电磁继电器加速寿命试验系统的软硬件设计

电磁继电器加速寿命试验系统的软硬件设计电磁继电器加速寿命试验系统的软硬件设计 参考资料：/s/blog_71facf0001010n63.html 一、一、 引言引言 电磁继电器广泛应用于产业控制、农业、交通运输、电磁继电器广泛应用于产业控制、农业、交通运输、 国防军事、空间技术及日常生活等领域，是远控、远测、国防军事、空间技术及日常生活等领域，是远控、远测、 通讯、检测、保护等电子设备不可缺少的基本元件，它通讯、检测、保护等电子设备不可缺少的基本元件，它 是否正常工作将直接关系到含有该继电器的设备或产品是否正常工作将直接关系到含有该继电器的设备或产品 的稳定性和可靠性。随着继电器技术的发展及继电器应的稳定性和可靠性。随着继电器技术的发展及继电器应 用范围的不断扩大，对继电器的性能、寿命、可靠性等用范围的不断扩大，对继电器的性能、寿命、可靠性等 方面的要求越来越高。在整个寿命期内，任何产品都有方面的要求越来越高。在整个寿命期内，任何产品都有 贮存、运输、待命、工作等任务阶段，每个任务阶段对贮存、运输、待命、工作等任务阶段，每个任务阶段对 应不同的环境剖面与时间，要求产品在任何工作阶段均应不同的环境剖面与时间，要求产品在任何工作阶段均 能完成规定的功能。能完成规定的功能。 对长期处于工作状态的产品，产品的工作可靠度主对长期处于工作状态的产品，产品的工作可靠度主 要取决于工作阶段的环境与工作时间。对一次性使用的要取决于工作阶段的环境与工作时间。对一次性使用的 产品，由于贮存时间远远大于使用时间，其工作可靠度产品，由于贮存时间远远大于使用时间，其工作可靠度 与贮存时间有关。因此，如何使用更科学的技术手段，与贮存时间有关。因此，如何使用更科学的技术手段， 对产品的工作可靠性和贮存可靠性进行较客观的猜测与对产品的工作可靠性和贮存可靠性进行较客观的猜测与 评估，是产品应用与发展的关键环节之一。国内部分生评估，是产品应用与发展的关键环节之一。国内部分生 产单位开始用微机检测系统对电磁继电器的寿命及其他产单位开始用微机检测系统对电磁继电器的寿命及其他 参数进行检测，但它是在正常工作条件下，采用一般寿参数进行检测，但它是在正常工作条件下，采用一般寿 命试验方法估计产品的各种可靠性特征。对寿命特别长命试验方法估计产品的各种可靠性特征。对寿命特别长 的产品来说，这种方法并分歧适。由于它需要花费很长的产品来说，这种方法并分歧适。由于它需要花费很长 的试验时间，甚至来不及作完寿命试验，新的产品又设的试验时间，甚至来不及作完寿命试验，新的产品又设 计出来，老产品就要被淘汰。计出来，老产品就要被淘汰。 针对以上间题，经过不断研究，在寿命试验的基础针对以上间题，经过不断研究，在寿命试验的基础 上，本文提出了加大应力、缩短时间的加速寿命试验方上，本文提出了加大应力、缩短时间的加速寿命试验方 法。法。 二、加速寿命试验分析二、加速寿命试验分析 加速寿命试验就是用人工方法加大试验应力加速寿命试验就是用人工方法加大试验应力( (如热应如热应 力、湿应力、机械应力等力、湿应力、机械应力等) )的方法，加快元器件失效，缩短的方法，加快元器件失效，缩短 试验时间，以便在较短的时间内猜测出在正常的试验时间，以便在较短的时间内猜测出在正常的( (即额定的即额定的 或实际使用的或实际使用的) )条件下的寿命特征。加速寿命试验的分析方条件下的寿命特征。加速寿命试验的分析方 法主要是利用元器件的失效数据，运用加速寿命曲线推算法主要是利用元器件的失效数据，运用加速寿命曲线推算 出该批元器件在正常条件下的可靠性寿命特征。这类试验出该批元器件在正常条件下的可靠性寿命特征。这类试验 方法应用较广泛，主要原因是研究周期短，可大大缩短试方法应用较广泛，主要原因是研究周期短，可大大缩短试 验时间。加速寿命试验通常分以下验时间。加速寿命试验通常分以下 3 3 种：种： ( (一一) )恒定应力加速寿命试验，即把一种应力加在受试恒定应力加速寿命试验，即把一种应力加在受试 产品样品上，该应力水平在整个试验中保持不变，为了达到产品样品上，该应力水平在整个试验中保持不变，为了达到 变频器维修培训班 加速失效缩短试验时间的目的，要求各组寿命试验的应力都加速失效缩短试验时间的目的，要求各组寿命试验的应力都 高于正常工作条件下的应力。