CN104345267A - 一种固体继电器的老化和早期失效的检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

一种固体继电器的老化和早期失效的检测方法，步骤为：1）为固体继电器施加激励信号，A/D采样电路采集动合触点压降或动断触点压降、动合断故障压降或动合粘故障压降；2）在激励信号的上升沿FPGA开启定时器，在负载电流通过固体继电器时，输出触发信号，测到触发信号时停止定时器；3）在脉冲信号的下降沿FPGA开启定时器，电平触发电路输出触发信号，FPGA检测到触发信号时停止定时器；4）采集到的数据存储至外部存储电路，显示器显示结果，检测装置包括FPGA、激励输出电路、负载电源、负载箱、触点状态指示灯电路、采样分压电路、电平触发电路、A/D采样电路、外部数据存储电路、工业控制计算机、故障报警器，检测简单、快速、精确、自动老化检测。

Description

一种固体继电器的老化和早期失效的检测方法及检测装置

技术领域

本发明属于固体继电器及固体延时继电器的检测技术领域，具体涉及一种固体继电器的老化和早期失效的检测方法及检测装置。

背景技术

固体及固体延时继电器(Solid State Relays,缩写SSR)是一种无触点电子开关，由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路(输入电路)与负载回路(输出电路)的电隔离及信号耦合，由固体器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件，达到无触点、无火花、而能接通和断开电路的目的，被广泛运用在通讯、遥控、遥测、机电一体化及其电力电子设备中，固体继电器或固体延时继电器由输入(控制)电路，隔离(耦合)和输出(负载)电路三部分组成。

固体继电器或固体延时继电器的输入电路是为输入控制信号提供一个回路，使之成为固体继电器或固体延时继电器的触发信号源。

固体继电器或固体延时继电器的驱动电路可以包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分。隔离耦合电路，目前多采用光电耦合器和高频变压器两种电路形式。常用的光电耦合器有光－三极管、光－双向可控硅、光－二极管阵列(光－伏)等。高频变压器耦合，是在一定的输入电压下，形成约10MHz的自激振荡，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级。功能电路可包括检波整流、过零、加速、保护、显示等各种功能电路。触发电路的作用是给输出器件提供触发信号。

固体继电器或固体延时继电器的输出电路是在触发信号的控制下，实现固体继电器或固体延时继电器的通断切换。输出电路主要由输出器件(芯片)和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有时还包括反馈电路。

为了保证固体继电器或固体延时继电器的使用性能(效果)，通常需要对固体继电器或固体延时继电器进行一些参数检测，比如动合时间、动断时间、动合触点压降、动断触点压降、动合断故障压降、动合粘故障压降、动断断故障压降、动断粘故障压降等。固体继电器或固体延时继电器在使用过程中，输入端施加激励信号，通过隔离(耦合)电路，驱动输出(负载)电路导通或者切断，此时，控制信号输入，但由于隔离(耦合)电路或输出(负载)电路出现故障，导致输出(负载)电路并未导通或者切断，或控制信号输入后，隔离(耦合)电路工作，输出(负载)电路也导通或者切断，但导通后触点上的压降很大或者切断后触点上的压降很小，这都会大大削弱固体继电器或固体延时继电器的带载能力。因此，对固体继电器或固体延时继电器老化的同时进行早期失效检测有利于提高工作效率和产品合格率。

