CN111122994A - 一种模拟断路器人机交互测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模拟断路器人机交互测试装置，包括电源控制单元、人机操作显示单元、测试控制管理单元、输入输出控制单元、反馈转接单元、连接器和背板总线及负载模拟单元。此种技术方案可实现根据待测板卡不同功能测试需求的人机交互测试，特别是测试人员无法对测试人员无法直接界定的资源进行测试，为测试人员增加简单易识别的提示，减少测试人员因人为因数出现的测试不全等问题，并可更广泛地适用于无法自动测试的更多待测资源。

Description

一种模拟断路器人机交互测试装置

技术领域

本发明属于自动检测领域，特别涉及一种模拟断路器人机交互测试装置。

背景技术

电力系统的安全可靠运行，离不开用于保护、监测的二次继电保护装置，电力系统在长期运行过程中会受到较多的外部因素影响，单纯靠人电力系统安全、可靠运行得不到长期保障，因此二次继电保护装置在维持电力系统长期安全可靠运行中起着重要作用。

继电保护二次装置作为电力系统安全、可靠运行监测的重要环节，其自身运行、判断的可靠性也尤为重要，因此对使用在电力系统中的二次继电保护装置进行校验测试十分重要。目前的二次继电保护装置多由各种功能单元模块组合而成，需要确保每个单元模块功能正常，是确保整个二次继电保护装置准确、可靠运行的前提。对于目前大量实际使用的继电保护装置，人工去进行校验测试，花费较大的时间、人力，同时也难以避免地出现人为因素导致的检测出错。因此开发继电保护装置自动检测系统具有重要意义与实用价值，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种模拟断路器人机交互测试装置，其可实现根据待测板卡不同功能测试需求的人机交互测试，特别是测试人员无法对测试人员无法直接界定的资源进行测试，为测试人员增加简单易识别的提示，减少测试人员因人为因数出现的测试不全等问题，并可更广泛地适用于无法自动测试的更多待测资源

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种模拟断路器人机交互测试装置，包括电源控制单元、人机操作显示单元、测试控制管理单元、输入输出控制单元、反馈转接单元、连接器和背板总线及负载模拟单元；

电源控制单元包括内置启动供电电源模块及外部可控程控源，其中，内置启动供电电源模块为连接于背板总线的单元提供工作电源，可控程控源与背板总线连接，根据待测对象工作环境选用直流程控源或者交流程控源；

所述测试控制管理单元通过背板总线与负载模拟单元进行报文交互，控制负载模拟单元实现工况切换；

所述人机操作显示单元与背板总线连接，用于与测试人员交互，接收测试人员输入的操作，并通过背板总线反馈给测试控制管理单元；

所述输入输出控制单元的一端连接背板总线，另一端连接连接器；

所述反馈转接单元包含若干转接控制插件，其与背板总线连接，用于为待测对象提供相适应的转接控制插件。

采用上述方案后，本发明具有以下改进：

(1)本发明提供的模拟断路器人机交互测试装置实现了根据待测板卡不同功能测试需求的人机交互测试，特别是测试人员无法对测试人员无法直接界定的资源进行测试，为测试人员增加简单易识别的提示，减少测试人员因人为因数出现的测试不全等问题，并可更广泛的适用于无法自动测试的更多待测资源；

(2)本发明提出了5种模拟负载模块化切换，增加了测试装置可测试负载属性，增强本测试装置实用性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的模拟断路器人机交互测试装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的的背板总线结构示意图；