即在不改变产品失效机理的条高于正常工作条件下的应力。即在不改变产品失效机理的条 件下，模拟实际的环境因素，适当进步应力等级，在短期内件下，模拟实际的环境因素，适当进步应力等级，在短期内 得出与现场长期贮存试验相似的结果。得出与现场长期贮存试验相似的结果。 ( (二二) )步进应力加速寿命试验，这是一种随时间、分阶步进应力加速寿命试验，这是一种随时间、分阶 段逐步在受试样品上增加应力，直到样品开始出现大量失效段逐步在受试样品上增加应力，直到样品开始出现大量失效 为止的试验方法。为止的试验方法。 ( (三三) )序进应力加速寿命试验，这是一种随时间等速增序进应力加速寿命试验，这是一种随时间等速增 加应力到受试产品样品上，直到样品开始出现大量失效为止加应力到受试产品样品上，直到样品开始出现大量失效为止 的试验方案。采用该方案时，产品不分组，应力不分档，应的试验方案。采用该方案时，产品不分组，应力不分档，应 力等速升高，直到发生一定数目的故障为止。它所施加的应力等速升高，直到发生一定数目的故障为止。它所施加的应 力水平将随时间等速上升，因此这种试验需要有专门的设备。力水平将随时间等速上升，因此这种试验需要有专门的设备。 在上述在上述 3 3 种加速寿命试验中，恒定应力加速寿命试验种加速寿命试验中，恒定应力加速寿命试验 更为成熟，数据易处理，外推精度高。尽管这种试验所需时间更为成熟，数据易处理，外推精度高。尽管这种试验所需时间 不是最短，但与一般的寿命试验相比还是缩短了不少时间，因不是最短，但与一般的寿命试验相比还是缩短了不少时间，因 此它较常用。影响电磁继电器寿命的因素很多。比如，在存贮此它较常用。影响电磁继电器寿命的因素很多。比如，在存贮 过程中，产品的各项性能受温度、湿度、光照、腐蚀、氧化、过程中，产品的各项性能受温度、湿度、光照、腐蚀、氧化、 干裂、软化、霉变、结晶等环境因素的影响很大。特别是非金干裂、软化、霉变、结晶等环境因素的影响很大。特别是非金 属材料，在温度、湿度、天气等条件下，更有明显的老化现象，属材料，在温度、湿度、天气等条件下，更有明显的老化现象， 贮存时间越长，老化越严重，甚至失效报废，其中温度对电磁贮存时间越长，老化越严重，甚至失效报废，其中温度对电磁 继电器寿命的影响尤为明显，因而本试验装置采用温度为恒定继电器寿命的影响尤为明显，因而本试验装置采用温度为恒定 应力加速寿命试验的加速应力，即将测试样品放进一定温度，应力加速寿命试验的加速应力，即将测试样品放进一定温度， 丈量在此环境下的试验数据。丈量在此环境下的试验数据。 三、硬件设计三、硬件设计 电磁继电器寿命加速试验装置包括试验控制柜、负载、电磁继电器寿命加速试验装置包括试验控制柜、负载、 自动调温箱自动调温箱( (提供加速应力提供加速应力)3)3 部分，其中控制柜由工控机、部分，其中控制柜由工控机、 数据采集控制电路、线圈驱动电路组成，是设计的主要内容。数据采集控制电路、线圈驱动电路组成，是设计的主要内容。 硬件电路结构框图硬件电路结构框图 如图如图 1 1 所示。所示。 数据采集控制电路主要包括译码电路、数据采集电路及数据采集控制电路主要包括译码电路、数据采集电路及 比较电压给定电路。工控机通过地址总线将地址传给译码器进比较电压给定电路。工控机通过地址总线将地址传给译码器进 行译码，译码电路选定该地址所对应的芯片，以便对其进行读行译码，译码电路选定该地址所对应的芯片，以便对其进行读 写操纵。数据采集电路的工作原理是测试样品触头电压与比较写操纵。数据采集电路的工作原理是测试样品触头电压与比较 电压，通过电压比较器进行比较，将得到的触头状态经光电耦电压，通过电压比较器进行比较，将得到的触头状态经光电耦 合器传送给触头状态寄存器。当执行合器传送给触头状态寄存器。当执行“读读”检测数据的操纵时，检测数据的操纵时， 寄存器中的数据通过缓冲器传到数据总线上寄存器中的数据通过缓冲器传到数据总线上; ;同时用数据采集卡同时用数据采集卡 采集触头上实际电压值，送至工控机进行存储显示。