由于固体继电器或固体延时继电器的输入(控制)电路、隔离(耦合)、输出(负载)电路一般都是密封在金属外壳里，内部个分立元器件有无虚焊均无法直接观察。目前主要采取一下两种方法：一是固体继电器或固体延时继电器的输入端加电源，在固体继电器或固体延时继电器的输出加负载电源，用电压表对触点上的压降进行测量，如果测量压降在规定的范围内，就判定该固体继电器或固体延时继电器合格，这种方法不仅麻烦、浪费时间、浪费人力，还不能保准老化后的固体继电器或固体延时继电器参数仍然合格；二是用专用的固体继电器或固体延时继电器测试仪表进行参数测量，然后对其进行老化，虽然相对第一种方法提高的测试速度，但老化后也不能保证老化过的固体继电器或固体延时继电器仍然合格。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种固体继电器的老化和早期失效的检测方法及检测装置，本装置可测试动作延时、释放延时、间隔延时、重复循环延时、规定时序延时Ⅰ、规定时序延时Ⅱ、规定时序延时Ⅲ、无延时（固体）， 共八种固体继电器，可同时老化100只动合型或动断型固体及固体延时继电器，并实时检测100只动合型或动断型继电器在固定负载下的触点压降和开路电压、时间以及固体延时继电器的延时时间，其定时循环时间为0.01～99999999.99秒，分辨率可达到0.01；定时循环时间精度为±0.5%～30%，分辨率为0.1%；故障检测时间为0.1毫秒、0.5毫秒两档；工作频率可达到：0.02次/分钟～600次/分钟，每档0.01次/分钟；试验循环（施加激励）次数1～99999999次；允许最大故障次数1～100次；连续通电静态老化定时时间30分钟～1000小时；单次试验再循环时间0～1.5秒，分辨率为0.1秒；其整体技术水平处国内领先，该装置具有检测方法简单，检测快速，精确，易操作和又可实现自动老化检测的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种固体继电器的老化和早期失效的检测方法，包括以下步骤：

1）在上位机上设置相应的检测参数，在固体继电器或固体延时继电器的输入端施加频率为0.0001～600次/分钟且占空比可调的激励信号，对100只固体继电器或固体延时继电器进行通断控制，并在固体继电器或固体延时继电器输出触点上施加50V、200A直流负载，同时高速A/D采集电路实时采样100只固体继电器或固体延时继电器的动合触点压降、动断触点压降、动合断故障压降、动合粘故障压降、动断断故障压降、动断粘故障压降，使固体继电器或固体时间继电器在规定时间或规定次数内完成老练循环；

2）在激励信号的上升沿现场可编程门阵列开启定时器，由于固体继电器或固体时间继电器输入端微小的信号变化，即可驱动输出大电流负载，在负载电流通过固体继电器或固体时间继电器输出端时，电平触发电路输出触发信号，现场可编程门阵列检测到触发信号时停止定时器，得到100只固体继电器或固体时间继电器的动合时间或动断时间；

3）在脉冲信号的下降沿现场可编程门阵列开启定时器，电平触发电路输出触发信号，现场可编程门阵列检测到触发信号时停止定时器，得到100只固体继电器或固体时间继电器的动断时间或动合时间；

4）在采样过程中现场可编程门阵列将采集到的数据分块存储至外部存储电路，在每个老化周期结束后，工业控制计算机CPU读取现场可编程门阵列传送的数据；

5）上位机通过设置的故障参数，分析采集到的数据，判断并标记出故障继电器，按要求进行故障显示、报警或干预老练进程，其处理判断结果显示在显示器上，对于老化参数未达到要求的固体继电器或固体时间继电器做报警处理提示，用户可对故障产品进行相应处理后，在软件界面点击“继续”按钮继续进行老化监测。

与现有技术相比，本发明既能实现固体继电器或固体时间继电器的老化和早期失效的智能检测剔除，又能快速、精确的判断出固体继电器或固体时间继电器的动合触点压降、动断触点压降、动合断故障压降、动合粘故障压降、动断断故障压降、动断粘故障压降以及延时时间等参数，本发明可对动合型、动断型或转换型固体继电器或固体时间继电器进行早期失效的智能检测和老化剔除，并且本发明填补了国内有关固体继电器或固体时间继电器早期失效的智能检测和老化剔除的空白，其上位机具有友好的人机界面，操作简单，可同时对100只固体继电器或固体时间继电器在规定时间或规定次数内完成老化，并实时检测100只固体继电器或固体时间继电器在固定负载下的触点压降和开路电压、时间继电器的延时时间，根据所设置的参数判断固体继电器或固体时间继电器在老化过程中出现的故障以及故障继电器的编号，并可将检测结果打印成报表。

