（机械制造及其自动化专业论文）基于dsp的电磁继电器综合参数检测仪设计.pdf

摘要 电磁继电器是工业生产中应用最广泛的元件之一，它是用较小电流控制较大 电流的一种自动开关，广泛应用于电子设备中。在电力系统中，继电保护被称为 电网安全运行的第一道防线。当电力系统本身发生了故障，危及电力系统安全运 行时，继电保护装置能够及时发出警告信号。通过对电磁继电器重要技术参数的 检测和分析，可方便准确地得出电磁继电器各项参数，从而客观、准确地评价所 测电磁继电器的质量和功能，这在电磁继电器生产和关键工业控制应用领域中 有着极其重要的意义。 针对目前市场上电磁继电器参数检测仪的现状，本文设计了一种基于数字信 号可编程处理器( d s p ：t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 ) 的电磁继电器综合参数检测仪。它可快 速准确地检测出电磁继电器的十余项参数值，具有体积小、便于携带、操作简单、 检测方便、无创；方便生产管理，平台易扩展等优点。本文主要完成了如下工作： 1 、提出电磁继电器参数检测仪系统总体设计方案。根据电磁继电器功能特 性确定检测参数、测量及分析处理方法；确定系统硬件开发平台，并进行操作系 统的选择。 2 ：参数检测模块的设计。在研究参数特性、参数检测目的及测量方法的基 础上，根据参数不同特性确定各参数的测量方法并最终确定该模块的整体设计方 案，然后以d s p 为核心，对该测量模块的软硬件进行设计。 3 、进行基于d s p 的系统开发，包括主程序编写、各参数检测子模块程序编 写、l c d 显示模块程序编写和串口通讯程序编写，并在c c s 3 3 环境下将程序仿 真烧写到目标板。 4 、基于v b 、面向用户的检测数据管理界面设计。在v i s u a lb 商c6 0 环境 下进行数据管理界面程序的开发及调试，最后将v b 连接和访问a c c e s s ，实现用 户数据管理系统。实现了数据储存、搜索和生成数据报表等生产管理功能。 5 、系统应用程序的设计，包括参数采集模块设计，串口通信程序的设计以 及参数检测算法设计等。 6 、完成整体系统的软硬件调试，包括参数检测模块的软硬件调试及标定、 串口通信的软硬件调试、参数检测和处理程序的调试以及v b 界面程序和数据库 访问的调试等。经过最终的整体调试，本系统基本实现了预期的功能。 关键词：t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 ；v is u a ib a s i c ：电磁继电器 a b s t r a c t 1 1 1 ee l e c t r o m a g n e t i cr e l a yi so n eo ft h em o s t 而d e l yu s e dc o m p o n e m si nt h e i n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ni sa na u t o m a t i cs w i t c ht oc o n t r o lal a r g e rc u r r e n t 埘ma s m a l l e rc u r r e n t ，w i d e l yu s e di ne l e c t r o n i ce q u i p m e n t i i lt h ep o w e rs y s t e m ，m er e l a y h 嬲b e e nc a l l e dt h ef i r s td e f e n s eo ft l l ep o w e r s a f eo p e r a t i o n w h e nt h ep o w e rs y s t e m i sf a u l 坝e n d a n g e m gm es a f eo p e 曲o no ft h ep o w e rs y s t e m ，m ep r o t e c t i o nd e v i c e c a i lb eaw a r i l i n gs i g n a l t h r o u g i lt h ed e t e c t i o na i l da 1 1 a l y s i so fi i i l p o r t a n tt e c l l l l i c a l p a r 锄e t e r so ft h ee l e c t r o m 孵1 e t i cr e l a y ，i tw i l l b ee a s i l y 觚( 1a c c u r a t e i yt 0d r a w 恤 e l e c 仃o m a g i l e t i cr e l a yo ft l l ep a r a m e t e r s ，i no r d e r t 0o b j e c t i v e l y 砌da c c u r a t e l y e v a l 吼t em eq u a l i t ) ，a n d c t i o no fe l e c t r o m a g n e t i cr e l a y ，恤e l e c t r o m a g l l e t i cr e l a y p r o d u c t i o nh a sa