比较电压采集触头上实际电压值，送至工控机进行存储显示。比较电压 给定电路的工作原理是通过译码电路选定锁存器，进行给定电路的工作原理是通过译码电路选定锁存器，进行“写写” 操纵，并将其输出的数字信号经光电耦合器送给操纵，并将其输出的数字信号经光电耦合器送给 D/AD/A 转换器，转换器， 以产生试验所需的比较电压。以产生试验所需的比较电压。 变频器维修培训班 线圈驱动电路通过控制工控机的输出来控制电磁继电器线线圈驱动电路通过控制工控机的输出来控制电磁继电器线 圈的通断电操纵，使其能闭合或断开，以模拟正常的工作状态。圈的通断电操纵，使其能闭合或断开，以模拟正常的工作状态。 该部分电路由直流电源、固态继电器及电磁继电器线圈组成，该部分电路由直流电源、固态继电器及电磁继电器线圈组成， 其中直流电源提供加在线圈上的电信号，固态继电器控制加在其中直流电源提供加在线圈上的电信号，固态继电器控制加在 电磁继电器线圈上的直流电源的通断。当某一测试样品失效后，电磁继电器线圈上的直流电源的通断。当某一测试样品失效后， 需要立即停止对该测试样品的操纵，这时只要不给固态继电器需要立即停止对该测试样品的操纵，这时只要不给固态继电器 控制信号即可实现。假如在以后的试验过程中一直不给固态继控制信号即可实现。假如在以后的试验过程中一直不给固态继 电器电信号，那么该试验样品将不会再动作，从而实现了对失电器电信号，那么该试验样品将不会再动作，从而实现了对失 效试验样品的屏蔽。效试验样品的屏蔽。 四、应用软件模块设计四、应用软件模块设计 随着计算机多媒体技术及图形、图像技术的蓬勃发展，随着计算机多媒体技术及图形、图像技术的蓬勃发展， 可视化编程得到了广泛的重视，越来越多的计算机专业职员和可视化编程得到了广泛的重视，越来越多的计算机专业职员和 非专业职员都开始研究并应用可视化技术。要支持可视化编程，非专业职员都开始研究并应用可视化技术。要支持可视化编程， 通常需要相应的可视化开发环境，通常需要相应的可视化开发环境，VisualVisual C+C+就是就是 Mi-crosoftMi-crosoft 公司推出的支持可视化编程的集成开发环境。它是在多年使用、公司推出的支持可视化编程的集成开发环境。它是在多年使用、 精益求精的基础上推出的用于支持精益求精的基础上推出的用于支持 WinWin 9595 以上平台应用程序以上平台应用程序 (Applica-tion)(Applica-tion)、服务、服务(Service)(Service)、控件、控件(Control)(Control)的开发环境，的开发环境， 能够提供功能强大的向导工具能够提供功能强大的向导工具(MFC(MFC AppApp Wi-zardWi-zard、ClassClass Wizard)Wizard)，支持多线程应用程序开发，能够直接嵌套汇编语言控，支持多线程应用程序开发，能够直接嵌套汇编语言控 制硬件，并能方便地对地质及端口进行操纵，且执行速度快。制硬件，并能方便地对地质及端口进行操纵，且执行速度快。 本试验系统利用本试验系统利用 VisualVisual C+6.0C+6.0 中的中的 MFCMFC 类库对用户界面进行类库对用户界面进行 开发。本系统应用软件由开发。本系统应用软件由 6 6 个功能模块组成：参数设置及初始个功能模块组成：参数设置及初始 化模块、信息显示模块、线圈通断电控制模块、数据采集模块、化模块、信息显示模块、线圈通断电控制模块、数据采集模块、 数据处理模块、失效判定及处理模块，其结构框图如图数据处理模块、失效判定及处理模块，其结构框图如图 2 2 所示。所示。 参数设置是在试验开始前，记录试验样品的型号等参数及参数设置是在试验开始前，记录试验样品的型号等参数及 测试职员信息、测试时间，为显示失效状况及打印相关内容做测试职员信息、测试时间，为显示失效状况及打印相关内容做 的预备。系统初始化主要是对线圈、触头进行对号，判定是否的预备。