Автоматизированное устройство контроля протяженных многожильных кабелей

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к устройствам контроля качества кабельных соединений большой протяженности, применяемых для соединения территориально разнесенных друг от друга автономных составных частей сложных технических систем (СТС), включая системы вооружения и военной техники (ВВТ).

Известны устройства для контроля электрических цепей сложных технических изделий, включающие в свой состав коммутаторы с набором коммутируемых каналов для подключения контактов контролируемых электрических цепей к измерительным приборам, приборы для измерения параметров электрических цепей и сопротивлений изоляции между цепями, компьютер для управления процессом контроля электрических цепей и наборы технологических жгутов для подключения каналов коммутатора к контрольным точкам электрических цепей.

Примерами известных устройств являются: «Устройство для прозвонки проводов многожильных кабелей» (RU 83851), «Автоматизированная система контроля электрических соединений» (RU 111683), «Устройство для контроля монтажа» (RU 115499), «Автоматизированная система контроля и диагностики электрических цепей сложных технических изделий» (RU 2569911).

Наиболее близким аналогом по отношению к заявленному техническому решению является автоматизированная система контроля по патенту RU 2569911, принимаемая за прототип.

Устройство-прототип включает в свой состав компьютер, измерительный прибор, коммутатор с двумя независимыми полями коммутации и два технологических жгута, с помощью которых каналы полей коммутации подключаются к разъемам разветвленных электрических цепей, в том числе - к разъемам кабельных соединений.

Контроль целостности электрических соединений и отсутствие замыканий между изолированными электрическими цепями с применением устройства-прототипа производится под управлением компьютера, в память которого предварительно вводят сведения таблицы соединений между разъемами объекта контроля, к которым подключают технологические жгуты.

Достоинством устройства-прототипа является обеспечение возможности автоматизированного контроля целостности участков сложных электрических соединений в ограниченных пространствах на штатных местах составных частей (в кабинах, в отсеках кузовов-фургонов и кузовов-контейнеров) сложных технических систем, в частности - СЧ систем ВВТ.

Недостатком устройства-прототипа является его техническая сложность и дороговизна реализации контроля протяженных многожильных кабелей, которые применяются для соединения территориально удаленных друг от друга автономных составных частей сложных технических систем, включая системы ВВТ (например, кабелей, соединяющих радиолокационную станцию и командный пункт зенитной ракетной системы). В таких случаях для применения устройства-прототипа необходимо применять многожильные технологические жгуты, длина которых будет соизмерима или превышать (с учетом условий прокладки на местности) длину контролируемых протяженных кабелей, а стоимость таких жгутов может превышать стоимость остальной аппаратуры устройства-прототипа.

Целью заявленного решения является конструктивное упрощение и удешевление реализации контроля качества протяженных многожильных кабельных соединений, применяемых в составе СТС (в частности - систем ВВТ) для соединения территориально удаленных друг от друга автономных составных частей таких СТС. При этом обеспечивается контроль целостности электрических цепей (жил) протяженных кабельных соединений и контроль отсутствия замыканий между жилами кабельных соединений без нарушения проектного положения контролируемых кабелей в составе СТС (размещения в специальных каналах, трубах и т.п.).

Структурная схема заявленного устройства приведена на чертеже.

В состав устройства входит компьютер 1, к которому через интерфейсную шину 2 подключены измерительный прибор 3 и коммутатор 4, имеющий два независимых поля коммутации. К каналам коммутатора 4 подключен технологический жгут 5, оканчивающийся разъемом 6. Разъем 6 технологического жгута 5 подключен к разъему 7 ближнего конца контролируемого протяженного многожильного кабеля 8. На удаленном конце контролируемого кабеля 8 имеется штатный разъем 9. К выходу К_вых измерительного прибора 3 подключен первый конец технологического провода 10, на втором конце технологического провода 10 подключен разъем-заглушка 11, который предназначен для подключения к разъему 9 удаленного конца контролируемого кабеля 8 при работе устройства в режиме контроля целостности электрических цепей (жил) контролируемого кабеля 8 и отключается от разъема 9 при работе устройства в режиме контроля отсутствия замыканий между электрическими цепями (жилами) контролируемого кабеля 8.

Первое независимое поле коммутатора 4 обеспечивает поочередное подключение (по командам от компьютера 1 через шину 2) каналов коммутации, подключенных к цепям технологического жгута 5, на измерительный вход К_вх измерительного прибора 3.

Второе независимое поле коммутатора 4 обеспечивает подключение любого набора каналов коммутации (задаваемого по командам от компьютера 1 через шину 2) на выход К_вых измерительного прибора 3 при работе устройства в режиме контроля отсутствия замыканий цепей контролируемого кабеля 8 (контроля сопротивлений изоляции).