i le x t r e m e l yi m p o r r t a n ts i g l l m c a n c ei nm e f i e l do fi i l d u s t r i a lc o n n d l 印p l i c a t i o n s c o n s i d e r i n gt 1 1 es t a t u so fe l e c t r o m a g n e t i cr e l a yp a r a m e t e r sd e t e c t o ro np r e s e n t m a r k e t ，t 1 1 ee l e c t r o m a g n e t i cr e l a yo fc o m p r e h e n s i v ep a r a m e t e rd e t e c t o ri sd e s i g n e d b a s e do nm ed i g i t a ls i g n a l ，p r o 黟觚u 1 1 a b l ep r o c e s s o r ( d s p ：t m s 3 2 0 f 2 81 2 ) i tc a l l d e t e c tm o r et l l a n 10 p a r a m e t e r s o ft h ee l e c t r o m a g n e t i cr e l a yq u i c n y a r l d a c c u r a t e l y ，w i t ha d va l l _ t a g e so fs i m p l eo p e r a t i o n ，c o n v e n i e n c e ，n o n - i n v a s i v e ，c o n v e n i e n t p r o d u c t i o nm a l l a g e m e n ta n de x t e n s i b l ep l a t f o r n l 1 1 1 i sp a p e rc o m p l e t et h ef o l l o w i n g 、o r k ： 1 ap r o p o s e do v e r a l ld e s i g no f l cd e t e c t o ro fe l e c t r o m a g n e t i cr e l a yp a r 锄e t e r s d e t e c t i o np a r a m e t e r sb a s e do nt h ee l e c t r o m a g n e t i cr e l a yf e a t u r e s ，m e a s u r e m e n ta i l d a l l a l y s i sa p p r o a c h ；t od e t e n i l i n e t i l es y s t e m 胁d w a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o ma n d o p e r a t i n gs y s t e mo f c h o i c e 2 t h ed e t e c t i o nm o d u l ed e s i g no fp a r 锄e t e r s p a r 锄e t e rc h a r a c t e r i s t i c si nt h e s t u d y o nt h eb 撕so fp 钺吼e t r i ct e s t i n gp u 印o s e sa l l dm e t h o d so fm e a s u r e 】n e n t ，m e m e a s u r e m e n tm e t h o da c c o r d i n gt 0 l ep a r a r n e t e r s o fd i 街：r e n tc h a r a c t e r i s t i c st o d e t c m i n em ep a r 锄e t e r sa i l du l t i m a t e l yd e t c n n i n et h eo v e r a l ld e s i g i lo f 恤m o d u l e ， t l l e nt h ed s pa st h ec o r es o f h a r ea i l dh 刹w a r ed e s i g no ft l l em e a s u r e m e n tm o d u l e 3 s y s t e md e v e l o p m e n tb 嬲e do nd s p ，i n c l u d i n gt h em a i np r o g r a m ，p r o 掣a m m i n g o fp a r a m e t e r sd e t e c t i o ns u b m o d u l e ，l c dd i s p l a ym o d u l ep r o 伊锄m i n ga 1 1 ds e r i a l c o m m u n i c a t i o np r o g r a m m i n g ，s i m u l a t i o