DE102017202476B4 - Device for functional testing of a relay - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung eines Relais mit einem Spulenstromkreis zur Ansteuerung der Relaisspule und mindestens einer Schaltebene, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schaltmatrix aufweist, bestehend aus 144 Optokopplern mit MOSFET Ausgängen.Device for functional testing of a relay with a coil circuit for controlling the relay coil and at least one switching level, characterized in that the device has a switching matrix consisting of 144 optocouplers with MOSFET outputs.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung eines Relais mit einem Spulenstromkreis zur Ansteuerung der Relaisspule und mindestens einer Schaltebene. Zur Überprüfung und Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit eines Relais ist es erforderlich in regelmäßigen Abständen eine Anzugs- und Abfallspannung, einen Spulenstrom sowie einen Nennstrom und eine Nennspannung des Relais zu ermitteln.The invention relates to a device for functional testing of a relay with a coil circuit for controlling the relay coil and at least one switching level. To check and maintain the functionality of a relay, it is necessary to periodically determine a pull-in and drop-off voltage, a coil current and a rated current and a nominal voltage of the relay.
Im Stand der Technik, ermittelt das Prüfgerät die Funktion des zu prüfenden Relais bei gleichzeitiger Messung des Kontaktüberganswiderstandes und einer optischen Anzeige des ermittelten WiderstandesIn the prior art, the tester determines the function of the relay to be tested with simultaneous measurement of the contact contact resistance and an optical display of the determined resistance
Das alte Prüfgerät wurde zur dynamischen Prüfung der Kontaktwiderstände von gebräuchlichen Kammrelais der Eisenbahnsignaltechnik verwendet.The old tester was used to dynamically test the contact resistances of conventional railway signal combs.
Dieses Prüfgerät ist ca. 35 Jahre alt, dementsprechend sind die einzelnen Prüfmethoden überaltert. Zur Bedienung und Einstellung des Prüfgerätes waren Prüfkarten in Form von Schablonen notwendig. Hier waren alle notwendigen Angaben wie Schalterstellungen und Zuordnungen der Anzeige-LED zu einem bestimmten Kontakt enthalten. Die Prüfung lief also nicht automatisch ab es mussten einige Einstellungen erfolgen. Dadurch kann es zu Störungen im Prüfablauf kommen. Außerdem gab es durch unterschiedlich praktizierte Messverfahren keine Vergleichsmöglichkeiten der Prüfergebnisse.This tester is about 35 years old, therefore, the individual test methods are outdated. To operate and adjust the tester, test cards in the form of templates were necessary. Here were all necessary information such as switch positions and assignments of the display LED to a specific contact included. The test did not start automatically. Some settings had to be made. This can lead to disturbances in the test procedure. In addition, there were no possibilities for comparison of the test results due to differently practiced measuring methods.
Das Patent
Im Patent
Beide Patente beschreiben Vorrichtungen zjm Testen von Relais mithilfe einer Schaltmatrix.Both patents describe devices for testing relays using a switching matrix.
Im Stand der Technik ist das Patent
Aus der
Mit dem nach dem neuesten Stand der Technik erstellten Kammrelaisprüfgerät sollen Kammrelais im Rahmen von Wartung, Instandhaltung und Fehlerbehebung auf Funktion getestet werden. Gleichzeitig wird der Übergangswiderstand der Kontakte sowie der Widerstand der Schaltebenen untereinander ermittelt.With the state-of-the-art comb relay tester, comb relays are to be tested for function during maintenance, repair and troubleshooting. At the same time, the contact resistance of the contacts as well as the resistance of the switching levels with each other is determined.
