本发明涉及一种安全起爆装置故障模拟装置。该装置设计的目的是解决对单元测试仪在研制过程中动作检查和故障检测功能考核时使用例试件完成，但例试件经过频繁使用会损坏，例试件的生产和修复成本较高，而且故障需要人为制造，影响了单元测试仪的生产效率和测试可靠性的问题。本装置采用可编程逻辑控制器配合外部电路及触摸屏来全面模拟安全装置的故障类型，并设计了与例试件相同接口和等效负载，可模拟安全装置工作开关和保险开关状态。该装置用于检验单元测试仪的动作检查和故障检测功能，为确保安全起爆装置的可靠性提供依据。
1.一种安全起爆装置故障模拟装置，其特征是：包括机箱主体(1)、前面板(2)、后面板(3)、触摸屏(4)、可编程逻辑控制器(5)、电机装置(6)、直射式红外光电传感器(7、8)、直流开关电源(9)、直流固态继电器组(10)、电源开关(11)、连接座(12)，触摸屏(4)嵌入安装在前面板(2)；连接座(12)和电源开关(11)分别于左右嵌入安装在后面板(3)；可编程逻辑控制器(5)、直流固态继电器组(10)、直流开关电源(9)、电机装置(6)分别固定于机箱内部底板；两个直射式红外光电传感器(7、8)安装固定于电机装置(6)的上方。
2.根据权利要求1所述的安全起爆装置故障模拟装置，其特征是：所述电机装置(6)包括支架(13)、电机底座(14)、直流电机(15)、保险状态限位销(16)、工作状态限位销(17)、连接杆(18)、旋转盘(19)、安装盘(20)；直流电机(15)固定于电机底座(14)内，安装盘(20)、连接杆(18)依次固定在直流电机(15)上；安装盘(20)上固定保险状态限位销(16)和工作状态限位销(17)；旋转盘(19)固定在连接杆(18)上方的凸台上并用螺栓固定；旋转盘(19)上对准连接杆(18)下方销子处开一个φ5mm～φ7mm的透光孔。
3.根据权利要求2所述的安全起爆装置故障模拟装置，其特征是：所述两个直射式红外光电传感器(7、8)分别安装固定有光电传感器支座(21、22)，两个光电传感器支座(21、22)分别对准保险状态限位销(16)和工作状态限位销(17)的位置固定在电机底座(14)的上沿。
4.根据权利要求1所述的安全起爆装置故障模拟装置，其特征是：可编程逻辑控制器(5)与触摸屏(4)之间采用RS232串口通讯协议进行通信；可编程逻辑控制器采用AC220V供电，I/O信号采用DC+24V供电；触摸屏(4)采用DC+24V供电。
5.根据权利要求1所述的安全起爆装置故障模拟装置，其特征是：安全起爆装置故障模拟装置保险开关和工作开关到位状态的信号检测由直射式红外光电传感器(7、8)来完成，直射式红外光电传感器(7、8)输入信号供电DC+5V，输出信号供电DC+24V。
6.根据权利要求2所述的安全起爆装置故障模拟装置，其特征是：直流电机(15)旋转到工作到位状态后，对应的直射式红外光电传感器(7)发出信号，输入可编程逻辑控制器(5)的输入端口，并由可编程逻辑控制器(5)内部进行逻辑运算，再传输到触摸屏(4)显示直流电机(15)到位状态。
7.根据权利要求1所述的安全起爆装置故障模拟装置，其特征是：在触摸屏(4)上选择并设置工作方式，触摸屏(4)将选择方式传入可编程逻辑控制器(5)，在可编程逻辑控制器(5)中进行逻辑判断和运算并输出给外围电路的直流固态继电器组(10)，再输出到连接座(12)。
8.根据权利要求1所述的安全起爆装置故障模拟装置，其特征是：所述安全起爆装置故障模拟装置的工作模式分为故障模拟工作模式和正常运行模式两种，故障模拟工作模式分为机构状态开关故障模式和绝缘故障模式两种，机构状态开关故障模式分为四种：“0-0”状态均不到位、“0-1”不能转到保险状态、“1-0”不能转到工作状态、“1-1”状态不唯一；绝缘故障模式分为三种：电机对壳绝缘故障、工作开关对壳绝缘故障、保险开关对壳绝缘故障。
9.根据权利要求8所述的安全起爆装置故障模拟装置，其特征是：故障模拟工作模式和正常运行模式互锁；四种机构状态开关故障模式互锁；三种绝缘故障模式互锁。