图3是本发明实施例提供的测试控制管理单元示意图；

图4是本发明实施例提供的人机操作显示单元示意图；

图5是本发明实施例提供的输出与输入回读切换电路原理示意图；

图6是本发明实施例提供的负载模拟单元实现电路原理示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-模拟断路器人机交互测试装置、2-待测模断、11-电源控制单元、12-人机操作显示单元、13-测试控制管理单元、14-输入输出控制单元、15-反馈转接单元、16-连接器、17-背板总线及负载模拟单元、111-可控程控源、121-液晶显示块、122-指示灯显示块、123-按键控制块、124-控制程序、131-管理CPU、132-程序存储电子盘、171-背板总线、172-负载模拟单元、1711-供电电源转接端子、1712-人机操作显示单元转接端子、1713-控制管理单元转接端子、1714-输入输出控制单元第一转接端子、1715-输入输出控制单元第二转接端子、1716-反馈转接单元转接端子、1717-负载模拟单元转接端子、1718-外接程控源通讯端子、1719-其他功能模块、1720-FPGA控制处理模块。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种模拟断路器人机交互测试装置，包括电源控制单元11、人机操作显示单元12、测试控制管理单元13、输入输出控制单元14、反馈转接单元15、连接器16和背板总线及负载模拟单元17，各个模块之间通过背板总线为连接环节，实现各个环节间信号传输与反馈。根据待测模断的特性，可以选择从背板引入直流或者交流信号，用于待测模断交流工作模块或者直流工作模块的功能测试。使用外接源引入的方式可以更好地适应更多的测试对象与环境。所述电源控制单元从市电引入电源，为背板总线插件提供芯片所需供电电源。

所述电源控制单元11包括内置启动供电电源模块及外部可通讯调节可控程控源，其中，内置启动供电电源模块主要为所连接背板总线上的其它单元模块提供芯片所需工作电源，可控程控源111可根据待测对象工作环境选用直流程控源或者交流程控源，适用范围广，可拓展性强。

所述连接器16包括输入输出控制单元与待测模断间连接的可选连接端子线，可根据待测对象的不同外接端的设计方案，自适应地设计连接方式，只需简单地通过端子与短连线来焊接制作，具体可通过铜芯软线进行电气连接；通过设计图纸进行制作，便于测试使用，使得测试对象更广，待测对象可以连接接口更多。

所述背板总线及负载模拟单元包括各单元间连接端子、通讯线接口、信号连接线以及负载模拟模块，各个单元模块通过背板总线171进行连接来实现数据交互、控制、反馈，根据待测对象逻辑，通过测试控制管理单元13与负载模拟单元172间进行报文交互，控制所述负载模拟单元172实现五种工况的切换。各功能模块与背板总线通过插拔方式进行连接，可根据待测对象需求，增加减少模块，便于增加本发明测试装置的灵活性。

如图2所示，背板总线171包括供电电源转接端子1711、人机操作显示单元转接端子1712、控制管理单元转接端子1713、输入输出控制单元第一转接端子1714、输入输出控制单元第二转接端子1715、反馈转接单元转接端子1716、负载模拟单元转接端子1717、外接程控源通讯端子1718、其他功能模块1719及FPGA控制处理模块1720；所述供电电源转接端子用于连接装置内部供电模块；所述人机操作显示单元转接端子用于连接人机操作显示单元；所述控制管理单元转接端子用于连接测试控制管理单元；所述输入输出控制单元第一、第二转接端子用于连接输入输出控制转接单元，通过设置两个输入输出控制单元转接端子，可以增大对待测对象输出量可控通道数，便于适应于通道数较多的待测对象；所述反馈转接单元转接端子用于根据待测对象连接反馈转接单元，增大待测对象的适应性；所述外接程控源通讯端子用于连接用于测试的外接可控程控源；所述负载模拟单元转接端子用于连接负载模拟单元；所述FPGA控制处理模块内烧写IO控制程序，用于实现管理CPU，输入输出控制单元，反馈转接单元间所需IO输出、回读、电压控制等控制；所述其他功能模块主要为FPGA控制处理模块正常工作所需的其他环节以及外设，可根据具体测试需求，接入例如电子负载等外设。