系统初始化主要是对线圈、触头进行对号，判定是否 有测试样品，由此确定是否驱动该路线圈有测试样品，由此确定是否驱动该路线圈; ;对号码进行记录，以对号码进行记录，以 便正确判定测试样品是否失效，并对数据进行处理便正确判定测试样品是否失效，并对数据进行处理; ;同时根据参同时根据参 数设置模块中提供的数据确定比较电压的数值。数设置模块中提供的数据确定比较电压的数值。 线圈通断电控制模块有两个功能：一是根据系统初始化时线圈通断电控制模块有两个功能：一是根据系统初始化时 得到的测试样品安装情况实现对侧试样品线圈通断电的控制，得到的测试样品安装情况实现对侧试样品线圈通断电的控制， 即给有测试样品的回路通电，没有测试样品的不通电，即完玉即给有测试样品的回路通电，没有测试样品的不通电，即完玉 成部测试样品线圈的通断电操纵控制成部测试样品线圈的通断电操纵控制; ;二是控制单个测试样品线二是控制单个测试样品线 圈的通断电操纵，主要对失效次数已达到规定的测试样品进行圈的通断电操纵，主要对失效次数已达到规定的测试样品进行 屏蔽。屏蔽。 信息显示模块将与试验相关的信息显示出来，实现实时检信息显示模块将与试验相关的信息显示出来，实现实时检 测，它包括触点状态显示、失效状态显示、测试样品信息显示、测，它包括触点状态显示、失效状态显示、测试样品信息显示、 测试人信息及测试日期显示。测试人信息及测试日期显示。 变频器维修培训班 数据处理模块包括分析处理数据数据处理模块包括分析处理数据( (采用一元线性回回分析、采用一元线性回回分析、 指数回回分析、加权指数回回分析、最小二乘法、灰色理论分指数回回分析、加权指数回回分析、最小二乘法、灰色理论分 析中的一种或几种对数据进行处理，推算出在正常应力条件下析中的一种或几种对数据进行处理，推算出在正常应力条件下 电磁继电器的寿命值电磁继电器的寿命值) )、存储试验结果及数据、打印测试样品参、存储试验结果及数据、打印测试样品参 数、试验结果及数据、丈量职员信息和丈量日期等。数、试验结果及数据、丈量职员信息和丈量日期等。 数据采集模块是系统的核心，实现系统的试验功能，即在数据采集模块是系统的核心，实现系统的试验功能，即在 试验过程中，采集触头的接触压降、触头断开电压、触头闭合试验过程中，采集触头的接触压降、触头断开电压、触头闭合 时间、触头断开时间等参数，为信息显示模块、失效及处理模时间、触头断开时间等参数，为信息显示模块、失效及处理模 块、数据处理模块提供必要的试验数据。失效判定及处理模块块、数据处理模块提供必要的试验数据。失效判定及处理模块 的功能是检测触头状态寄存器中的触头信息，并判定是否为失的功能是检测触头状态寄存器中的触头信息，并判定是否为失 效信息。即根据目前测试样品线圈的通断电状态及数据线上触效信息。即根据目前测试样品线圈的通断电状态及数据线上触 头间电压与比较信号电压比较后的输出电平的高低，判定本次头间电压与比较信号电压比较后的输出电平的高低，判定本次 试验操纵是否正常试验操纵是否正常; ;同时对发生的失效作出类型判定，记录失效同时对发生的失效作出类型判定，记录失效 的类型、失效时的时间的类型、失效时的时间( (也可是电磁继电器动作的次数也可是电磁继电器动作的次数) )、发生、发生 失效的测试样品编号、触头编号、该测试样品的失效次数。失效的测试样品编号、触头编号、该测试样品的失效次数。 五、结束语五、结束语 本文根据加速寿命试验的原理及影响电磁继电器寿命的环本文根据加速寿命试验的原理及影响电磁继电器寿命的环 境因素，以温度为加速试验的加速应力，采用恒定应力加速试境因素，以温度为加速试验的加速应力，采用恒定应力加速试 验方法，设计了电磁继电器加速寿命试验系统硬件电路，并用验方法，设计了电磁继电器加速寿命试验系统硬件电路，并用 VC+VC+ 6.06.0 开发出了相关的应用软件，从而为正确猜测电磁继电开发出了相关的应用软件，从而为正确猜测电磁继电 器寿命提供了快速、有效的试验系统。器寿命提供了快速、有效的试验系统。 附表：附表：1 1 合作经营协议书合作经营协议书 甲方： 乙方： 经甲乙双方友好协商，就中石油煤层气保德区块地面工程合作 经营事宜，自愿达成如下协议，以资信守： 一、合伙宗旨：共同合作、合法经营、利益共享、风险共担。 二、合作经营项目：中石油煤层气保德区块地面建设工