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Prüfadapter für Relaisbaugruppen - Beschreibung
Der Prüfadapter wurde entwickelt um Relaiskontakte in Relaisstellwerken
zu bewerten. Ziel war es, feststellen zu können, wie stark abgenutzt die
Relaiskontakte in Relaisbaugruppen sind.
Die Herausforderung bei diesem Projekt war, eine Möglichkeit zu finden,
wie das Alter bzw. die Vorschädigung von Relaiskontakten möglichst genau
gemessen werden kann.
Die Herausforderung in diesem Entwicklungsprojekt war, dass die Relaiskontakte nicht ohne
mechanische Beschädigung des Relais-Gehäuses, einer optischen Prüfung
unterzogen werden konnten. Daher musste eine Möglichkeit gefunden
werden, über die bestehenden Schnittstellen der Baugruppe, die Kontakte
zu prüfen und möglichst exakt zu beurteilen. Hierzu musste ein Prüfadapter entwickelt werden, der die
Relais einzeln ansteuert und die Relaiskontakte elektronisch misst und bewertet.
Nachdem uns seitens des Kunden zwei defekte Baugruppen zur Verfügung
gestellt wurden, konnte relativ schnell eine Messmethode gefunden
werden, mit der man sehr exakt die guten Kontakte von den schlechten
unterscheiden kann. Dabei half auch die Dokumentation des verbauten
Relais, die klar definiert, dass neue Relais einen Kontakt
Übergangswiderstand von weniger als 30 mOhm (0,03 Ohm) besitzen
müssen. Bei den zur Verfügung gestellten Baugruppen wurden aber nur
wenige Relaiskontakte gefunden, die im angezogenen Zustand unter dieser
Herstellerangabe des Relaisherstellers waren. Am Ende dieser Seite sehen
Sie ein Protokoll einer der Testbaugruppen, die Widerstandswerte
zwischen nahe 0 Ohm und und unendlich liefert.
Beim Messen der defekten Musterleiterplatte fanden sich Kontakt
Übergangswiderstände zwischen annähernd 0 Ohm und unendlich. Damit war
schnell klar, dass der Prüfadapter eine sehr genaue Widerstandsmessung
durchführen muss.
Aus diesen Erkenntnissen entstand der Prüfadapter, der in den
nachfolgenden Bildern und Texten beschrieben ist.
Prüfadapter für Relaisbaugruppen - Ausblick
Der Prüfadapter ist zur Zeit ganz speziell auf die Anforderungen einer
speziellen Baugruppe, eines Herstellers zugeschnitten, kann aber auf
Wunsch für jedes andere Relais und auch für jede andere Baugruppe erweitert werden.
Der Prüfadapter wurde in der Zwischenzeit an Dutzenden Baugruppen
getestet und findet sehr exakt, zuverlässig und auch reproduzierbar, die
defekten Kontakte in den Relaisbaugruppen.
Die erwartete Funktion des Prüfadapters konnte in der Zwischenzeit in
unzähligen Tests bestätigt werden. Für die Kalibrierung des Prüfadapters
wurde eine eigene Baugruppe entwickelt, mit der wir die Verkabelung des
F-Stecker-Anschlußkabels und der internen Widerstandssensoren exakt
justieren können.
Die Software im Prüfadapter ist so weit ausgereift, dass sie auch bei
Widerholung der Messung immer wieder die gleichen Messwerte
liefert.
Prüfadapter für Relaisbaugruppen - Funktionsbeschreibung
Der Prüfadapter schaltet die 16 NAIS Relais nacheinander ein und prüft
jeweils einen der beiden Kontakte, des jeweiligen gerade angesteuerten
Relais.
Die Prüfung besteht aus einer Widerstandsmessung, die mit vier
verschiedenen Messmethoden realisiert wird. Jede Messmethode verwendet
verschiedene Prüfströme die über den zu prüfenden Relaiskontakt geleitet
werden. Die Messungen werden mit einem 10 Bit A/D Wandler durchgeführt,
wobei zu Verbreiterung der Auflösung, verschiedene Referenzspannungen
bei den Messungen eingesetzt werden.
Es werden pro Kontakt und pro Messmethode jeweils 12 ADC Aufrufe durchgeführt,
wobei jeweils die ersten beiden verworfen werden und die 10
verbleibenden ADC Werte arithmetisch gemittelt werden. Damit wird eine
höchst mögliche Messgenauigkeit des 10 Bit ADC des Prozessors ATMEGA erreicht.