如图3所示，测试控制管理单元包括管理CPU 131和程序存储电子盘132，所述管理CPU内烧写进入控制管理程序，用于实现测试装置正常运行、控制管理等功能，为测试人员提供网络连接接口以及串口打印接口，实现本发明各模块间的监控管理功能；所述程序存储电子盘用于存储管理CPU运行程序以及根据待测对象控制逻辑所编写的测试程序、控制报文信息。所述测试控制管理单元实现测试装置各单元间通讯以及数据交互控制，人机交互控制程序可根据交互报文脚本中键入的提示语句来提示测试人员所需做的非可视性操作，并根据操作结果反馈测试情况，增大本发明测试装置的可扩展性。

如图4所示，人机操作显示单元包括液晶显示块121、指示灯显示块122、按键控制块123和控制程序124，测试人员通过按键控制块先选择待测对象所对应的选项，所述控制程序通过按键操作与测试控制管理单元间进行信息交互，测试控制管理单元根据相关信息来识别所存储的待测对象控制逻辑所编写的测试程序，让输入输出控制单元、反馈转接单元、负载模拟单元以及可控程控源完成测试所需逻辑动作；所述指示灯显示块根据测试过程中发生的测试行为来显示测试出现的报警、闭锁状态；液晶显示块可显示测试行为的进程，已经测试过程中出现的问题，测试结果等等，同时可以根据待测对象的特殊性，来提示待测人员所进行的操作，并最终显示测试过程中出现的错误或者测试通过的结果。

人机操作显示单元与测试人员直接交互，人机操作显示单元接收测试人员对液晶显示块的操作，内部控制程序识别相应信息，通过背板总线反馈给测试控制管理单元，测试控制管理单元再给其他模块下发相应动作指令。所述人机操作显示单元能通过测试人员简单的按键操作，或者给测试人员提示需要做的包含但是不限于的观察指示灯操作，对模拟断路器进行档位控制等等操作，使得对于需要人为接入的测试资源更加准确可靠地进行测试，提高测试精准性以及测试直观性。所述人机操作显示单元根据待测对象测试资源的特殊性，为测试人员增加简单易识别的提示，减少测试人员因人为忘记等出现的测试不全等问题，并可更广泛地适用于无法自动测试的更多待测资源。

所述输入输出控制单元包括内部信号输出与输入回读切换电路，由15路继电器切换回路实现电压输出与回读控制，根据逻辑实现电信号输出及回读的切换；基于待测模拟断路器的需要，可为其选配多块输入输出控制单元140。

如图5所示，输出与输入回读切换电路包括电阻串Rs1，稳压管D1，第一电容C1，光耦OPT1，电阻R1，第一继电器Rly1，第二继电器Rly2，第一二极管D2和第二二极管D3，负载模拟模块端Rinput通过第一继电器Rly1节点接到输出端口Kout；外接电源正端PWR+通过第二继电器Rly2节点接到输出端口Kout；电阻串Rs1一端与输出端口Kout连接，另外一端接入光耦OPT1，光耦发光二极管负端连接外接电源负端PWR-，稳压管D1、第一电容C1并接于电阻串Rs1近光耦端与外接电源负端PWR-之间；光耦OPT1光电三极管集电极通过3.3V电源上拉，发射极通过电阻R1接地，并将电阻R1远地端作为回读信号点；第一二极管D2与第一继电器Rly1并接，第一二极管D2阴极端通过5V电源上拉，阳极端接入触发信号Tr-；第二二极管D3与第二继电器Rly2并接，第二二极管D3阴极端通过5V电源上拉，阳极端接入触发信号Tr+。

在工作中，通过触发信号Tr+控制第二继电器Rly2节点闭合，来实现将外接电源正信号引入对应输出端口Kout；通过控制Tr-控制信号来控制第一继电器Rly1节点闭合，将负载模拟模块端Rinput连接到输出端口Kout；外接电源负端PWR-与输出端口Kout间通过负载模拟模块控制来实现5种模式的连接。