При работе устройства в режиме контроля целостности цепей контролируемого кабеля 8 второе поле коммутации коммутатора 4 в работе не участвует и не соединяет общий контакт К_общ измерительного прибора 3 с электрическими цепями технологического жгута 5.

При подготовке устройства к работе в память компьютера 1 вводится программа управления режимами работы устройства, исходные данные контролируемого кабеля (описание таблицы соединений контактов разъема 7 ближнего конца кабеля 8 с соответствующими контактами разъема 9 дальнего конца кабеля 8, номинальные значения сопротивлений каждой жилы кабеля 8, допуск на измерения сопротивлений жил ΔR, минимальное допустимое значение сопротивления изоляции R_из между жилами кабеля 8, а также значение сопротивления R_тп технологического провода 10 и значения сопротивлений цепей R_цж технологического жгута 5).

Устройство работает в двух режимах:

1) контроль целостности электрических цепей (жил) контролируемого кабеля 8;

2) контроль отсутствия замыканий электрических цепей (жил) контролируемого кабеля 8 (контроль сопротивлений изоляции между жилами кабеля 8).

Перед началом работы устройства в режиме контроля целостности цепей контролируемого кабеля 8 разъем-заглушка 11, подключенный на удаленном конце технологического провода 10, устанавливается на разъем 9 удаленного конца контролируемого кабеля 8. При этом обеспечивается подсоединение (замыкание) всех контактов разъема 9 через заглушку 11 на технологический провод 10. Второе поле коммутации коммутатора 4 при этом отключено и в работе не участвует.

По команде от компьютера 1 через интерфейсную шину 2 первое поле коммутации коммутатора 4 через технологический жгут 5 с разъемом 6 подключает к измерительному входу К_вх измерительного прибора 3 первую контролируемую электрическую цепь (жилу) контролируемого кабеля 8. В результате между выходом К_вых измерительного прибора 3 и измерительным входом этого прибора образуется замкнутая электрическая цепь, включающая цепь поля коммутации коммутатора 4 и жилы технологического жгута (характеризующаяся известным сопротивлением К_цж), подключенную жилу «i» контролируемого кабеля 8 (характеризующую неизвестным сопротивлением ) и технологический провод 10 (характеризующийся известным калибровочным значением R_тп). Измерительный прибор 3 измерит результирующее значение сопротивления R_Σ замкнутой электрической цепи, которое будет характеризоваться суммой значений сопротивлений:

На основе известных значений К_цж и R_тп компьютер 1 определяет текущее значение сопротивления контролируемой жилы кабеля 8:

сравнивает полученное значение с номинальным значением сопротивления этой жилы (на основе исходных данных в памяти компьютера 1) с учетом допуска ΔR:

Условие (3) означает целостность проверяемой электрической цепи контролируемого кабеля. Если условие (3) не выполняется, то это означает нарушение целостности (обрыв) контролируемой цепи.

Компьютер 1 фиксирует результат контроля целостности контролируемой «i-той» жилы кабеля в памяти и дает команду первому полю коммутации коммутатора 4 на подключение к измерительному входу К_вх измерительного прибора 3 очередной «i плюс 1» цепи (жилы) контролируемого кабеля 8. Процесс контроля продолжается до перебора всех жил контролируемого кабеля 8. После этого компьютер 1 формирует результат контроля, из которого следует заключение о целостности всех жил контролируемого кабеля или о наличии дефектов (обрывов) и необходимости ремонта кабеля 8.

После завершения режима контроля целостности жил кабеля 8 разъем-заглушка 11 отключается от разъема 9 удаленного конца контролируемого кабеля 8 и при работе устройства в режиме контроля замыканий жил кабеля не используется. Все контакты разъема 9 удаленного конца кабеля 8 отключаются друг от друга.

В режиме контроля замыканий компьютер 1 выдает через интерфейсную шину 2 на коммутатор 4 команду о подключении первой жилы контролируемого кабеля 8 через первое поле коммутации (как и в предыдущем режиме) на измерительный вход К_вх измерительного прибора 3. Вслед за этим компьютер 1 через интерфейсную шину 2 подает команды, во исполнение которых второе поле коммутации коммутатора 4 подключает все остальные жилы контролируемого кабеля 8 к выходу К_вых измерительного прибора 3. Измерительный прибор 3 по команде от компьютера 1 через интерфейсную шину 2 измеряет сопротивление изоляции между первой жилой контролируемого кабеля 8, подключенной с помощью первого поля коммутации коммутатора 4 на измерительный вход К_вх измерительного прибора 3, и остальными жилами кабеля 8, подключенными с помощью второго поля коммутации коммутатора 4 на выход К_вых измерительного прибора 3. Результат измерения R_{из. i} передается в компьютер и сравнивается с допуском. Если измеренное значение сопротивления изоляции удовлетворяет установленному допустимому значению, то данная жила кабеля 8 не имеет замыканий со всеми остальными жилами кабеля 8. В противном случае имеет место замыкания данной жилы с другими жилами кабеля 8.