一种固体继电器的老化和早期失效的检测方法及检测装置，包括有现场可编程门阵列，现场可编程门阵列的英文简写为FPGA，现场可编程门阵列与激励输出电路相连，激励输出电路的正输出接固体继电器或固体时间继电器的正输入端，激励输出电路的负输出接固体继电器或固体时间继电器的负输入端，负载电源输出正端串接负载箱后接固体继电器或固体时间继电器正输出端，负载电源的输出负端接固体继电器或固体时间继电器的负输出端，触点状态指示灯电路正端接固体继电器或固体时间继电器的输出正端，触点状态指示灯电路负端接固体继电器或固体时间继电器的输出负端，采样分压电路并接在固体继电器或固体时间继电器的输出端，电平触发电路的输入端接采样分压电路，电平触发电路的输出端接现场可编程门阵列，A/D采样电路分别还与采样分压电路、现场可编程门阵列相连，A/D采样电路的输出端与外部数据存储电路相连，现场可编程门阵列还通过工业控制计算机与液晶显示器相连，现场可编程门阵列报警端与故障报警器相连。

A/D采样电路采用美国MAXIM公司生产的一种8输入通道14位高速模/数转换器, 转换8通道的时间仅为8us，6MHZ的14位双向并行接口可与高速CPU直接相连，具有独立的采样保存电路为每一通道提供了同时采样，该电路具有先进/先出(FIFO)功能可减少接口开销，并可在转换结束或者在转换之间读取转换结果。该AD信号采样电路具有采样保持、转换速度快、分辩率高、转换精度高、温度系数小等特点。

经采样分压电路分压后的电压送入A/D采样电路，现场可编程门阵列检测到电平触发电路输出触发信号时，FPGA将计算固体继电器或固体延时继电器的动合时间或动断时间，高速A/D采样电路在程序运行开始，便实时采样动合触点压降、动断触点压降、动合断故障压降、动合粘故障压降、动断断故障压降、动断粘故障压降以及延时时间等参数，FPGA分块将采样到的数据存储在外部数据存储电路，供工控机调取采集到的实时数据显示在液晶显示器上。

由于采用工业控制计算机加FPGA的组合模式，工业控制计算机CPU分配任务给FPGA，FPGA控制其他模块并行工作，测量速度得到极快，A/D采样电路采用14位的高速模数采样芯片，其采样精度得到极大的提高，可对固体继电器或固体延时继电器的触点压降进行实时测量，该装置可同时对100只固体继电器或固体延时继电器老化参数进行检测，适用于大批量的固体继电器或固体延时继电器老化检测，友好的人机界面，操作简单，又可实现自动老化智能检测的特点，其技术水平处于国内领先。

附图说明

图1为本发明检测装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

实施例，一种固体继电器的老化和早期失效的检测方法，包括以下步骤：

1）将现场可编程门阵列与激励输出电路相连，激励输出电路的正输出接固体继电器或固体延时继电器的正输入端，激励输出电路的负输出接固体继电器或固体延时继电器的负输入端，负载电源输出正端串接负载箱后接固体继电器或固体延时继电器正输出端，负载电源的输出负端接固体继电器或固体延时继电器的负输出端，触点状态指示灯电路正端接固体继电器或固体延时继电器的输出正端，触点状态指示灯电路负端接固体继电器或固体延时继电器的输出负端，采样分压电路并接在固体继电器或固体延时继电器的输出端，电平触发电路的输入端接采样分压电路，电平触发电路的输出端接现场可编程门阵列，A/D采样电路分别还与采样分压电路、现场可编程门阵列相连，A/D采样电路的输出端与外部数据存储电路相连，现场可编程门阵列还通过工业控制计算机与液晶显示器相连，现场可编程门阵列报警端与故障报警器相连；