Mit dem nach dem neuesten Stand der Technik erstellten Kammrelaisprüfgerät sollen Kammrelais im Rahmen von Wartung, Instandhaltung und Fehlerbehebung auf Funktion getestet werden. Gleichzeitig wird der Übergangswiderstand der Kontakte sowie der Widerstand der Schaltebenen untereinander ermitteltWith the state-of-the-art comb relay tester, comb relays are to be tested for function during maintenance, repair and troubleshooting. At the same time, the contact resistance of the contacts as well as the resistance of the switching levels with each other is determined
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Relais, insbesondere Kammrelais, mit einem Spulenstromkreis zur Ansteuerung der Relaisspule und mindestens einer Schaltebene anzugeben, bei der die geschilderten Nachteile des Standes der Technik gelöst werden. It is therefore an object of the invention to provide a device for functional testing of relays, in particular comb relay, with a coil circuit for driving the relay coil and at least one switching level, in which the described disadvantages of the prior art are achieved.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.According to the invention, this object is achieved by the features listed in
Das erfindungsgemäße Prüfverfahren ermöglicht eine schnelle und einfache Prüfung eines Relais. Es handelt sich um ein integriertes, vielfach anwendbares Prüfgerät, mit dem der Arbeits- und Zeitaufwand minimiert und eine gleichbleibende Qualität erreicht wird. Das Prüfgerät dient dazu, sämtliche Ausführungsformen von Relais zu prüfen.The test method according to the invention allows a quick and easy test of a relay. It is an integrated, multi-purpose test instrument that minimizes labor and time and ensures consistent quality. The tester serves to check all embodiments of relays.
Das Prüfgerät soll Kammrelais die bei der DB Netz AG in den Fernsteuer-Anlagen DUS501/502 verwendet werden und diese durch ein dynamisches Prüfverfahren prüfen können.The test device is to be used with comb relay which can be used by DB Netz AG in the remote control systems DUS501 / 502 and can test these by a dynamic test procedure.
Ein Kammrelais besteht aus ein oder zwei Wicklungen, deren Anzugsmoment bei Stromdurchfluss benutzt wird, um einen mechanischen Anker zu bewegen. welcher ein oder mehrere Relaiskontakte schließt oder öffnet. Diese zu bewegenden Zungen dieser Kontakte sind über eine dünne Kunststoffplatte formschlüssig miteinander verbunden und können deshalb nur gemeinsam bewegt werden. Dieses Konstruktionsmerkmal ist Grund für die Bezeichnung Kammrelais.A comb relay consists of one or two windings whose tightening torque is used at current flow to move a mechanical armature. which closes or opens one or more relay contacts. These tongues to be moved these contacts are positively connected to each other via a thin plastic plate and therefore can only be moved together. This design feature is reason for the designation comb relay.
Die Kammrelais werden über eine eindeutige alphanumerische Herstellernummer identifiziert und verfügen über spezielle Relaisdaten, die in einer Datenbank auf dem Prüfgerät hinterlegt werden.The comb relays are identified by a unique alphanumeric manufacturer number and have special relay data stored in a database on the tester.
Mit dem Prüfgerät können zwei verschieden konzipierte Messschaltungen geschaltet werden. Eine dritte Messvariante kann durch eine Kombination beider Schaltungen durchgeführt werden.
- • Milliohmmessung mit Schaltmatrix Hier wird eine Vierleitermessung zur Bestimmung der Widerstände eingesetzt. Die Vierleitermessung wird vor allem bei der Messung kleiner Widerstände eingesetzt, wenn die parasitären Widerstände von Zuleitungen und Kontaktstellen nicht mehr vernachlässigbar klein gegenüber dem zu messenden Widerstand sind. Die Vierleitermessung wird verwendet zur Bestimmung der Kontaktwiderstände der Öffner im abgefallenen Zustand, sowie der Schließer im angezogenen Zustand des Relais.
- • Hochohmmessung mit Schaltmatrix Eine einfache Widerstandsmessung zur Bestimmung von hochohmigen Widerständen. Die Hochohmmessung wird Verwendet zur Bestimmung der Kontaktwiderstände der Öffner im angezogenen Zustand, sowie der Schließer im abgefallenen Zustand des Relais. Zusätzlich auch zur Ermittlung der Widerständen zwischen allen Schaltungsebenen, inkl. der Wicklungsebene.
- • Kontaktanschluss-Übergangswiderstandsmessung Kombination der beiden oben beschriebenen Messschaltungen. Diese Messung wird verwendet um den Übergangswiderstand der einzelnen Kontaktanschlüsse zu messen.