ni nc c s 3 3e n v i r 0 姗e n t 4 b 懿e do nv b ，u s e r - o r i e n t e dd e s i g no fd a t am a i l a g e m e n ti n t e r f a c e d e v e l o p m e n t 觚dd e b u g g i n go fu s e rd a t am a n a g e m e n ti m e r f a c ea n db u i l d i n gc o 衄e c t i o nb e t 、) 佗e n v ba i l da c c e s si n s u a lb 嬲i c6 0e n v i r 0 砌e n t c o m p l e t et h ef h c t i o no fp r o d u c t i o n m a i l a g e m e m ，d a 舾s t o r a g e ，d a 胁s e a r c h i n ga i l dr e p o r t sg e n e r a t i n g 5 c o m p l e t i n gm ed e s i g no fs y s t e m 印p l i c a t i o n ，i n c l u d i n gt h ed e s i g n t h e p 觚l i i l e t e r sa c q u i s i t i o nm o d u l e ，t h ed e s i 弘o ft h es e r i a lc o 删m u n i c a t i o np r o g r 锄i n g a n dp a r a m e t e rd e t e c t i o na l g o r i 岫 6 c o n l p l i n gm eh a r d 协日ea n ds o r w a r ed e b u g g i n go fo v e r a l ls y s t e m ，i n c l u d i n g t h eh a r d 、v a d ea n ds o r 、 勰 d e b u g g i n go fd e t e c t i o nm o d u l e s a n dp a r a m e t e r s c a l i b r a t i o n ，h 莉w a r ea n ds o 行w a r ed e b u g g i n go fs e r i a lc o m m u n i c a t i o n s ，肌d t h e v i s i t i n go fd a t i b a s ea c c e s so fv bi n 童e r f - a c e a f t e rt h ef i n a lo v e r a l ld e b u g g i n g ，t h e s y s t e mh 嬲b 邪i c a l l yr e a l i z e dt h ei n t e n d e d 劬c t i o n k e yw o r d s ：t m s 3 2 0 f 2 8 l2 ；t l l e s u a lb a s i c ；e l e c t r o m a g l l e t i cr e l a y - - j l 刖昌 相关机构的统计显示，我国继电器行业蕴藏巨大的市场潜力。2 0 0 8 年全国 工业用继电器市场容量约为l o 9 亿元，2 0 0 9 年工业用继电器市场容量达到1 1 6 亿元，继电器出口达3 8 0 0 多万美元，2 0 1 0 年，我国继电器销售额约为1 6 亿美 元。随着十大产业振兴政策的逐渐落实，专家预计，“十二五”期间，继电器的 需用量和应用领域将继续发展壮大，传统的机电式继电器将以约8 的速度增长， 固态继电器的发展速度将保持在1 5 左右，特种继电器则会以2 0 以上的速度 迅猛发展。 继电器的应用相当广泛。在电力系统中，当电力系统本身发生了故障，危及 电力系统安全运行时，继电保护装置能够及时发出警告信号，或者直接向所控制 的断路器发出跳闸命令，以终止故障的发展，最大限度地减少对电力系统元件本 身的损坏，还可以满足电力系统的某些特定要求。所以，继电保护被称为电网安 全运行的第一道防线。但是，电力保护控制的安全性与快速性难以兼顾，一直是 威胁电网安全的世界性难题。美国曾经发生的两次大面积停电事故就是由继电器 引发的；在我国，上世纪9 0 年代以前，一半以上的停电事故也都是由于继电保 护缺陷而导致的。 中国即将成为世界上继电器最大的生产基地，目前国内继电器参数自动测试 仪种类不多，价格较贵，满足不了市场需求。本系统是对继电器多参数集总式测 试，可以大幅度地节约成本，具有一定的经济价值和市场前。 第一章概述 本章立足电磁继电器的定义、分类和功能特性，研究和总结了电磁继电器 常见的检测参数和常规检测方法。在考虑实际生产需求和问题的基础上，提出 了本设计的目的和意义。 1 1电磁继电器功能特性 1 继电器的定义 在中华人民共和国国家标准( g b ) 中，继电器被定义为：当输入量( 或激 励量：电、磁、声、光、热) 满足某些规定的标准时，能在一个或多个电气输 出电路中产生预定跃变的一种器件( g b 2 9 0 0 1 7 ) 。 