在上位机界面中设置被老化固体继电器或固体延时继电器的定时循环类型、触点类型、延时周期、延时（间隔）时间、定时时间t1(s)、定时时间t2(s)、定时时间t3(s) 、定时循环时间精度(%)、单次再循环时间t0(s)、负载电源电压(V)、工作频率（次/分钟）、静态定时时间（分钟）、试验循环次数、通断比、故障监测时间(s)、 粘灵敏度(V)、断灵敏度(V)、故障检测时间(s)检测参数，并点击“开始”按钮运行，由于固体继电器或固体延时继电器输入端微小的信号变化，即可驱动输出大电流负载，在固体继电器或固体延时继电器的输入端施加频率为0.0001～600次/分钟且占空比可调的激励信号，对100只固体继电器或固体延时继电器进行通断控制，并在固体继电器或固体延时继电器输出触点上施加50V、200A直流负载，A/D采集电路实时采样100只固体继电器或固体延时继电器的动合触点压降、动断触点压降、动合断故障压降、动合粘故障压降、动断断故障压降、动断粘故障压降，使固体继电器或固体时间继电器在规定时间或规定次数内完成老练循环；

2）在激励信号的上升沿FPGA开启定时器，由于固体继电器或固体时间继电器输入端微小的信号变化，即可驱动输出大电流负载，在负载电流通过固体继电器或固体时间继电器输出端时，电平触发电路输出触发信号，现场可编程门阵列检测到触发信号时停止定时器，得到100只固体继电器或固体时间继电器的动合时间或动断时间，当固体继电器或固体延时继电器输出端导通时，并接在固体继电器或固体延时继电器输出端的分压电路电压发生跳变，驱动电平输出电路输出跳变信号，当FPGA接收到该跳变信号时，停止内部定时器，FPGA定时得到动合时间或动断时间，并且触点状态指示灯在固体继电器或固体延时继电器输入端施加激励后由灭变亮或由亮变灭；

3）在脉冲信号的下降沿FPGA开启定时器，电平触发电路输出触发信号，现场可编程门阵列检测到触发信号时停止定时器，同时高速A/D采样电路便实时采集100只固体继电器或固体延时继电器的动合触点压降、动断触点压降、动合断故障压降、动合粘故障压降、动断断故障压降、动断粘故障压降的参数，当固体继电器或固体延时继电器输出端断开时，并接在固体继电器或固体延时继电器输出端的分压电路电压发生跳变，驱动电平输出电路输出跳变信号，当FPGA接收到该跳变信号时，停止内部定时器，FPGA定时得到100只固体继电器或固体时间继电器的动断时间或动合时间；并且触点状态指示灯在固体继电器或固体延时继电器输入端施加激励后由亮变灭或由灭变亮；

4）在采样过程中现场可编程门阵列将采集到的数据分块存储至外部存储电路，在每个老化周期结束后，工业控制计算机CPU读取现场可编程门阵列传送的数据；

5）上位机通过设置的故障参数，动断触点压降分别为80%、90%、95%的开路电压，误差为±2%，分辨率为0.01V，动断触点压降实际测量值小于或等于次值为故障压降；动合触点压降为0.01V～5.00V(0.01V～0.1V误差为±10%，0.11V～0.49V误差为±5%，0.5V～5.00V误差为±2%)分辨率为0.01V，动合触点压降实际测量值大于或等于此值时为故障压降；动合时间和动断时间分为0.1毫秒、0.5毫秒两档，触点粘或者触点断时间大于或者等于此值时为粘故障或断故障，通过分析采集到的数据，判断并标记出故障继电器，按要求进行故障显示、报警或干预老练进程，其处理判断结果显示在显示器上，对于老化参数未达到要求的固体继电器或固体延时继电器做报警处理提示，用户可对故障产品进行相应处理后，在软件界面点击“继续”按钮继续进行老化监测。