Mit all diesen Methoden konnte eine Messgenauigkeit von besser als 0.01 Ohm
erreicht werden. Aufgrund dieser feinen Messung des Kontaktwiderstands,
endet der Messbereich jedoch bereits bei ca. 27 Ohm.
Dieser Messbereich ist der Tatsache geschuldet, dass die
Relaishersteller für die zu messenden ST2 Relais zum Großteil einen
maximalen Kontaktwiderstand von 0,03 Ohm für das neue Relais
angeben. Das heisst, ein neues ST2 Relais hat einen Kontaktwiderstand
von besser als 30 Milli-Ohm. Damit wurde das untere Ende des
Messbereichs mit 0.01 Ohm gewählt. Das obere Ende von ca. 27 Ohm hat
sich aus der Messschaltung und der Messmethode ergeben und ist aus
unserer Sicht ausreichend um die Qualität eines Kontaktes zu
ermitteln. Zumal Kontaktwiderstände von größer als 3 Ohm, dem
hundertfachen des Widerstands bei Auslieferung der Relais
entspricht. Damit haben wir den Grenzwert für gute Kontakte, willkürlich
auf 2 Ohm festgelegt und die obere Messbereichsgrenze von 27 Ohm als
ausreichend erachtet.
Andere Messbereiche sind auf Kundenwunsch machbar.
Am Ende dieser Seite wird ein Messprotokoll gezeigt. Dort sehen Sie als
letzten Block der Messung, die Prellzeitmessung der einzelnen
Relaiskontakte. Bei der Prellzeitmessung wird untersucht, wie lange die
Relais Kontakte beim Ein- und Ausschalten prellen. Die Prellzeit ist in
vielen Fällen auch ein guter Indikator, wie gealtert und wie stark
abgenutzt ein Relais-Kontakt ist. Stark gealterte Kontakte prellen
scheinbar länger, wie neue Kontakte die noch eine saubere Goldbedampfung
besitzen.
Prüfadapter für Relaisbaugruppen - Auswertung
Bei der Auswertung der Messung werden folgende Grenzwerte herangezogen:
neue bzw. unbenutzte Kontakte: 0.000 Ohm - 0.030 Ohm
benutzte Kontakte, aber noch o.k.: 0.031 Ohm - 0.300 Ohm
stark gealterte Kontakte: 0.300 Ohm - 20 Ohm
defekte Kontakte: 20 Ohm - unendlich Ohm
Ziel der Prüfungen des Adapters wird sein, diese freizügig gewählten Grenzwerte feiner abzustimmen.
Download
Das Zip - Archiv
anrel-tools.zip
enthält folgende Dateien:
reader.bat
reader.exe
cygwin1.dll
Zuletzt noch der FTDI Treiber der unter Windows benötigt wird um die USB
Schnittstelle des Anrel-Prüfadapters unter Windows nutzen zu können:
CDM v2.12.28 WHQL Certified.zip
Entpacken Sie das obige Zip-File anrel-tools.zip in einem beliebigen
Directory z.B. in C:\anrel und führen Sie
einen Doppelklick auf reader.bat aus. Von reader.bat wird reader.exe in einem
DOS-Eingabeaaufforderungsfenster CMD.EXE gestartet.
reader.exe sucht nach verfügbaren Dateinamen die auf eine
USB-COM-Schnittstelle hindeuten und versucht diese zu
öffnen.
Wird eine COM-Schnittstelle gefunden, wird diese geöffnet und reader.exe
prüft ob an dieser USB-COM-Schnittstelle der Anrel-Prüfadapter
angeschlossen ist. Reader.exe wiederholt diese Prüfung für alle
gefundenen COM Schnittstellen.
Wird ein Anrel-Prüfadapter gefunden, wird mit ihm automatisch eine Verbindung
aufgebaut und Sie gelangen zum Hauptmenü des Frontends reader.exe
Die nachfolgende Beispieldatei zeigt ein Messprotokoll einer
geprüften Baugruppe.
anrel-1234.pdf
Dokumentation
Hier finden Sie die wichtigesten Dokumente die Sie bei der Arbeit
mit dem Anrel Prüfadapter benötigen. Es handelt sich um die
Systembeschreibung und die Bedienungsanleitung in der aktuellsten Version.