继电器实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关 。在电路 中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 继电器是一种根据外界特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。继电 器既有感应元件，又有执行元件。当感应元件中的输入量变化到一定阈值，执 行元件就动作使控制回路接通或断开。感应元件的输入量可以是电流、电压、 温度和压力等。i l l 【2 l 【3 】 2 继电器的分类 继电器的分类方法较多，可以按作用原理、外形尺寸、触点负载、防护特 征、触点形式、产品用途等分类。 按输入信号的性质分有：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继 电器、速度继电器、压力继电器、光继电器等； 按工作原理分有：电磁式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电 器等：按输出形式分有：有触点继电器和无触点继电器两类； 按用途分有：控制用继电器、保护用继电器等。 综合考虑继电器的工作原理和结构特征，进行基本划分，有以下分类： 基于d s p 的电磁继电器综合参数检测仪设计 ( 1 ) 电磁继电器：利用输入电路内点路在电磁铁铁芯与衔铁间产生的吸力 作用而工作的一种电气继电器。 ( 2 ) 固体继电器：指电子元件履行其功能而无机械运动构件的，输入和输 出隔离的一种继电器。 ( 3 ) 温度继电器：当外界温度达到给定值时而动作的继电器。 ( 4 ) 舌簧继电器：利用密封在管内，具有触电簧片和衔铁磁路双重作用的 舌簧的动作来开，闭或转换线路的继电器。 ( 5 ) 时间继电器：当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规 定的时间才闭合或断开其被控线路的继电器。 ( 6 ) 高频继电器：用于切换高频，射频线路而具有最小损耗的继电器。 ( 7 ) 极化继电器：有极化磁场与控制电流通过控制线圈所产生的磁场综合 作用而动作的继电器。继电器的动作方向取决于控制线圈中流过的电流方向。 ( 8 ) 其他类型的继电器：如光继电器声继电器，热继电器，仪表式继电器， 霍尔效应继电器，差动继电器等。【4 1 【5 l 【6 l 【7 】1 8 】 在以上继电器中，电磁继电器是本设计研究的主要对象，电磁继电器又细分 为直流电磁继电器、交流电磁继电器和磁保持继电器等。 直流电磁继电器：输入电路中的控制电流为直流的电磁继电器。 交流电磁继电器：输入电路中的控制电流为交流的电磁继电器。 磁保持继电器：利用永久磁铁或具有很高剩磁特性的铁芯，是电磁继电器的 衔铁在其线圈断点后仍能保持在线圈通电时的位置上的继电器。2 继电器的特性 ( 1 ) 继电器的主要特性是输入输出特性，又称继电特性，继电特性曲线如 图1 2 所示。 ( 2 ) 当继电器输入量x 由零增至x 2 以前，继电器输出量y 为零；当输入 量x 增加到x 2 时，继电器吸合，输出量为y 1 ；若x 继续增大，y 保持不变； 当x 减小到x 1 时，继电器释放，输出量由y l 变为零；若x 继续减小，y 值均 为零。 ( 4 ) 图1 1 中，x 2 称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入量必须等于 或大于x2 ；x l 称为继电器释放值，欲使继电器释放，输入量必须等于或小于x 1 。 2 第一章概述 ( 5 ) k f = x 1 x 2 称为继电器的返回系数，它是继电器重要参数之一。k f 值是可以调节的。 ( 6 ) 一般继电器要求低的返回系数，k f 值应在o 1 o 4 之间，这样当继电 器吸合后，输入量波动时不致引起误动作； 图1 1 继电特性曲线 ( 6 ) 欠电压继电器则要求高的返回系数，k f 值在0 6 以上。例如：某继电 器返回系数k f = 0 6 6 ，吸合电压为额定电压的9 0 ，则电压低于额定电压的5 0 时，继电器释放，起到欠电压保护作用。 ( 7 ) 另一个重要参数是吸合时间和释放时间。吸合时间是指从线圈接受电 信号到衔铁完全吸合所需的时间；释放时间是指从线圈失电到衔铁完全释放所需 的时问。 ( 8 ) 一般继电器的吸合时间与释放时间为o 0 5 0 1 5 s ，快速继电器为 0 0 0 5 0 0 5 s ，它的大小影响继电器的操作频率。【9 1 【l o 】【l l l 3 电磁继电器特点及其应用 相对其他继电器来说，电磁继电器的结构比较复杂，它不但有电路、磁路， 而且还有可动的精密机械部件，所以，其可靠性更需要严密的保障，出厂质量也 更需要严格把关。 电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统( 又称输入回路) 和被控 3 基于d s p 的电磁继电器综合参数检测仪设计 制系统( 又称输出回路) ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电 流。较低的电压去控制较大电流。较高的电压的一种“自动开关 。