измеряемая цепь коммутируется аналогичным образом на шину 37.2^k общую и шину 8 измерительного сигнала, и по команде блока 1 управления происходит измерение соответствующего параметра блоком 5 контрольно-измерительного комплекса электрических параметров.

Аналогично происходит контроль и измерение параметров следующей цепи. Функция шунтирующего реле, используемого в прототипе, реализуется в блоке 5.

Если в качестве контролируемого объекта подключить эталонный электрожгут, то система может работать в режиме автоматического проектирования теста контроля путем последовательного подключения входных - выходных клемм 18.1-18.n коммутатора 7 к одной из шин 37.2-37.2^k стимулирующего сигнала и получения для каждой цепи адресных точек ответного сигнала.

Автоматизированная система контроля монтажа, параметров электрических цепей и диагностики неисправностей устройств электроаппаратуры и токораспределительных сетей, содержащая блок управления, блок ввода, блок вывода, коммутатор, адресные входы блока управления соединены с адресными выходами соответствующего уровня коммутатора, а управляющие выходы - с управляющими входами соответствующего уровня коммутатора, состоящего из блоков коммутации первого, второго, третьего и т.д. уровней управления, отличающаяся тем, что в систему введены блок стимулирующих сигналов и напряжений, блок контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, системная магистраль информационного обмена, а в каждую коммутационную ячейку блока коммутации первого уровня введены k коммутирующих элементов с памятью, например триггер-реле, включенных по схеме пирамидального или матричного дешифратора-мультиплексора, имеющих 2^k-1 число групп переключающих контактов, шины управления коммутационными ячейками, шины контрольно-стимулирующих сигналов, одна из которых является общей, и шина общего сброса, причем первый вход-выход блока управления соединен шинами информационного обмена с первыми входами-выходами блока ввода, блока вывода, блока стимулирующих сигналов и напряжений и блока контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, второй выход блока управления соединен с шиной общего сброса, а его входы-выходы адресных и управляющих магистральных шин соединены на каждом уровне соответственно с адресными и магистральными шинами управления, а второй вход блока контрольно-измерительного комплекса электрических параметров соединен с шиной измерительного сигнала, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с шиной общей измерения сопротивления изоляции и шиной общей блока стимулирующих сигналов и напряжений, вторые выходы которого соединены соответственно с шинами контрольно-стимулирующих сигналов коммутатора, к входным-выходным клеммам которого подключен объект контроля, а каждый контрольно-измерительный вход коммутатора соединен параллельно с одноименными переключающими контактами всех коммутационных ячеек, образуя шину измерительного сигала и через резисторы - шину общую измерения сопротивления изоляции, подключенные соответственно на второй и третий вход блока контрольно-измерительного комплекса электрических параметров, а остальные параллельно соединенные переключающие контакты образуют шины контрольно-стимулирующих сигналов, которые соединены со вторыми выходами блока стимулирующих сигналов и напряжений, при этом шины управления коммутационными ячейками и шина общего сброса подключены на соответствующие входы блока управления.