- • Milliohm measurement with switching matrix Here, a four-wire measurement is used to determine the resistances. The four-wire measurement is mainly used in the measurement of small resistors, when the parasitic resistances of leads and contact points are no longer negligible compared to the resistance to be measured. The four-wire measurement is used to determine the contact resistance of the normally closed contacts in the de-energized state, as well as the normally open contact in the energized state of the relay.
- • High impedance measurement with switching matrix A simple resistance measurement for the determination of high-resistance resistors. The high-ohm measurement is used to determine the contact resistance of the normally closed contact in the attracted state, as well as the normally open contact in the disconnected state of the relay. In addition also for the determination of the resistances between all circuit levels, incl. The winding level.
- • Contact connection contact resistance measurement Combination of the two measuring circuits described above. This measurement is used to measure the contact resistance of the individual contact terminals.
Die Schaltmatrix besteht aus 144 Optokopplern mit MOSFET-Ausgängen und dient der Umschaltung zwischen den Anschlüssen des Relais, damit die unterschiedlichen Schaltebenen unabhängig voneinander gemessen werden können.The switching matrix consists of 144 optocouplers with MOSFET outputs and is used to switch between the terminals of the relay, so that the different switching levels can be measured independently.
Die Optokoppler werden über zwei Porterweiterungen (IC3 und IC5) vom µC so angesteuert, dass immer die korrespondierenden Optokoppler gleichzeitig aktiv sind. Die aktiven Optokoppler schalten jeweils ihr Signal auf einen Anschluss des entsprechenden zweipoligen-Kelvinkontaktes. Somit wird gewährleistet, dass die positive Seite der Stromquelle mit der positiven Seite der Spannungsmessung zusammen an den gleichen Anschluss des Relais geschaltet wird. Das Gleiche gilt für die negativen Seiten.The optocouplers are controlled by μC via two port extensions (IC3 and IC5) so that the corresponding optocouplers are always active at the same time. The active optocouplers each switch their signal to a terminal of the corresponding two-pole Kelvin contact. This ensures that the positive side of the current source with the positive side of the voltage measurement is connected together to the same terminal of the relay. The same applies to the negative sides.
Die zeichnerischen Darstellungen zeigen in
-
1 zeigt das Blockschaltbild der Gesamtschaltung -
2 zeigt einen Ausschnitt der Schaltmatrix -
3 zeigt die Konstantstromquelle -
4 zeigt die Spannungsmesseinrichtung für die Milliohmmessung -
5 zeigt die Spannungsquelle für die Hochohmmessung -
6 zeigt die Messschaltung für die Hochohmmessung
-
1 shows the block diagram of the overall circuit -
2 shows a section of the switching matrix -
3 shows the constant current source -
4 shows the voltage measuring device for the Milliohmmessung -
5 shows the voltage source for the high-impedance measurement -
6 shows the measuring circuit for the high-resistance measurement
In dem Blockschaltbild ist die Messschaltung in wesentliche Teile aufgeteilt.
- - Das Netzteil stellt die Spannung für die Ansteuerung des Prüflings (Kammrelais) in der Höhe von 2V bis 110V und die Versorgungsspannung für die Hochohmmessung (UEinspeisung für ISO)
von 60V bereit. - - Die „UEinspeisung für ISO“ begrenzt die Versorgungsspannung auf 55V sowie den maximalen Strom auf 1mA für die Hochohmmessung
- - Die „UMessung für ISO“ generiert eine Spannung im Verhältnis zur Formel
- Rx dem zumessenden Widerstand entspricht.
- Uiso der Versorgungsspannung hier 55V
- Rg der interner Messwiderstand und
- Ug die Messspannung
- - Die „Konstantstromquelle“ stellt den benötigten konstant Strom für die Milliohmmessung bereit.
- - Die „ΔUMessung für mΩ“ ermittelt den Spannungsabfall der über der zu messenden Schaltebene Abfällt.
- - Der „Prüfling“ steht Symbolisch für das zu vermessende Kammrelais.
