一种针对电控系统偶发故障的检测与诊断装置的制作方法

1.本发明涉及电气控制及诊断技术领域，尤其涉及一种针对电控系统偶发故障的检测与诊断装置。


背景技术：

2.目前，电控系统偶发故障是指因电源波动、电磁干扰或绝缘破损等为诱因，引起设备误动、误停或运行波动等问题。该类故障的发生具有一定的偶然性、随机性和影响的不确定性。因此，在系统设计之初难以将此类潜在可能全部纳入检测范围，处于系统测试性设计盲点。针对电气系统此类故障的诊断，最大的困难在于故障诱因多为偶然出现的瞬时扰动或信号波动，故障触发信号不保持且故障复现困难。所以如何在电气柜内部，对故障相关回路的状态进行持续监测，并通过逻辑运算输出准确诊断信息的装置，来解决电控系统偶发故障的诊断问题，以填补系统测试性设计盲点，提高系统整体的测试性指标是继续解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种针对电控系统偶发故障的检测与诊断装置，能够便捷、有效的解决电气系统设备误动、误停或运行波动等偶发性故障的诊断问题。
4.本发明采用的技术方案为：一种针对电控系统偶发故障的检测与诊断装置，包括通信与控制单元、24v电源、ln电源和回路状态检测模块，所述的回路状态检测模块包括用于连接无源输入220vac信号的第一检测端子、用于连接有源输入220vac和24vdc的第二检测端子和第三检测端子，还包括有第一两档拨码开关、第二两档拨码开关、第三两档拨码开关、第一继电器、第二继电器、第三继电器和复位开关，所述的第一拨码开关的公共端与第一检测端子连接，第一拨码开关的第一挡位与24v电源正极连接，第一拨码开关的第二挡位与ln电源的l端连接；第二拨码开关的公共端与第二检测端子连接，第二拨码开关的第一挡位通过第三继电器线圈串联后分别与24v电源的负极和第三拨码开关的第一挡位连接，第二拨码开关的第二挡位通过第二继电器线圈串联后分别与第三拨码开关的第二挡位和ln电源的l端连接；所述的第三继电器的常开开关与复位按钮串联后分别与所述的第一继电器的常开开关和第二继电器的常开开关并联，并联后的电路与第一继电器的线圈串联，串联后的电路一端与ln电源的两端连接；所述的第一继电器、第二继电器、第三继电器与通信与控制单元连接，所述的通信与控制单元通过rs485接口与外部无线连接。
5.还包括指示灯，所述的指示灯与第一继电器线圈并联，用于进行警示。
6.所述的回路状态检测模块包括有多个，多个回路状态检测模块分别与通信与控制单元连接。
7.所述的通信与控制单元包括电源电路、单片机、i/o接口电路和辅助电路，所述的电源电路采用dc/dc电源模块，单片机用于多路输入信号处理和通信转发、模块复位控制，
io接口电路用于开关量信号采集。
8.还包括运算显示单元，所述的运算显示单元采用mt6050i触摸屏，与回路状态检测模块通过rs485 总线连接，提供检测信号的实时存储、逻辑分析和诊断信息显示功能。可以连续滚动存储10分钟内的诊断数据，且自动记录功能在故障发生5分钟后自动停止。
9.运算显示单元外部设置有配套的金属盒，金属盒的背面设置有真空吸盘，用于方便安装在诊断对象设备的内壁上。
10.本发明通过拨码开关、继电器和复位端子等进行电路设计，使电路可以不做任何改动的应用于各类检测场景下，即可接收220vac或24vdc的有源信号，也可以接入无源干接点信号，不管被测位置是否预留有信号接口均可接入（无接口时可直接并接在所测回路分段的两端），可适用于绝大多数的检测需求。进一步的设置运算显示单元，并通过安装与4.3寸触摸屏安装盒内，盒子背面采用真空吸盘安装方式，可就地安装在诊断对象设备的内壁上，无须再设备上增加开孔或其他安装附件。本发明采用模块化设计，模块之间采用xh2.54型排线插接，最多可支持31个模块的扩展能力。大大提高了整体的适用性和实用性。