与现有技术相比，本发明既能实现固体继电器或固体延时继电器的老化和早期失效的智能检测剔除，又能快速、精确的判断出固体继电器或固体延时继电器的动合时间、动断时间、动合触点压降、动断触点压降、动合断故障压降、动合粘故障压降、动断断故障压降、动断粘故障压降参数，本发明可对动合型、动断型或转换型固体继电器或固体时间继电器进行老化和早期失效的智能检测剔除，并且本发明填补了国内有关固体继电器或固体时间继电器老化和早期失效的智能检测剔除的空白，其上位机具有友好的人机界面，操作简单，可同时对100只固体继电器或固体时间继电器在规定时间或规定次数内完成老化，并实时检测100只固体继电器或固体时间继电器在固定负载下的触点压降和开路电压、时间继电器的延时时间，根据所设置的参数判断固体继电器或固体时间继电器在老化过程中出现的故障以及故障继电器的编号，并可将检测结果打印成报表。

一种固体继电器的老化和早期失效的检测装置，包括有现场可编程门阵列1，现场可编程门阵列的英文简写为FPGA，现场可编程门阵列1与激励输出电路2相连，激励输出电路2的正输出接固体继电器或固体时间继电器3的正输入端，激励输出电路2的负输出接固体继电器或固体时间继电器3的负输入端，负载电源4输出正端串接负载箱5后接固体继电器或固体时间继电器3正输出端，负载电源4的输出负端接固体继电器或固体时间继电器3的负输出端，触点状态指示灯电路6正端接固体继电器或固体时间继电器3的输出正端，触点状态指示灯电路6负端接固体继电器或固体时间继电器3的输出负端，采样分压电路7并接在固体继电器或固体时间继电器3的输出端，电平触发电路8的输入端接采样分压电路7，电平触发电路8的输出端接现场可编程门阵列1，A/D采样电路9分别还与采样分压电路7、现场可编程门阵列FPGA1相连，A/D采样电路9的输出端与外部数据存储电路10相连，现场可编程门阵列1还通过工业控制计算机11与液晶显示器12相连，现场可编程门阵列1报警端与故障报警器13相连，A/D采样电路采用14位高速A/D采样模块，经采样分压电路分压后的电压送入A/D采样电路，现场可编程门阵列FPGA检测到电平触发电路输出触发信号时，现场可编程门阵列将计算固体继电器或固体时间继电器动合时间或动断时间，高速A/D采样电路在程序运行开始，便实时采样动合触点压降、动断触点压降、动合断故障压降、动合粘故障压降、动断断故障压降、动断粘故障压降，FPGA分块将采样到的数据存储在外部数据存储电路，供工控机调取采集到的实时数据显示在液晶显示器上。

测试时，通过操作上位机，设置被老化固体继电器或固体时间继电器的定时循环类型、触点类型、延时周期、延时（间隔）时间、定时时间t1(s)、定时时间t2(s)、定时时间t3(s) 、定时循环时间精度(%)、单次再循环时间t0(s)、负载电源电压(V)、工作频率（次/分钟）、静态定时时间（分钟）、试验循环次数、通断比、故障监测时间(s)、 粘灵敏度(V)、断灵敏度(V)、故障检测时间(s)等参数，由工业控制计算机向现场可编程门阵列发送指令，同时A/D采样电路便实时采样100只固体继电器或固体时间继电器的动合触点压降、动断触点压降、动合断故障压降、动合粘故障压降、动断断故障压降、动断粘故障压降，现场可编程门阵列通过控制激励输出电路，对固体继电器或固体时间继电器输入端施加频率为0.0001～600次/分钟且占空比可调的激励信号，同时在固体继电器或固体时间继电器输出触点上施加50V、200A的直流负载，在脉冲信号的上升沿或者下降沿开启内部定时器，负载电流通过固体继电器或固体时间继电器输出端，驱动并接在固体继电器或固体时间继电器输出端的采样分压电路，经分压后的电压驱动电平触发电路，现场可编程门阵列检测到触发电路有输出信号时停止定时器，得到动合时间或动断时间，在采样过程中现场可编程门阵列将采集到的数据分块存储至外部存储电路，在每个老化周期结束后，工业控制计算机CPU读取现场可编程门阵列传送的数据，上位机通过设置的故障参数，分析采集到的数据，判断并标记出故障继电器，按要求进行故障显示、报警或干预老练进程，其处理判断结果显示在显示器上，对于老化参数未达到要求的固体继电器或固体时间继电器做报警处理提示，用户可对故障产品进行相应处理后，在软件界面点击“继续”按钮进行老化监测。