其中，使用光耦将强弱电进行隔离，防止强弱电间出现串扰。

使用第一继电器与第二继电器控制，来实现强电输出与回读的切换，同时实现本发明5种模拟负载的切换，使本设计适用于更多的负载环境以及测试资源，根据测试资源的需求，可以切换相应的负载进行模拟。

输出与输入回读切换电路可以根据待测对象的需求，实现多路的信号强电输出与输入回读的切换。

如图6所示，负载模拟单元实现电路包括第一光耦OPTc1，电阻Rc1，第一MOS管Q1，电阻Rm1，电阻Rm2，第一三极管Q2，第一稳压管Dc1，第一压敏电阻Ry1，负载1，负载2，负载3，负载4，第一继电器Rly3，与第一二极管D4。第一MOS管Q1栅极接入控制信号Contrl,栅极与源极间并接第二电阻Rm1，并将栅极接地；第一光耦OPTc1发光二极管正端通过电阻Rc1上拉到5V电源，负端连接第一MOS管Q1漏极；第一光耦OPTc1光电三极管集电极连接模拟负载控制端，发射极连接所述第一三极管Q2基极，电阻Rm2并接与第一三极管Q2基极与发射极之间，第一三极管Q2发射极连接模拟负载控制端；第一稳压管Dc1，第一压敏电阻Ry1并接与第一三极管Q2发射极与集电极之间；第一三极管Q2集电极连接负载模拟模块Rinput端；负载1，负载2，负载3，负载4一端连接外接电源负端PWR-，另一端连接前述第一光耦光电三极管发射极；Ctl-1至Ctl-5对应5组控制回路即Ctl-n对应Ctl-1至Ctl-5；第一二极管D4与第一继电器Rly3并接，第一二极管D4阴极端通过5V电源上拉，阳极端接入触发信号Ctl-5；第一继电器Rly3节点将外接电源负端PWR-与负载模拟模块Rinput端连通形成第5种负载模式。

5种模拟负载的切换，增加了测试装置可测试负载属性，增强本发明测试实用性。不同的负载可以实现电压测试对象与电流测试对象的检测。

所述反馈转接单元包括可选配的转接控制插件，相关插件可以根据待测对象进行灵活选择，根据待测对象需求，准备了不同的转接插件，使得所述模拟断路器人机交互测试装置适用对象更广。

在本发明中，根据待测模断装置或插件，设计相应控制脚本存放于控制管理单元电子盘，测试控制管理单元实现背板FPGA、管理CPU插件、可控程控源、人机操作显示单元、输入输出控制单元间的逻辑交互，来实现测试人员根据人机操作显示单元显示的测试对象选择，并根据人机操作显示单元提示的操作步骤，来完成对待测对象的逻辑测试。

本发明所提供的模拟断路器人机交互测试装置也可适用于操作回路、操作箱检测，不仅限于本发明实施例所列系统。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作修改，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模拟断路器人机交互测试装置，其特征在于：包括电源控制单元、人机操作显示单元、测试控制管理单元、输入输出控制单元、反馈转接单元、连接器和背板总线及负载模拟单元；

电源控制单元包括内置启动供电电源模块及外部可控程控源，其中，内置启动供电电源模块为连接于背板总线的单元提供工作电源，可控程控源与背板总线连接，根据待测对象工作环境选用直流程控源或者交流程控源；

所述测试控制管理单元通过背板总线与负载模拟单元进行报文交互，控制负载模拟单元实现工况切换；

所述人机操作显示单元与背板总线连接，用于与测试人员交互，接收测试人员输入的操作，并通过背板总线反馈给测试控制管理单元；

所述输入输出控制单元的一端连接背板总线，另一端连接连接器；

所述反馈转接单元包含若干转接控制插件，其与背板总线连接，用于为待测对象提供相适应的转接控制插件。

2.如权利要求1所述的一种模拟断路器人机交互测试装置，其特征在于：所述连接器包括输入输出控制单元与待测模断间连接的可选连接端子线，根据待测对象的不同外接端，提供相适应的连接方式。