10.根据权利要求1所述的安全起爆装置故障模拟装置，其特征是：在可编程逻辑控制器(5)内部进行所有的逻辑运算，触摸屏(4)内为人机交互程序。
一种安全起爆装置故障模拟装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种仿真技术，具体涉及一种安全起爆装置故障模拟装置，应用于安全起爆装置单元测试仪的故障检测和动作转换功能的功能检定。
背景技术
[0002] 安全起爆装置是固体火箭发动机的关键部件，其可靠性关乎发动机的发射成败，其性能是否满足发动机总体要求，需经过严格的测试，包括电性能测试、动作检查和故障检测，因此要求相关的测试设备具备相应的功能。安全起爆装置单元测试仪(简称单元测试仪)就是用来进行安全起爆装置电性能测试、动作检查和故障检测的专用仪器。单元测试仪研制完成后，其电性能测试的功能性和可靠性检测由具备计量检定资格的计量部门完成，而其对安全起爆装置的动作测试功能和故障检测功能的考核一般采用例试件完成。例试件的制造成本较高；且在使用过程中容易损坏；另外在故障检测功能测试时，例试件无法提供特定的故障状态，需要人为制造故障，影响单元测试仪的生产效率和测试可靠性。
[0003] 因此为解决这些问题，需要研制一种能对安全起爆装置的各种故障状态进行模拟，且与例试件具有等效负载的成本相对较低、方便故障测试且可靠性较高的装置，来考核单元测试仪的动作测试和故障检测功能，进而提高单元测试仪的生产效率和测试可靠性。
发明内容
[0004] 鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研制了一种具备与安全起爆装置例试件具有相同接口和等效负载，且正常情况下动作时间和动作反馈与例试件相同，并能全面模拟单元测试仪能检测到的安全起爆装置的各种故障的安全起爆装置故障模拟装置。
[0005] 本发明的主要构思：根据固体火箭发动机安全起爆装置内部电路结构和其配合单元测试仪进行故障检测和动作测试时的接口状态，利用触摸屏作为人机交互界面、可编程逻辑控制器(PLC)作为控制核心、结合外围的控制电路，来模拟安全起爆装置的内部电路，并与安全起爆装置具有相同的输入输出接口。
[0006] 本发明的具体技术方案为：一种安全起爆装置故障模拟装置，包括机箱主体、前面板、后面板、触摸屏、可编程逻辑控制器、电机装置、直射式红外光电传感器、直流开关电源、直流固态继电器组、电源开关、连接座，其中触摸屏嵌入安装在前面板；连接座和电源开关分别于左右嵌入安装在后面板；可编程逻辑控制器、直流固态继电器组、直流开关电源、电机装置分别固定于机箱内部底板；两个直射式红外光电传感器安装固定于电机装置的上方。
[0007] 所述电机装置包括支架、电机底座、直流电机、保险状态限位销、工作状态限位销、连接杆、旋转盘、安装盘；直流电机固定于电机底座内，安装盘、连接杆依次固定在直流电机上；安装盘上固定保险状态限位销和工作状态限位销；旋转盘固定在连接杆上方的凸台上并用螺栓固定；旋转盘上对准连接杆下方销子处开一个φ5mm～φ7mm的透光孔。
[0008] 所述两个直射式红外光电传感器分别安装固定有光电传感器支座，两个光电传感器支座分别对准保险状态限位销和工作状态限位销的位置固定在电机底座的上沿。
[0009] 可编程逻辑控制器与触摸屏之间采用RS232串口通讯协议进行通信；可编程逻辑控制器采用AC220V供电，I/O信号采用DC+24V供电；触摸屏采用DC+24V供电。
[0010] 模拟安全起爆装置保险开关和工作开关到位状态的信号检测由直射式红外光电传感器来完成，直射式红外光电传感器输入信号供电DC+5V，输出信号供电DC+24V。
[0011] 直流电机旋转到工作到位状态后，对应的直射式红外光电传感器发出信号，输入可编程逻辑控制器的输入端口，并由可编程逻辑控制器内部进行逻辑运算，再传输到触摸屏显示直流电机到位状态。
[0012] 在触摸屏上选择并设置工作方式，触摸屏将选择方式传入可编程逻辑控制器，在可编程逻辑控制器中进行逻辑判断和运算并输出给外围电路的直流固态继电器组，再输出到连接座。
