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Prüfadapter für Relaisbaugruppen

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 - 1.999 Ohm
defekte Kontakte:                  2.000 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

Entpacken Sie das Zip-File in einem beliebigen Directory und führen Sie einen Doppelklick auf reader.bat aus. Es wird reader.exe in einem DOS-Eingabeaaufforderungsfenster CMD.EXE gestartet.

reader.exe sucht nach verfügbaren Dateinamen und versucht diese zu öffnen. Wird ein 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

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
--------------------------------------------------------------------------
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 - 1.999 Ohm)
     4 sind defekt                  (2.000 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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