故在电路中 起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 需翅静触点 图1 2 电磁继电器结构图 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两 端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会 在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与 静触点( 常开触点) 吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在 弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点( 常闭触点) 吸合。 这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。 l 图1 - 3 电磁式继电器原理图 1 铁心2 旋转棱角3 释放弹簧4 调节螺母5 衔铁 6 动触点7 静触点8 非磁性垫片9 一线圈 4 第一章概述 对于继电器的“常开、常闭触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时 处于断开状态的静触点，称为“常开触点 ；处于接通状态的静触点称为“常闭 触点”。一个动触点同时与一个静触点常闭而与另一个静触点常开，就称它们为 “转换接点”。在同一个继电器中，可以具有一对或数对常开触点或常闭触点( 两 者也可同时具有) ，也可具有一组或数组转换触点。【1 2 】【”】【】 在各种自动设备中，继电器用一个低电压电路提控制一个高电压的电器电 路。电磁继电器通过电磁作用起到隔离强电弱电的，接通关断线路的作用，这样 不仅可以为电子线路和电器电路提供良好的电隔离，还可以保护电子电路和人员 安全。因此，电磁继电器广泛用于通讯线路，机床线路，自动控制线路，家用 电器线路，汽车电器线路，遥控、遥测、机电一体化及电力电子设备中。 电磁继电器运用了3 个物理原理： ( 1 ) 电流的磁效应 ( 2 ) 磁体对铁一类物质的力的作用 ( 3 ) 弹簧的弹性势能 在各种各样的继电器中，电磁继电器的使用十分广泛。电磁继电器广泛用于 现场低电压继电器及联锁回路、过电流保护、保护动作延时、接点容量、接点的 扩展、报警信号等回路等。电磁继电器对继电继电器系统功能的实现，有着不可 或缺的作用。 电磁继电器常用于以下领域： ( 1 ) 汽车领域 比较常见的继电器有：启动电动机的启动继电器、嗽叭继电器、电动机或发 电机断路继电器、充电电压和电流调节继电器、转变信号闪光继电器、灯光亮度 控制继电器以及空调控制继电器、推拉门自动开闭控制继电器；玻璃窗升降控制 继电器。 ( 2 ) 家用电器 空调继电器主要用于控制压缩机电动机、风扇电动机和冷却泵电动机，以执 行相关的控制功能。 ( 3 ) 工业控制继电器 主要的控制功能由通用交流继电器完成。通常由按纽或限位开关驱动继电 基于d s p 的电磁继电器综合参数检测仪设计 器。继电器的触点可以控制电磁阀、较大的启动电机以及指示灯。 1 2综合参数及其常用检测方法 本设计的检测内容为电磁继电器的综合参数。综合参数指标是指影响电磁继 电器的质量和功能的关键指标。常见的检测参数有机械物理参数，电气参数和时 间参数。 机械物理参数：触点压力、触点间隙、触点跟踪、复原簧片压力、衔铁动程、 止钉高度等项机械参数。电气参数：包括绕组电阻、触点电接电阻、吸合电流( 电 压) 、额定工作电流( 电压) 、释放电流( 电压) 、额定触点负荷、绝缘电阻、触 点与触点之间的耐电压、触点与线圈之间的耐电压、抗电强度等电气参数。保证 继电器在规定使用条件下，可靠正常地工作，准确地反应和传速信号。时间参 数：在控制线路中往往提出继电器吸合和释放时间的要求，还有衔铁转换、触点 抖动、脉冲失真等时间参数要求。寿命及失效率指标要求：继电器在规定的试验 环境条件和触点负载下，( 这个负载常常规定为阻性负载) 在规定的动作次数内 以及负载的切换频率，失误次数应不超过产品规定的要求。【1 5 1 【1 6 】【1 7 1 本应用针对电磁继电器生产厂商对电磁继电器进行出厂合格检测。由于日常 生产检测中，机械参数检测方式相对传统，检测工具和方法均比较容易，寿命及 失效率指标不作为经常性测量，因此本综合参数检测仪仅针对电气参数和时间参 数进行智能型检测，不涉此外其他类参数测量。 电气参数是为保证继电器在规定的条件下使用时可靠的工作。时间参数大小 影响着继电器的操作效率，而且它直接影响继电器的燃弧及触点寿命。检测时间 参数的目的是检查继电器在线圈施加或切除额定电压时的动作、释放、回跳及稳 定时间，这些参数对继电器通过额定负载是很重要的。下面分别就常进行检测的 电磁继电器的电气参数和时间参数简要介绍： 1 电磁继电器电气参数及其特点 ( 1 ) 额定工作电压 额定工作电压是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号 不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。 ( 2 ) 直流电阻 6 第一章概述 直流电阻是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。 ( 3 ) 线圈电阻 是指继电器中线圈的直流电阻，从线圈引出脚两端测得的电阻值。一般定义 在2 0 摄氏度的时测量的结果，该值和温度正相关。 ( 4 ) 接触电阻 是指继电器中接点接触后的电阻值，可以通过万用表测量。对于许多继电器 来说，接触电阻无穷大或者不稳定是最大的问题。 ( 5 ) 触点电阻 这个电阻包括触点结合在一起，端子还有弹簧的电阻。 ( 5 ) 吸合电压 继电器的所有触点从释放状态到达工作状态时所需线圈电压的最小值。通用 继电器一般规定为7 5 8 0 额定电压( 从小到大测试) 。 ( 6 ) 释放电压 继电器的所有触点从吸合状态恢复至释放状态时线圈电压的最大值。通用继 电器一般规定为5 l0 额定电压( 从大到小测试) 。f 墙j 【挎1 f 2 0 j 2 电磁继电器时间参数及其特点 ( 1 ) 吸合( 动作) 时间 处于释放状态( 初始状态) 的继电器，在规定的条件下，从施加输入激励量 规定值的瞬间起到继电器切换的瞬间止的时间间隔。简单来说，从最初线圈开始 上电到触点开始闭合的时间。( 不含吸合回跳时间，即不包括触点反弹) ( 2 ) 释放时间 处于动作状态( 终止状态) 的继电器，在规定的条件下，从断开输入激励量 规定值的瞬间起到继电器切换的瞬间止的时间间隔。简单来说，是最初的线圈掉 电到最后触点断开的时间( 不含释放回跳时间，即不包括触点反弹) 。 图1 - 4 吸合( 动作) 时间 反弹时间 i 一童缫：童：毒j 争： 。! “j 褫乏二囊：i ：羔：未：曩：j l - i i 卜 f ；j i 譬! ： ：一： 仁：。一二。：，。， ! o 至 ； ： 一y 一 - ；：。 ；。：。三；。 l i 害； ： l ；j ； ； ；7 善；一；一。；r ；71 _ 1 j 图1 - 5 释放( 动作) 时闯 ( 3 ) 回跳时间 细曲? 三兰兰闭合其电路的触点，从触点电路第一次闭合的瞬间起至触点电路最 终闭合的瞬间止的时间问隔。_ 一 下，和呈竺继 ? 的常见的检测参数也可以分为线圈参数和触点参数，其中，额定 工作电压、吸合电压、释放电压、线圈电阻等是线圈参数；触点电阻；二；二箸 8 第一章概述 参数。 针对不同的检测参数通常有不同的检测方法，下面对最广泛使用的检测方法 进行简要综述： 电压电流法和电桥法( 2 i 】 线圈电阻的测量通常用电压电流法和电桥法。用电压电流法测量时，应尽 量避免或减小电压表、电流表内阻的影响，测试过程要尽量短，这样可以减少线 圈的发热量，避免线圈温升导致测量值误差。 测试数值r a 应换算成基准温度( 一般为2 0 ) 下的值，换算公式为： 黜【_ r o 1 + a ( t a - 2 0 ) 】 式中：t a 为环境温度( ) 0 【为电阻温度系数( 铜导线的温度系数是0 0 0 4 ) 电压电流法( 四端法) 【2 2 】【2 3 】 测量动断触点接触电阻时继电器处于不激励状态；测量动合触点接触电阻时 继电器处于额定激励状态。接触电阻的测量一般采用电压电流法( 四端法) 。测 量时，加到触点上的负载应符合产品标准的规定。 “四端法”测量的原理是：在一对闭合触点的引出端加上规定值的恒定电流， 测量两触点引出端的电压值，通过运算放大后换算成电阻值指示出来，其原理就 是电流电压法测电阻原理。由于在测量时需分别连接二条恒流供电线和二条电压 检测线，所以通常把这种测量方法叫做“四线测量法 简称“四端法”。线圈电 阻测试接线图：设定a 1 、a 2 为恒流供电线；设定b 1 、b 2 为电压检测线。 测试部位在引出端离其根部4 m m 之内。负载应在触点达稳定闭合之后施加， 触点断开之前切除。 9 基于d s p 的电磁继电器综合参数检测仪设计 a 1 b ，_ 吆t o a 2 两端法 o b 1 a 1 四端法 。 图1 6 线圈电阻测试接线图 表1 1 继电器国标规定测量接触电阻( 或压降) 的负载大小 应用类别测试负载( 阻性) c a 03 0 m v，1 0 m a1 0 m a 3 0 m v c a l 3 0 m v 6 0 v ，0 o l o 1 a1 0 m a 1 0 0 m v c a 2 5 2 5 0 v ，0 1 1 0 a1 0 0 m 【a 2 4 v c a 3 5 6 0 0 v ，o 1 1 0 0 al a 2 4 v 注：含多种应用类别时，应以最低的应用类别的要求为准 同步示波器法测量【2 4 1 时间参数的测量电路如图示所示，也可以用其他合适的电子仪器、仪表代 替，但触点负载应为阻性，测动作、释放及回跳时间用1 0 i n a 6 v ( 阻性负载) ， 测稳定时间负载为5 0 | la 5 0 m v ( 阻性负载) 。仪器的分辩率为1 | is 。测量 动作时间应以额定工作电压的下限激励，测量释放时间应从额定工作电压的上限 切除。【2 5 1 2b 第一章概述 控 接至示波器触发嚣常开曼赢 叫i i l l 哂磊蔌= 负蛾电阻 常闭触赢 舞动阍步示敬嚣 ( 垂直镰转) 测t 触点网跳时， 接至示被器触发嚣 紧 ：二；二二二：二： 阻所呈现的接触压睁 i 勃嚣# 一i 一乙：= 的 艟赢回l 举时阃l界限线 l 烛点稳定时间 图1 7 测量动作和释放时间及触点回跳时间的典型电路和典型波形图 1 3本设计的目的和意义 电磁继电器是可靠性最差、失效率最高的电子元件之一。