[0013] 安全起爆装置故障模拟装置的工作模式分为故障模拟工作模式和正常运行模式两种，故障模拟工作模式分为机构状态开关故障模式和绝缘故障模式两种，机构开关故障模式分为四种：“0-0”状态均不到位、“0-1”不能转到保险状态、“1-0”不能转到工作状态；“1-1”状态不唯一；绝缘故障模式分为三种：电机对壳绝缘故障，工作开关对壳绝缘故障，保险开关对壳绝缘故障。此外，故障模拟工作模式和正常运行模式互锁；四种机构状态开关故障模式互锁；三种绝缘故障模式互锁。
[0014] 在可编程逻辑控制器内部进行所有的逻辑运算，触摸屏内为人机交互程序。
[0015] 本发明能够全面模拟固体火箭发动机安全起爆装置的故障状态和动作转换，并与例试件具有等效负载，可模拟安全起爆装置的电机动作，方便单元测试仪对安全起爆装置故障检测和动作测试功能的考核，解决了使用例试件试验成本较高且故障状态难以把握的问题。本发明还可在其他安全装置单元测试仪的考核中推广使用。
附图说明
[0016] 图1为本发明所述的安全起爆装置故障模拟装置正视图。
[0017] 图2为本发明所述的安全起爆装置故障模拟装置侧视图。
[0018] 图3为本发明所述的安全起爆装置故障模拟装置轴测图。
[0019] 图4为本发明所述的安全起爆装置故障模拟装置后视图。
[0020] 图5为安全起爆装置故障模拟装置的直流电机正视图。
[0021] 图6为安全起爆装置故障模拟装置的直流电机的轴测图。
[0022] 其中，机箱主体1、前面板2、后面板3、触摸屏4、可编程逻辑控制器5、电机装置6、直射式红外光电传感器7和8、直流开关电源9、直流固态继电器组10、电源开关11、连接座12、支架13、电机底座14、直流电机15、保险状态限位销16、工作状态限位销17、连接杆18、旋转盘19、安装盘20、光电传感器支座21、22。
具体实施方式
[0023] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0024] 需要说明的是：本说明书的附图所绘制的结构、形状、布局等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用于限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、电源开关、直流开关电源等布局的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落入本发明的所揭示的技术内容所涵盖的范围内。
[0025] 该安全装置故障模拟装置以PLC作为控制核心，利用PLC内部的软逻辑继电器模拟安全装置的触点，外围控制继电器选用直流固态继电器，并选用与安全装置相同的接口，使用与安全装置相同型号的直流电机作为负载，电机的到位检测使用光敏二极管配合硬件断电实现，利用触摸屏作为人机交互界面。具体为：该故障模拟装置包括机箱主体1、前面板2、后面板3、触摸屏4、可编程逻辑控制器5、电机装置6、直射式红外光电传感器7和8、直流开关电源9、直流固态继电器组10、电源开关11、连接座12。电机装置(6)又包括支架13、电机底座14、直流电机15、保险状态限位销16、工作状态限位销17、连接杆18、旋转盘19、安装盘20。触摸屏4嵌入安装在前面板2；连接座12和电源开关11分别于左右嵌入安装在后面板3；可编程逻辑控制器5、直流固态继电器组10、直流开关电源9、电机装置6分别固定于机箱内部底板；
直流电机15固定于电机底座14内，安装盘20、连接杆18依次固定在电机上；安装盘20上固定两个限位销16、17；旋转盘19固定在连接杆18上方的凸台上并用螺栓固定；两个直射式红外光电传感器7、8固定于光电传感器支座21上，光电传感器支座21、22分别对准两个限位销的位置固定在电机底座14的上沿；旋转盘19上对准连接杆18下方销子处开一个φ5mm～φ7mm的透光孔。在可编程逻辑控制器5内部进行所有的逻辑运算，触摸屏4内为人机交互程序。