- - Die „Matrix“ in der Mitte der Darstellung wird vom Prozessor aus in der Form angesteuert, dass Nacheinander alle Isolations- und Übergangswiderstände gemessen werden können.
- - The power supply provides the voltage for the control of the device under test (comb relay) in the amount of 2V to 110V and the supply voltage for the high impedance measurement (U supply for ISO) of 60V.
- - The "U feed for ISO" limits the supply voltage to 55V and the maximum current of 1mA for the Hochohmmessung
- - The "U Measurement for ISO" generates a voltage in relation to the formula
- R x corresponds to the measured resistance.
- U iso the supply voltage here 55V
- R g is the internal measuring resistor and
- U g the measuring voltage
- - The "constant current source" provides the required constant current for the Milliohmmessung.
- - The "ΔU measurement for mΩ" determines the voltage drop of the over the to be measured switching level drops.
- - The "test item" symbolizes the comb relay to be measured.
- - The "matrix" in the middle of the display is controlled by the processor in the form that successively all insulation and contact resistance can be measured.
Diese Abbildung zeigt den Ausschnitt aus der Schaltmatrix der für die Milliohmmessung zuständig ist. Hier ist an der oberen Seite in der Mitte ein 100mΩ Widerstand zu sehen, dieser wird für den Selbsttest verwendet. Die Ansteuerung hierfür erfolgt über die Steuerleitungen 1P7 und 2P7.Desweiteren ist auch die Steuerleitung 1P31 für IC65 zu schalten. Dies ist erforderlich, damit des zu messende Signal an die Messschaltung weitergeleitet wird. Hier raus ist zu entnehmen das die Optokoppler immer Paarweise angesteuert werden. Senkrecht in der Mitte sind die Leitungen auf einen Datenbus geführt, die zu den bezeichneten Kelvinkontakten geführt werden. Mit diesen Kelvinkontakten wird die Verbindung zum Kammrelais hergestellt.This figure shows the excerpt from the switching matrix which is responsible for the milliohm measurement. Here is a 100mΩ resistor on the upper side in the middle, this is used for the self-test. This is controlled via the control lines 1P7 and 2P7. Furthermore, the control line 1P31 for IC65 must also be switched. This is necessary so that the signal to be measured is forwarded to the measuring circuit. Here you can see that the optocouplers are always driven in pairs. Vertically in the middle of the lines are led to a data bus, which are led to the designated Kelvin contacts. With these Kelvin contacts the connection to the comb relay is made.
Im Einzelnen sind die Funktionen wie folgt beschrieben:
- • Milliohmmessung mit Schaltmatrix
- • Milliohm measurement with switching matrix
Der Bereich der Milliohmmessung mit Schaltmatrix unterteilt sich in drei Schaltungsteile. Diese sind die Konstantstromquelle, eine sehr hochohmigen Spannungsmessung und Verstärkung sowie die Schaltmatrix. Die Verstärkung des Instrumentenverstärkers wird umgeschaltet. Die Verstärkungen sind 10-, 100-, 1000-Fach.The range of Milliohmmessung with switching matrix is divided into three circuit parts. These are the constant current source, a very high-voltage voltage measurement and amplification as well as the switching matrix. The gain of the instrumentation amplifier is switched. The reinforcements are 10, 100, 1000 drawer.
Die Konstantstromquelle, wie in
Mit Hilfe des MOSFET Q4 kann der Ausgang der Konstantstromquelle, zum Schutze des Prüflings, kurzgeschlossen werdenWith the help of MOSFET Q4, the output of the constant current source can be short-circuited to protect the device under test
Die hochohmige Spannungsmessung besteht aus dem Instrumentenverstärker (Inst-OP) IC4 und dem nachgeschalteten Operationsverstärker IC2. Der Inst-OP verstärkt und entkoppelt die am Prüfling hochohmig (GOhm) gemessene Spannung. Der nachgeschaltete Operationsverstärker (OP) IC2 ist als Spannungsfolger verschaltet, so dass die Belastung des nachfolgenden Analog-Digital-Wandler (ADC) keinen Einfluss mehr auf das Messsignal hat.The high-impedance voltage measurement consists of the instrument amplifier (Inst-OP) IC4 and the downstream operational amplifier IC2. The Inst-OP amplifies and decouples the voltage measured at the device under test (GOhm). The downstream operational amplifier (OP) IC2 is connected as a voltage follower, so that the load of the subsequent analog-to-digital converter (ADC) has no influence on the measurement signal.