可靠性低的原因在 于我国的电磁继电器在其生产过程中大多工艺落后，很多生产工序是采用手工操 作，所用的很多材料质量也不过关，使得继电器的质量一致性水平得不到保证。 另一方面由于缺乏先进的检测手段，无法有效剔除那些存在内在缺陷和质量隐患 的产品。而电磁继电器却应用于工业控制的重要场合，一旦失效，就会对工业生 产带来严重后果。参数测试对找出继电器失效的原因有很大的帮助。 市场上常见的便携式电磁继电器综合参数检测仪大多以单片机为核心控制 器，功能扩展和运算速度都相对较弱，有一些高端的生产线实时在线检测仪价格 又比较贵。本系统希望设计一种既能便携检测，经济实惠，又方便生产管理的电 磁继电器参数检测仪，对参数进行检测，显示参数；生产人员能及时检测参数； 管理人员能对参数进行统计，检测，生成质量报表等。本设计目标检测仪性能要 求需要满足继电器生产企业实际需求。 依以往的检测试验和工厂实际需求综合考量，本文的检测内容主要为电气参 数和时间参数。分别为：检测电磁继电器的线圈电阻、接触电阻、额定电压、感 基于d s p 的电磁继电器综合参数检测仪设计 动和开放电压、二次吸合电压、感动和开放时间、感动和吸合回跳、同步时间差 等十个参数。达到国家和企业规定的合格电磁继电器的参数标准和实际应用所要 求的精度。 设计方法：本设计以数字信号可编程处理器( d s p ) 为系统控制核心，设计 了键盘输入，参数检测，l c d 数据显示，加、d a 转化等功能模块，并拓展 上位机模块，负责接收和集中显示下位机实时检测和传输的参数。 设计特点：对电磁继电器的工作原理和应用范围进行分析，根据继电器的主 要参数：吸合释放电压、吸合释放时间、触点电阻和线圈电阻测试原理，设计 一种基于d s p 的智能继电器参数测试系统。对于不同的测试参数，该系统可以 通过自动进行模块切换。针对不同的参数测试，该系统分别设置了各自的测试流 程，并结合软硬件实现各参数的测试过程。 本研究的主要工作有： 1 、电磁继电器参数原理、测量及分析处理方法，以及市场现有产品现状， 在此基础上提出系统总体设计方案。 2 、核心开发系统和核心控制方案设计。 3 、根据参数不同特性确定各参数的测量方法并最终确定该模块的整体设计 方案，对该测量模块的软硬件进行设计。 4 、面向用户的检测数据管理界面设计。实现用户数据管理系统。实现了数 据储存、搜索和生成数据报表等生产管理功能。 5 、系统应用程序的设计。 6 、完成整体系统的软硬件调试。 第二章电磁继电器综合参数检测仪整体设计方案 本章根据检测仪的设计要求，选择参数检测的方法，最终提出了检测仪的总 体结构方案。 2 1检测仪设计要求 检测所依据的标准为g b t 1 0 2 3 2 9 4i e c 2 5 5 7 电气继电器第7 部分：有或 无机电继电器测试程序中的产品企业标准。试验的标准条件为：温度：1 5 3 5 ； 相对湿度：2 5 7 5 ；大气压力：8 6 1 0 6 k p a 。当继电器处于超出标准条件下 测试时，继电器的技术指标将可能会发生偏差。 继电器试验分为型式试验、定期试验和出厂试验。继电器的吸合释放电压、 吸合释放时间、线圈电阻、触点电阻都属于常规出厂试验。出厂抽样试验的合 格准则和复试规则应按g b 2 8 2 8 和g b 2 8 2 9 的有关规定进行。【2 6 】【2 7 l 根据继电器的原件结构和生产商检测需求，对参数的测试范围和精度提出以 下要求： ( 1 ) 线圈电阻大小范围：3 8 k 欧姆，精度为2 。 ( 2 ) 两次吸合释放电压：旺5 0 v ，精度为2 。 ( 3 ) 触点电阻范围：旺5 0 0 m 欧姆，精度5 。 ( 4 ) 吸合释放时间：o - - 6 5 m s 。 2 2参数检测方案选择 1 参数检测方法 所有电磁继电器需检测的参数中，按物理量划分有以下三类：电阻类参数、 电压类参数和时间类参数。 电阻类参数包括：线圈电阻和接触电阻 电压类参数包括：吸合电压和释放电压； 时间类参数包括：吸合时间、释放时间、回跳时间和同步时间差。 下面针对每一类参数的检测方法进行分析。 基于d s p 的电磁继电器综合参数检测仪设计 ( 1 ) 电阻类参数 线圈电阻：它是指线圈的电阻值大小。如果知道了继电器的额定工作电压 和线圈电阻，便可根据欧姆定律求出继电器的额定工作电流。线圈触点( 先常 闭后常开) 压降a d 输入单片机计算机除法r _ u i ；r 在上下限电阻值内则 为合格。 电磁继电器的线圈电阻阻值范围通常在零至几千欧姆不等。采用1 m a 或 l o i i a 的恒流源作为检测信号。线圈电阻在0 5 0 0 欧范围内的电磁继电器继电器 选择1 0 l l 认的恒流源作为检测信号，线圈电阻在5 0 0 3 0 0 0 欧范围内的电磁继电 器继电器选择1 m a 的恒流源信号作为检测信号。恒流源信号通过继电器线圈两 端，线圈两端产生一个压降，将此电压信号送入加转换器量化测量，可以得 到线圈两端电压值。根据欧姆定律，线圈电阻即所测得的电压值除以恒流信号数 值。 图2 1 电阻参数检测伏安法原理 接触电阻：接触电阻是电流流过闭合的接触点对时的电阻。在规定的测量条 件下测量得到一对闭合触点间的电阻值，可以通过万用表测量。接触电阻一般为 毫欧级。测量条件可以根据触点应用类别分不同级别。在相关国标实验规定中， 要求测试信号不超过1 0 0 m a 。因此本设计中，采用1 0 0 n a 恒流源，超出设定 的上限值即为不合格，只显示最大一组数据。