При положительном результате (при отсутствии замыкания) компьютер 1 выдает команду на коммутатор 4 об отключении данной жилы от измерительного входа К_вх измерительного прибора 3 и о подключении к измерительному входу К_вх измерительного прибора 1 с помощью первого поля коммутации коммутатора 4 очередной контролируемой жилы кабеля 8. Вслед за этим компьютер 1 через шину 2 дает команду на коммутатор 4 об отключении этой жилы кабеля 8 (подключенной ранее с помощью второго поля коммутации коммутатора 4) от выхода К_вых измерительного прибора 3. После этого производится измерение сопротивления изоляции между вновь подключенной контролируемой жилой и остальными (подключенными на выход К_вых измерительного прибора 3) жилами контролируемого кабеля 8.

Оценка результата контроля производится аналогично ранее рассмотренному случаю для контроля изоляции предыдущей жилы кабеля 8.

При положительном результате на измерительный вход К_вх измерительного прибора 3 подключается очередная жила контролируемого кабеля 8, которая отключается от выхода К_вых измерительного прибора 3 и процесс контроля сопротивления изоляции очередной жилы по отношению к остальным жилам продолжается до полной проверки сопротивления изоляции между предпоследней и последней жилами кабеля 8.

В случае обнаружения замыкания одной из проверяемых жил «i» контролируемого кабеля необходимо установить, с какими остальными жилами она замкнута. Для этого подключенную ранее с помощью первого поля коммутации данную «i-тую» жилу оставляют подключенной к измерительному входу К_вх измерительного прибора 3. С помощью второго поля коммутации коммутатора 4 по командам от компьютера 1 последовательно отключают остальные жилы от выхода К_вых измерительного прибора 3. После каждого отключения измеряют сопротивление изоляций между «i-той» жилой и оставшимися подключенными на выход К_вых жилами. Установление факта нормального значения сопротивления изоляции после отключения «i плюс k» жилы будет означать наличие замыкания между жилами «i» и «i плюс k». Это может быть дополнительно проверено путем отключения от общего контакта К_общ всех остальных жил и подключения жилы «i плюс k». После обнаружения пары замыкающих между собой жил процесс контроля замыканий между остальными жилами продолжается рассмотренным способом.

По окончании работы устройства во втором режиме в компьютере 1 будет сформирована информация о наличии или отсутствии обрывов (дефектов) жил, а также о наличии или отсутствии замыканий между жилами. Это означает, что устройство обеспечивает полный контроль качества контролируемого протяженного многожильного кабеля, а также формирует необходимые данные для ремонта кабеля - при обнаружении дефектов.

При этом в процессе контроля кабель сохраняет свое проектное положение (т.е. может быть в конструкции, проложен в трубах, зарыт в земле и т.п.) и не требует демонтажа для его контроля.

Это создает дополнительный технико-экономический эффект от применения данного устройства.

В случае применения для рассмотренных целей устройства-прототипа потребовалось бы изготовление и использование громоздкого многожильного технологического жгута большой протяженности, длина которого должна быть соизмерима с длиной контролируемого протяженного многожильного кабеля или превышать эту длину. В случае применения заявленного устройства вместо этого жгута применяется одножильный технологический провод 10.

Экономический эффект от этого будет тем выше, чем больше протяженность контролируемого кабеля 8 и чем больше жил в контролируемом кабеле 8.

Промышленная реализация заявленного устройства осуществляется на основе применения типового компьютера, измерителя сопротивлений и коммутатора электрических цепей, известных из уровня техники и аналогичных применяемым при реализации устройства-прототипа. Технологический жгут реализуется на основе объединения проводов (аналогично одному из технологических жгутов, используемых в составе устройства-прототипа). В качестве технологического провода может использоваться гибкий провод необходимой длины из номенклатуры проводов, выпускаемых промышленностью. Для соединения технологического жгута с разными типами разъемов контролируемых кабелей могут использоваться сменные переходные устройства (адаптеры), аналогичные используемым в устройстве-прототипе.

Таким образом, заявленное устройство, промышленно реализуемое на основе аппаратуры и материалов, известных из уровня техники, и обеспечивает реализацию заявленного технического результата, заключающегося в снижении стоимости и обеспечении эффективности контроля качества протяженных многожильных кабелей, используемых в составе СТС, включая системы ВВТ.