Systembeschreibung-ANREL-Prüfgerät-V1.01.pdf
Bedienungsanleitung-ANREL-Prüfgerät-V1.00.pdf
PDF Dateien erzeugen
Das Erzeugen von PDF Dateien übernimmt reader.exe. Hierzu müssen Sie
zunächst sicherstellen, dass keine Baugruppe im Prüfadapter angesteckt
ist. Nun drücken Sie die Taste "m". Das Frontend reader.exe fordert Sie
nun auf die Seriennummer der zu prüfenden Baugruppe einzugeben. Nach
Eingabe der Seriennummer werden Sie aufgefordert die Seriennummer durch
drücken der Taste j zu bestätigen.
Nach Eingabe und bestätigen der Seriennummer wartet das Program auf das
Anstecken einer Baugruppe. Nun setzen Sie die zu prüfende Baugruppe,
deren Seriennummer Sie zuvor eingegeben haben, in den Prüfadapter
ein. Die Prüfung der Baugruppe startet selbständig mit einer Wartezeit
von 1 ca. Sekunde. Die Wartezeit soll dem Bediener die Möglichkeit geben,
dass alle Kontakte an allen Steckern sauber angesteckt sind und die
Prüfung nicht schon zu früh startet, wenn der Stecker noch nicht
vollständig angesteckt ist. Stecken Sie daher den Adapter zügig an, so
daß der letzte Stecker in weniger als einer Sekunde angesteckt ist.
Wenn Sie die Messung wiederholen möchten, genügt es die Baugruppe
angesteckt zu lassen und nochmals die Taste "m" zu drücken, die
Seriennummer erneut einzugeben und mit der Taste "j" zu bestätigen. Der
Prüfadapter erkennt selbständig, dass bereits eine Baugruppe angesteckt
ist und beginnt sofort mit der Messung der Baugruppe.
Ablauf des Messprogramms im Prüfadapter
Es werden zwei Prüfläufe durchgeführt. Zuerst vier unterschiedliche
Messmethoden je 12 Messungen für alle 32 Kontakte der 16 ST2
Relais. Das sind 1536 Einzelmessungen pro Baugruppe für die
Kontaktwiderstandsmessung. Danach startet ein zweiter Prüflauf mit 100
Messungen für alle 32 Relaiskontakte, das sind 3200 Einzelmessungen des
Kontaktwiderstands, bei dem die Prellzeit der 32 Relaiskontakte
ermittelt wird. Wobei 3200 Messungen beim einschalten der Kontakte und
3200 Messungen beim Ausschalten der Kontakte durchgeführt werden.
Das heisst, am Ende eines Messlaufs, wird ein PDF File erzeugt, dass die
Seriennummer im Dateinamen enthält und das die Ergebnisse von 7936
Einzelmessungen auf zwei DIN A4 Seiten enthält.
Bevor der Prüflauf startet, werden auch noch Messungen durchgeführt, die
sicherstellen dass der Kondensator auf der Baugruppe hochohmig ist und
dass alle Relaiskontakte abgefallen sind, bevor die Messung
startet. Diese Messungen sollen sicherstellen, dass sowohl niederohmige
ELKOs, als auch verschweisste Relaiskontakte erkannt werden.
Prüfadapter für Relaisbaugruppen - Bilder
ANREL Pruefadapter V2.01 / 07.07.2018
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ANREL Ser.Nr.: '1234' / Protokoll vom/um 09.07.18 18:31:22
ELKO auf der ANREL ist hochohmig -> o.k.
alle Relais abgeschaltetet: alle Kontakte 8-7 sind offen -> Baugruppe o.k.
alle Relais abgeschaltetet: alle Kontakte 5-6 sind offen -> Baugruppe o.k.
Messung: 1 2 3 4 Widerstand Ergebnis
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K00 / X2 D24 8-7: 21 8 0 0 0.193 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 221 94 10 3 2.197 Ohm Kontakt DEFEKT !
K01 / X2 Z24 8-7: 0 0 0 0 0.000 Ohm Kontakt neu
6-5: 0 0 0 0 0.000 Ohm Kontakt neu
K02 / X2 D26 8-7: 30 12 0 0 0.285 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 15 6 0 0 0.142 Ohm Kontakt o.k.
K03 / X2 Z26 8-7: 1023 1023 1023 1023 nicht messbar Kontakt DEFEKT !
6-5: 5 1 0 0 0.040 Ohm Kontakt o.k.
K04 / X2 D28 8-7: 21 8 0 0 0.194 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 23 9 0 0 0.218 Ohm Kontakt o.k.
K05 / X2 Z28 8-7: 15 5 0 0 0.143 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 28 11 0 0 0.265 Ohm Kontakt o.k.