超出设定的上限值即为不合格。接 触电阻一般非常小，其范围在微欧姆到几个欧姆之间。根据器件的类型和应用的 第二章电磁继电器综合参数检测仪整体设计方案 情况，测量的方法可能会有所不同。实验室常见的5 v 、9 v 电磁继电器接触电阻 阻值在0 2 0 0 微欧姆之间。 图2 2 触点电阻测试示意图 综合分析接触电阻的特性后，选用干电路( d qc i r c u i t ) 测试方法对接触电 阻进行测试。 通常，接触电阻测试的目的是确定接触点氧化或其它表面薄膜积累是否增加 了被测器件的电阻。即使在极短的时间内器件两端的电压过高，也会破坏这种氧 化层或薄膜，从而破坏测试的有效性。击穿薄膜所需要的电压电平通常在3 0 m v 到1 0 0 m v 的范围内。 在测试时流过接点的电流过大也能使接触区域发生细微的物理变化。电流产 生的热量能够使接触点及其周围区域变软或熔解。结果，接点面积增大并导致其 电阻降低。 为了避免这类问题，通常采用干电路的方法来进行接点电阻测试。干电路就 是将其电压和电流限制到不能引起接触结点的物理和电学状态发生变化电平的 电路。这就意味着其开路电压为2 0 m v 或更低，短路电流为1 0 0 l n a 或更低。( 国 标规定) 由于所使用的测试电流很低，所以就需要高精度的检测手段，测量的信号值 为在微伏范围的电压降。由于其它的测试方法可能会引起接点发生物理或电学的 变化，所以对器件的干电路测量应当在进行其它的电学测试之前进行。 本设计的检测方法是：将1 0 m a 的恒流源通过接触电阻，产生一个微伏级的 基于d s p 的电磁继电器综合参数检测仪设计 压降，这个压降信号通放大送人a d 转换器量化检测数值。数值测出后，根据 欧姆定律，接触电阻等于电压值除以电流值，即得到了继电器的接触电阻。 ( 2 ) 电压类参数 吸合电压和释放电压：电磁继电器的吸合电压和释放电压是电磁继电器动作 时刻的特定参数值，因此采集这一参数，需要动态观测电磁继电器线圈两端电压 变化与继电器触点动作的配合度。通过两者的关联变化测得吸合和释放电压。 检测方法如下：检测触点在规定的电压范围内能否正常地动作。测试信号为 通过编程，先后送出不感动( 吸合下限) 、感动( 吸合上限) 、额定、不开放释放 ( 上限) 和开放电压( 释放下限。动作正常则感动和开放电压在设定范围内。若 有精测要求，从低于下限的某个值开始送出上升的梯波电压继电器吸合时电压 为吸合电压；从额定电压开始送出下降的梯波电压继电器释放时的电压为释放 电压。判定所测的吸合和释放电压在极限范围内。 基于d s p 可以通过d a 数模转换器，将控制信号，即数字信号输出转换为 电压信号。因此可以实现在d s p 中设置一梯波信号，控制d a 数模转换器实时 产生梯波电压。另外，通过d s p 的i o 端口和继电器触点连接，可以通过d s p 终端观测i o 值变化，即电磁继电器动作的状态。当梯波电压通过电磁继电器线 圈两端，电压逐步上升，在继电器动作的某一时刻，记录梯波信号该时刻的电压 值，就能得到吸合电压和释放电压。 ( 3 ) 时间类参数 图2 3 时间参数脉冲特点 1 6 第二章电磁继电器综合参数检测仪整体设计方案 1 感动时间：测试方法 l；测试信号为d s p 信号跳变采集与定时器 计时。与设定值比较，超差则不合格。精测时只显示最大值。 感动回跳时间：在测试中，以美军规范m i l r 3 9 0 1 6 c 中有关规定为依据， 对任何等于或大子开路电压的9 0 、脉冲等于或大于1 0s 的情况，则认为是 一种回跳。测试方法厂 厂厂；测试信号为d s p 信号 跳变采集与定时器计时。与设定值比较，超差则不合格。精测时只显示最大值。 释放时间：测试方法 l；测试信号为d s p 信号跳变采集 与定时器计时。与设定值比较，超差则不合格。精测时只显示最大值。 释放回跳时间：测试方法 厂 r ；测试信号为d s p 信号跳变采集与定时器计时。与设定值比较，超差则不合格。精测时只显示最大 值。 同步时间差：从线圈加电开始测出每个触点感动时间和感动回跳时间，计算 各组触点的时间参数差值( 取最大值) 从线圈断电开始测出的每个触点释放时间 和释放回跳时间，计算各组触点时问参数的差值( 取最大值) 。测试信号为d s p 信号跳变采集与定时器计时。与设定值比较，超差则不合格。精测时只显示最大 值。 2 检测设计方案 数据采集模块将采集到的电压信号，包括线恒流源通过圈电阻和触点产生的 压降，送入转换器将模拟量转换成数字量，送到d s p 进行处理。触点接触产生 的压降由于是微伏级别的压降，需经放大器放大后再送入a d 转换器进行转换。 d s p 通过控制d a ，对常开状态的电磁继电器，从低于下限的某个值开始送 出上升的梯波电压，继电器吸合时在d s p 的i o 口产生信号变化，记录梯波电压 此时的电压值，为吸合电压；此时，常开电磁继电器处于吸合状态，从额定电压 开始送出下降的梯波电压，继电器释放时在d s p 的i o 口产生信号变化，继电器 释放时刻的梯波电压值为电磁继电器释放电压。判定所测的吸合和释放电压在极 限范围内，可知电磁继电器是否合格 时间参数的采集原理是d s p 信号采集与定时器中断计时。将从继电器触点 1 7 基于d s p 的电磁继电器综合参数检测仪设计 引出的检测线路接到d s p 的i o 口。继电器通电或断电会使触点动作，此时处于 同一个