[0026] 该安全起爆装置故障模拟装置以可编程逻辑控制器(PLC)作为控制核心。利用PLC内部的软逻辑继电器模拟安全装置的开关触点，模拟安全起爆装置的工作开关和保险开关的开合，保险、工作状态分别由二进制码“0”、“1”表示，“1”代表闭合，“0”代表断开，利用PLC内部的逻辑运算指令来实现单元测试仪能检测到的安全起爆装置的各种故障状态，输出I/O命令控制直流固态继电器的通断，最后输出给单元测试仪的对应接口。PLC具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及使用范围宽、可靠性高、可编程性的特点，平均无故障时间高达几十万小时，使用PLC构成的控制系统和同等规模的继电器构成的控制系统相比，电气接线可减少至数百甚至数千分之一，因此可使故障率大大降低，而且具有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息，并可使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护，进而使系统可靠性随之提高。
[0027] 操作人员通过触摸屏实现与本发明所述故障模拟装置的人机交互，触摸屏的显示单元会提示本发明所述故障模拟装置能够模拟的功能，操作人员根据提示进行选择，选择确定后PLC会根据选择向直流电机及直流固态继电器发出控制命令将其设置为目标状态，此时单元测试仪可对该故障模拟装置进行测试。
[0028] 具体如下：
[0029] (1)若选择“故障模式”，则进入故障模式界面，故障模式界面又分为“机构状态开关故障”和“绝缘故障”。选择“机构状态开关故障”进入“机构状态开关故障”界面，里面有四种可选择故障方式，分别为“0-0：状态不确定”，“0-1：不能转到保险状态”，“1-0：不能转到工作状态”，“1-1状态不唯一”，四种故障模式互锁，每次只能选择一种故障。选择“绝缘故障”进入“绝缘故障”界面，里面有三种故障方式，分别为“电机对壳绝缘故障”、“保险开关对壳绝缘故障”、“工作开关对壳绝缘故障”，三种故障模式互锁，每次只能选择一种故障。
[0030] (2)若选择”工作模式”，则进入“工作模式”界面，该界面显示了工作电机的到位状态，若电机处于保险状态则界面内“保险”灯亮，若电机处于“工作”状态则界面内“工作”灯亮。单元测试仪给出状态转换的动作指令后，该模拟装置内电机动作，界面内的状态灯进行相应切换。
[0031] “故障模式界面”和“工作模式界面”与“主界面”可以相互切换，且“故障模式”和“工作模式”互不干涉。
[0032] 直流固态继电器是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关器件，它利用电子元件的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，是一种四端有源器件，其中两个端子为输入控制段，另外两端为输出受控端，既有放大驱动作用，又有隔离作用，较电磁继电器具有无触点、寿命长、速度快，对外界干扰小的特点。
[0033] 利用与装置实体同型号的直流电机来提供与安全起爆装置相同的负载。直流电机的到位检测使用直射式红外光电传感器配合硬件实现，选用的传感器为单光束红外光电传感器，由高发射功率的砷化镓红外发射管和高灵敏度的光敏晶体管组成。
[0034] 本发明所述的安全故障模拟装置成功应用于固体火箭发动机安全起爆装置单元测试仪的功能检测，为检验单元测试仪的测试功能提供了依据，从而为进一步确保安全起爆装置的可靠性提供了依据。同时可以作为单元测试仪白检的一部分，有利于区分是安全起爆装置的故障还是测试仪本身的故障，便于故障的快速定位，有利于其它相关工作的开展。故障模拟装置的使用将极大的方便单元测试仪故障测试，提高单元测试仪产品测试可靠性和批生产效率、降低试验成本、减少生产测试人员工作量保证单元测试仪交付产品的质量。
[0035] 以上所述，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