11.附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1为本发明的电路原理图；图2为本发明的结构原理框图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.如图1和2所示，本发明包括通信与控制单元、24v电源、ln电源和回路状态检测模块，所述的回路状态检测模块包括用于连接无源输入220vac信号的第一检测端子、用于连接有源输入220vac和24vdc的第二检测端子和第三检测端子，还包括有第一两档拨码开关、第二两档拨码开关、第三两档拨码开关、第一继电器、第二继电器、第三继电器和复位开关，所述的第一拨码开关的公共端与第一检测端子连接，第一拨码开关的第一挡位与24v电源正极连接，第一拨码开关的第二挡位与ln电源的l端连接；第二拨码开关的公共端与第二检测端子连接，第二拨码开关的第一挡位通过第三继电器线圈串联后分别与24v电源的负极和第三拨码开关的第一挡位连接，第二拨码开关的第二挡位通过第二继电器线圈串联后分别与第三拨码开关的第二挡位和ln电源的l端连接；所述ln和24v电源，作用：24vdc的作用是当a1/b1端接无源信号时，提供回路24vdc电源，同时为通信与控制单元的电源模块提供输入电源；220vac电源的作用是：一方面当a1/b1端接无源信号时，提供回路220vac电源，另
一方面为自锁保持单元提供电源。
16.所述的第三继电器的常开开关与复位按钮串联后分别与所述的第一继电器的常开开关和第二继电器的常开开关并联，并联后的电路与第一继电器的线圈串联，串联后的电路一端与ln电源的两端连接；所述的第一继电器、第二继电器、第三继电器与通信与控制单元控制连接，所述的通信与控制单元通过rs485接口与外部无线连接。
17.单台回路状态检测模块可以实现对1条控制回路最多4个分段（或信号）的状态监测，并将信号边沿经自锁保持后以干接点或rs485总线方式接入运算与显示单元，经进一步的逻辑运算后，输出准确的故障定位和诊断信息。
18.回路状态检测模块由：电源输入端、检测输入单元、自锁保持单元、通信与控制单元组成。检测输入单元可通过拨码开关和输入端口选择接入4路220vac/24vdc的有源信号或无源干接点信号。自锁保持单元捕捉输入信号的上升沿，经自锁保持后输入到通信与控制单元，并通过输出继电器对外输出干接点信号。实际使用中，回路状态检测模块支持35mm标准导轨安装和真空吸盘安装两种安装方式，每个模块包含两个并联的3p针型公头通讯接口，通过xh2.54型排线母插头将接多个扩展模块接入rs485总线，作为modbus从站与运算显示单元主站通信。所述的回路状态检测模块包括有多个，多个回路状态检测模块分别与通信与控制单元连接，如图2所示，可以检测模块1#、2#、3#、4#，实际使用也可以进行按需扩展。
19.通信与控制单元包括电源电路、单片机、i/o接口电路、辅助电路和通信接口电路。电源电路采用dc/dc电源模块，单片机负责4路输入信号处理和通信转发、模块复位控制功能。具体的，单片机负责处理经i/o接口电路接入的4路检测状态信号，并通过rs485接口将信号状态和时间标记转发至逻辑运算单元，同时实现模块的复位控制功能；辅助电路为单片机外围辅助工作电路。本发明中单片机实际使用时均包括有辅助电路，用于提供单片机运行所需的晶振和复位电路，本发明的所有继电器的动作来源于外部检测信号的状态。
20.系统诊断原理：首先，根据被测回路的测点数量和正常使用工况生成二进制的诊断标准码，码值的每一位标识控制回路1个对应分段的状态。当检测到故障动作信号跳变时，将该时刻的状态码与诊断标准码进行按位比对，由此将偶发性故障定位在具体的某个监测分段内，并在触摸屏上显示对应的诊断文本信息。
21.电源输入端具有电源指示和保护功能，为回路状态检测模块和运算显示单元提供工作电源。其中回路状态检测模块支持220vac或24vdc继电器工作电源选择，可根据电控柜内部的电源条件灵活配置，简化模块的安装接线工作。
22.检测输入单元可接收4路220vac或24vdc的有源信号（可以是开关量信号或特定控制回路某个分段的两端），也可以接入无源干接点信号。具体的电压等级和信号类型可根据现场设备的诊断接口条件，通过拨码开关灵活选择。
23.自锁保持单元包括输入继电器、自锁保持电路、输出继电器和状态指示灯。可以捕捉来自4路检测输入单元信号的上升沿，转化为电平信号接入到通信与控制单元，并通过输出继电器对外输出干接点信号。
24.运算显示单元采用mt6050i触摸屏，与状态检测模块通过rs485 总线连接，提供检测信号的实时存储、逻辑分析和诊断信息显示功能。可以连续滚动存储10分钟内的诊断数据，且自动记录功能在故障发生5分钟后自动停止。运算显示单元安装在与4.3寸触摸屏配
套的定制金属盒内，盒子背面采用真空吸盘安装方式，可就地安装在诊断对象设备的内壁上。