3.如权利要求1所述的一种模拟断路器人机交互测试装置，其特征在于：所述背板总线包括供电电源转接端子、人机操作显示单元转接端子、控制管理单元转接端子、输入输出控制单元第一转接端子、输入输出控制单元第二转接端子、反馈转接单元转接端子、负载模拟单元转接端子、外接程控源通讯端子、其他功能模块及FPGA控制处理模块；所述供电电源转接端子用于连接电源控制单元的内置启动供电电源模块；所述人机操作显示单元转接端子用于连接人机操作显示单元；所述控制管理单元转接端子用于连接测试控制管理单元；所述输入输出控制单元第一、第二转接端子用于连接输入输出控制转接单元；所述反馈转接单元转接端子用于根据待测对象连接反馈转接单元；所述外接程控源通讯端子用于连接外接可控程控源；所述负载模拟单元转接端子用于连接负载模拟单元；所述FPGA控制处理模块用于实现控制功能；所述其他功能模块为FPGA控制处理模块接入外设。

4.如权利要求1所述的一种模拟断路器人机交互测试装置，其特征在于：所述人机操作显示单元包括液晶显示块、指示灯显示块、按键控制块和控制程序，按键控制块供测试人员选择选项，控制程序用于与测试控制管理单元间进行信息交互；所述指示灯显示块根据测试过程中发生的测试行为来显示测试出现的报警、闭锁状态；液晶显示块用于实现测试相关的显示。

5.如权利要求1所述的一种模拟断路器人机交互测试装置，其特征在于：所述输入输出控制单元包括内部信号输出与输入回读切换电路，输出与输入回读切换电路包括电阻串，第一稳压管，第一电容，第一光耦，第一电阻，第一继电器，第二继电器，第一二极管和第二二极管，背板总线端Rinput通过第一继电器节点接到输出端口Kout；外接电源正端PWR+通过第二继电器节点接到输出端口Kout；电阻串的一端与输出端口Kout连接，另外一端接入第一光耦，光耦发光二极管负端连接外接电源负端PWR-，第一稳压管、第一电容并接于电阻串近光耦端与外接电源负端PWR-之间；第一光耦光电三极管集电极通过3.3V电源上拉，发射极通过第一电阻接地，并将第一电阻远地端作为回读信号点；第一二极管与第一继电器并接，且第一二极管的阴极端通过5V电源上拉，阳极端接入触发信号Tr-；第二二极管与第二继电器并接，且第二二极管阴极端通过5V电源上拉，阳极端接入触发信号Tr+。

6.如权利要求5所述的一种模拟断路器人机交互测试装置，其特征在于：所述负载模拟单元包括第二光耦，第二电阻，第一MOS管，第三电阻，第四电阻，第一三极管，第二稳压管，第一压敏电阻，第一至第四负载，第三继电器与第三二极管，其中，第一MOS管的栅极接入控制信号Contrl，栅极与源极间并接第三电阻，并将栅极接地；第二光耦发光二极管正端通过第二电阻上拉到5V电源，负端连接第一MOS管漏极；第二光耦光电三极管集电极连接模拟负载控制端，发射极连接第一三极管基极，第四电阻并接于第一三极管基极与发射极之间，第一三极管发射极连接模拟负载控制端；第二稳压管、第一压敏电阻并接于第一三极管发射极与集电极之间；第一三极管集电极连接背板总线端Rinput；第一至第四负载的一端连接外接电源负端PWR-，另一端连接第二光耦光电三极管发射极；第三二极管与第三继电器并接，第三二极管阴极端通过5V电源上拉，阳极端接入触发信号；第三继电器节点将外接电源负端PWR-与背板总线端Rinput连通形成第5种负载模式。

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