K06 / X2 D30 8-7: 23 9 0 0 0.219 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 34 14 0 0 0.322 Ohm Kontakt gealtert
K07 / X2 Z30 8-7: 12 4 0 0 0.109 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 0 0 0 0 0.000 Ohm Kontakt neu
K10 / X2 D10 8-7: 23 9 0 0 0.218 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 216 97 18 7 2.264 Ohm Kontakt DEFEKT !
K11 / X2 Z10 8-7: 0 0 0 0 0.000 Ohm Kontakt neu
6-5: 0 0 0 0 0.000 Ohm Kontakt neu
K12 / X2 D08 8-7: 14 5 0 0 0.128 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 76 31 0 0 0.724 Ohm Kontakt gealtert
K13 / X2 Z08 8-7: 6 1 0 0 0.055 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 9 3 0 0 0.085 Ohm Kontakt o.k.
K14 / X2 D06 8-7: 22 8 0 0 0.208 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 18 7 0 0 0.171 Ohm Kontakt o.k.
K15 / X2 Z06 8-7: 18 7 0 0 0.170 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 7 2 0 0 0.065 Ohm Kontakt o.k.
K16 / X2 D04 8-7: 1023 1023 1023 1023 nicht messbar Kontakt DEFEKT !
6-5: 30 12 0 0 0.286 Ohm Kontakt o.k.
K17 / X2 Z04 8-7: 10 3 0 0 0.089 Ohm Kontakt o.k.
6-5: 0 0 0 0 0.000 Ohm Kontakt neu
Zusammenfassung der 32 Einzelkontaktmessungen:
6 Kontakte sind neu/unbenutzt (0.000 Ohm - 0.030 Ohm)
20 Kontakte sind o.k. (0.031 Ohm - 0.300 Ohm)
2 sind stark gealtert (0.300 Ohm - 20 Ohm)
4 sind defekt (20 Ohm - unendlich Ohm)
Messung 1: 10 mA Messstrom mit 1,1 Volt Referenzspannung im ADC
Messung 2: 10 mA Messstrom mit 2,56 Volt Referenzspannung im ADC
Messung 3: 100 mA Messstrom mit 1,1 Volt Referenzspannung im ADC
Messung 4: 100 mA Messstrom mit 2,56 Volt Referenzspannung im ADC
Prelldauer der ANREL Relais-Kontakte:
Kontakt 8-7 Kontakt 6-5
Prelldauer beim aus- ein- aus-
einschalten
Relais 0 K00 / X2 D24 : 2.3 msec 2.7 msec / 2.4 msec 4.0 msec
Relais 1 K01 / X2 Z24 : 1.9 msec 2.9 msec / 2.0 msec 3.4 msec
Relais 2 K02 / X2 D26 : 2.1 msec 2.8 msec / 2.2 msec 3.1 msec
Relais 3 K03 / X2 Z26 : 10.0 msec 10.0 msec / 1.9 msec 3.1 msec
Relais 4 K04 / X2 D28 : 2.5 msec 3.1 msec / 2.2 msec 2.7 msec
Relais 5 K05 / X2 Z28 : 2.3 msec 3.5 msec / 1.7 msec 3.1 msec
Relais 6 K06 / X2 D30 : 2.3 msec 3.0 msec / 2.0 msec 2.7 msec
Relais 7 K07 / X2 Z30 : 2.3 msec 2.9 msec / 1.9 msec 2.8 msec
Relais 8 K10 / X2 D10 : 2.6 msec 3.1 msec / 1.3 msec 2.9 msec
Relais 9 K11 / X2 Z10 : 2.5 msec 2.9 msec / 2.0 msec 3.2 msec
Relais 10 K12 / X2 D08 : 2.3 msec 3.2 msec / 2.0 msec 2.9 msec
Relais 11 K13 / X2 Z08 : 2.2 msec 3.1 msec / 1.9 msec 3.0 msec
Relais 12 K14 / X2 D06 : 1.5 msec 2.8 msec / 1.5 msec 3.3 msec
Relais 13 K15 / X2 Z06 : 2.1 msec 3.4 msec / 2.4 msec 3.9 msec
Relais 14 K16 / X2 D04 : 10.0 msec 10.0 msec / 1.8 msec 2.7 msec
Relais 15 K17 / X2 Z04 : 1.7 msec 3.1 msec / 1.7 msec 3.3 msec
Protokoll-Ende.
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