25.所述的mt6050i触摸屏最多可支持31个状态检测模块接入，提供124路检测信号的实时存储、逻辑分析和诊断信息显示功能，并可以连续滚动存储10分钟内的诊断数据，自动记录功能在故障发生5分钟后自动停止（不触发目标故障的测点状态跳变不作为终止记录条件），避免关键诊断信息被覆盖。
26.系统诊断原理说明：首先，根据被测回路的测点数量和正常使用工况下每个测点可能出现的信号状态，生成二进制的诊断标准码，码值的每一位标识控制回路1个对应分段的状态。在设备正常运行条件下，运算显示单元以50ms为周期连续采集回路检测状态信号，并生成状态码。当检测到故障动作信号跳变时，将该时刻的状态码与诊断标准码进行逻辑运算，由此可将偶发性故障定位在具体的某个分段内，并在触摸屏上显示对应的诊断文本信息。
27.目标故障是指：电控系统中不通过特殊检测手段，可以直观看到的设备故障现象，表现为目标设备损坏或不按照预期的操作指令运行。
28.前序故障是指：目标故障发生前，在系统内部发生的一系列不可见的、只能通过专用检测工具才能发现的电路状态变化，是目标故障发生的诱因。
29.如需诊断某一设备误动做故障（目标故障），与设备动作相关的控制回路有2条，每条控制回路上可能存在的故障点为5个。那么首先在触摸屏上设置检测回路数量2，每条回路检测点数5，定义每个测点状态为“1”和“0”时的诊断结果。程序将自动生成2个5位诊断标准码，其中最后1位为检测目标故障码。如：11001和11011，当最后1位变为0时，5分钟后终止自动记录功能。每个采样周期内各个测点的状态信号生成一个5位诊断码，与标准码进行逻辑“与”并取反、累加运算。没有故障发生时，累加结果持续为00000，当某个测点故障时该位为1，如果在目标故障发生前，第2和第3个测点发生前序故障，诊断码为01100，最终诊断码为01101（目标故障发生，第5位为1），记录在定时结束后终止。
30.前序故障举例：在一个配置冗余控制器的高压变频调速系统中，2路低压控制电源分别为两个控制器供电，当电网其中i路控制电源出线瞬时跌落或闪断时（前序故障），触发变频器控制器切换（前序故障）。在控制器主切从的过程中，从机在投入运行瞬间，其输出继电器出现偶发性的瞬时通断（前序故障），因逻辑联锁导致前级高压开关控制回路接通，高压开关合闸误动作（目标故障）。当i路控制电源稳定后，变频器切回主机运行，前序故障动作被屏蔽。
31.运算显示单元安装与4.3寸触摸屏安装盒内，盒子背面采用真空吸盘安装方式，可就地安装在诊断对象设备的内壁上，布置方便灵活。
32.（1）设备通用性强：回路状态检测模块为标准模块，可不做任何改动的应用于各类检测场景下。可接收220vac或24vdc的有源信号，也可以接入无源干接点信号，不管被测位置是否预留有信号接口均可接入（无接口时可直接并接在所测回路分段的两端），可适用于绝大多数的检测需求。
33.（2）安装方便灵活：回路状态检测模块可支持35mm标准导轨安装和真空吸盘安装两种布置方式。运算显示单元安装与4.3寸触摸屏安装盒内，盒子背面采用真空吸盘安装方式，可就地安装在诊断对象设备的内壁上，无须再设备上增加开孔或其他安装附件。
34.（3）扩展性良好：系统采用模块化设计，模块之间采用xh2.54型排线插接，最多可支持31个模块的扩展能力。在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语
“ꢀ
中心”，
“ꢀ
横向”、
“ꢀ
纵向”、
“ꢀ
长度”、
“ꢀ
宽度”、
“ꢀ
厚度”、
“ꢀ
上”、
“ꢀ
下”、
“ꢀ
前”、
“ꢀ
后”、
“ꢀ
左”、
“ꢀ
右”、 竖直”、
“ꢀ
水平”、
“ꢀ
顶”、
“ꢀ
底”、
“ꢀ
内”、
“ꢀ
外”、
“ꢀ
顺时针”、
“ꢀ
逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
35.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书中的术语
“ꢀ
第一”、
“ꢀ
第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语
“ꢀ
包括”和
“ꢀ
具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
36.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。