Die Schaltmatrix die zwischen diesen beiden Schaltungsteilen liegt, besteht aus 76 Optokopplern mit MOSFET-Ausgängen und dient der Umschaltung zwischen den Anschlüssen des Relais, damit die unterschiedlichen Schaltebenen unabhängig voneinander gemessen werden können. Die Optokoppler werden über zwei Porterweiterungen (IC3 und IC5) vom µC so angesteuert, dass immer die korrespondierenden Optokoppler gleichzeitig aktiv sind. Die aktiven Optokoppler schalten jeweils ihr Signal auf einen Anschluss des entsprechenden zweipoligen-Kelvinkontaktes. Somit wird gewährleistet, dass die positive Seite der Stromquelle mit der positiven Seite der Spannungsmessung zusammen an den gleichen Anschluss des Relais geschaltet wird. Das Gleiche gilt für die negativen Seiten. Werden nun, wie in der
• Hochohmmessung mit Schaltmatrix• High impedance measurement with switching matrix
Der Bereich der Hochohmmessung unterteilt sich in drei Schaltungsteile. Diese sind die Bereitstellung der Messspannung für die Hochohmmessung, die Schaltmatrix und den Messkreis.The range of high-impedance measurement is divided into three circuit parts. These are the provision of the measuring voltage for the high-ohm measurement, the switching matrix and the measuring circuit.
Die Messspannung für die Hochohmmessung wird über eine Regelschaltung, bestehend aus T1 und T2 in
Diese Ausgangsspannung wird der Schaltmatrix und über eine Widerstandskombination, bestehend aus
Die Hochohmwiderstandsmessung wird mit dem Messverstärker um IC9 vorbereitet und vom ADC der im µC ist durchgeführt. Mit dem FET Q1 und dem entsprechenden Steuersignal „IS256“ kann der Messwiderstand für die Hochohmmessung im Verhältnis 10 zu 1 gewechselt werden. Der höhere Messwiderstand (150 kOhm) besteht, wenn der FET Q1 nicht geschaltet ist. Der Messverstärkers IC 9 ist als Spannungsfolger verschaltet. Die Widerstände
• Messung des Kontaktübergangswiderstandes• Measurement of contact resistance
Bei diesem Messverfahren wird indirekt ermittelt, ob sich ein Belag auf den Anschlüssen des Relais befindet. Dies geschieht im Wesentlichen mit den Schaltungsteilen:
- • Stromquelle der Milliohmmessung
- • Messkreis der Hochohmmessung.
- • Milliohm meter current source
- • High ohm measurement loop.
Hierfür wird die Stromquelle als Konstantspannungsquelle verwendet. Diese Spannung wird nun von der Schaltmatrix der Milliohmmessung auf den Anschluss des Adaptersockels gegeben. Die Schaltmatrix der Hochohmmessung koppelt von der zweiten Seite des Kelvinkontaktes des Adaptersockels die Messspannung zum Messkreis der Hochohmmessung hin aus. Wie in
Die unten stehende Tabelle listet in Kurzform die Funktionen der einzelnen Anschlüsse auf.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Prüflingexaminee
- 22
- SchatmatrixSchatmatrix
- 33
- Spannungsmesservoltmeter
- 44
- Spannungsmessungvoltage measurement
- 55
- KonstantstromquelleConstant current source
- 66
- SpannungseinpseisungSpannungseinpseisung
- 77
- Netzteilpower adapter
- 88th
- OpptokopplerOpptokoppler
- ICxICx
- Operationsverstärkeroperational amplifiers
- QxQx
- FeldeffekttransistorField Effect Transistor
- TxTx
- Transistortransistor
- Dxdx
- Diodediode
- RxRx
- Widerstandresistance
- Cxcx
- Kondensatorcapacitor
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