Claims (3)

1. 一种固体继电器的老化和早期失效的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在上位机上设置相应的检测参数，在固体继电器或固体延时继电器的输入端施加频率为0.0001～600次/分钟且占空比可调的激励信号，对100只固体继电器或固体延时继电器进行通断控制，并在固体继电器或固体延时继电器的输出触点上施加50V、200A的直流负载，同时高速A/D采集电路实时采样100只固体继电器或固体延时继电器的动合触点压降、动断触点压降、动合断故障压降、动合粘故障压降、动断断故障压降、动断粘故障压降，使固体继电器或固体时间继电器在规定时间或规定次数内完成老练循环；

2）在激励信号的上升沿现场可编程门阵列开启定时器，由于固体继电器或固体时间继电器输入端微小的信号变化，即可驱动输出大电流负载，在负载电流通过固体继电器或固体时间继电器输出端时，电平触发电路输出触发信号，现场可编程门阵列检测到触发信号时停止定时器，得到100只固体继电器或固体时间继电器的动合时间或动断时间；

3）在脉冲信号的下降沿现场可编程门阵列开启定时器，电平触发电路输出触发信号，现场可编程门阵列检测到触发信号时停止定时器，得到100只固体继电器或固体时间继电器的动断时间或动合时间；

4）在采样过程中现场可编程门阵列将采集到的数据分块存储至外部存储电路，在每个老化周期结束后，工业控制计算机CPU读取现场可编程门阵列传送的数据；

5）上位机通过设置的故障参数，分析采集到的数据，判断并标记出故障继电器，按要求进行故障显示、报警或干预老练进程，其处理判断结果显示在显示器上，对于老化参数未达到要求的固体继电器或固体时间继电器做报警处理提示，用户可对故障产品进行相应处理后，在软件界面点击“继续”按钮继续进行老化监测。

2.  一种固体继电器的老化和早期失效的检测装置，包括有现场可编程门阵列（1），其特征在于，现场可编程门阵列（1）与激励输出电路（2）相连，激励输出电路（2）的正输出接固体继电器或固体延时继电器（3）的正输入端，激励输出电路（2）的负输出接固体继电器或固体延时继电器（3）的负输入端，负载电源（4）输出正端串接负载箱（5）后接固体继电器或固体延时继电器（3）正输出端，负载电源（4）的输出负端接固体继电器或固体延时继电器（3）的负输出端，触点状态指示灯电路（6）正端接固体继电器或固体延时继电器（3）的输出正端，触点状态指示灯电路（6）负端接固体继电器或固体延时继电器（3）的输出负端，采样分压电路（7）并接在固体继电器或固体延时继电器（3）的输出端，电平触发电路（8）的输入端接采样分压电路（7），电平触发电路（8）的输出端接现场可编程门阵列（1），A/D采样电路（9）分别还与采样分压电路（7）、现场可编程门阵列（1）相连，A/D采样电路（9）的输出端与外部数据存储电路（10）相连，现场可编程门阵列（1）还通过工业控制计算机（11）与液晶显示器（12）相连，现场可编程门阵列（1）报警端与故障报警器（13）相连。

3. 根据权利要求2所述的一种固体继电器的老化和早期失效的智能检测装置，其特征在于，所述的A/D采样电路采用14位高速A/D采样模块。