一种安全起爆装置故障模拟装置的设计

杨晓平， 周涛， 孔晓刚， 蔺跃龙

（中国航天科工集团六院四十一所，呼和浩特010010）

0 引言

安全起爆装置（以下简称安全装置）是固体火箭发动机的关键部件，其可靠性关系到固体火箭发动机的发射成败，其性能（电性能、动作检查和故障检测）能否满足发动机总体性能要求，需要经过严格测试。在安全装置设计过程中，是通过保险开关和工作开关来反映其实际所处的状态。由安全起爆装置单元测试仪（以下简称单元测试仪）来完成其电性能（包括电机及开关电阻、电机及开关绝缘电阻和动作电压）测试、进行安全起爆装置故障识别（短路、断路及不绝缘故障）和进行安全起爆装置动作测试的功能［1］。目前，在单元测试仪研制完成后，其电性能测试功能的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测试功能的考核采用例试件来完成。例试件在经过大量试验后易损坏，对例试件的修复及更换易导致试验成本较高，且对单元测试仪进行故障检测功能考核时，例试件无法提供特定的故障状态，需要人为制造故障，影响了生产效率和测试可靠性。因此有必要研制一种能对安全起爆装置各种故障状态进行模拟，与例试件具有等效负载的一种成本相对较低，方便故障测试且可靠性高的装置，来考核单元测试仪的动作测试和故障测试功能，并能提高单元测试仪的生产效率和测试可靠性。

1 单元测试软件故障识别分析

单元测试仪软件识别的故障类别大体分为机构状态开关故障和对壳绝缘故障。

单元测试仪在进行对安全装置进行动作测试以及进行电机电阻、工作开关接触电阻和保险开关接触电阻的测试时需要进行保险和工作开关状态转换，此时需要先判别机构状态是否正常，如正常则进行状态转换及电阻测试；如出现故障，则单元测试仪软件判别故障类别，人机界面显示故障信息。因此安全装置故障模拟装置需要模拟机构状态开关故障。安全装置的状态由保险开关（R）和工作开关（G）的闭合断开的状态加以指示，将R、G分别表示为二进制码“0”和“1”，“1”代表闭合，“0”代表断开，来反映安全装置在动作转换过程中可能出现的各种故障。

在单元测试仪对安全装置进行综合测试时，需要先对安全装置的电机、工作开关、保险开关对壳绝缘状态进行判别，然后再进行绝缘性能进行测试，如有绝缘故障，则单元测试仪软件进行故障判别，人机界面显示绝缘故障信息，如无故障则进行绝缘性能测试。因此安全装置故障模拟装置需要模拟对壳绝缘故障状态。对壳绝缘故障主要是机构电机与壳、工作开关与壳、保险开关与壳之间的绝缘状态。2 安全装置故障模拟装置的设计

2.1 故障模拟装置设计的基本原理

故障模拟装置设计的基本原理描述如下：

1）驱动信号识别。驱动信号包括对电机（MR+、MR-）的驱动，实际的安全装置正是在此驱动信号的作用下完成状态转换的，其故障行为包括两个内容：一是安全装置未收到驱动信号，如导线的断接等故障；二是未按照驱动信号的要求完成状态转换，而是在转换过程瞬间出现故障。因此，对驱动信号进行识别，在特定瞬间产生预先设定的某一故障，是完成安全装置故障模拟装置设计的基本方案。

2）状态信息码的设定。如前所述，R、G状态分别由二进制码“0”、“1”表示，“1”代表闭合，“0”代表断开，单元测试仪在完成动作检查功能识别任务时，需发送转换驱动信号给安全装置，与此同时需对安全装置的状态信息进行识别，以判断安全装置在状态转换过程是否出现故障，因此故障模拟装置可以模拟安全装置工作开关和保险开关的状态，其故障设置的机制就是将设定好的状态信息码提供给单元测试仪，成为其故障识别的依据。

3）绝缘故障状态设定。单元测试仪在对安全装置进行综合测试（绝缘性能测试）时，需要先对电机、工作开关和保险开关与壳的绝缘状态进行检测，以判断安全装置的绝缘性能是否出现故障，因此故障模拟装置设置绝缘故障的机制就是把电机、工作开关和保险开关与壳的通路状态提供给单元测试仪。

4）无故障连续动作及其他。为配合单元测试仪多次动作检查功能，故障模拟装置设计了与例试件相同的接口和等效的负载，正常情况下动作时间和动作反馈与例试件相同。支持连续的状态转换，无故障连续动作可以检查单元测试仪本身，作为单元测试仪自检的一部分，有利于定位故障，且故障设置和无故障设置可随意切换，增加操作灵活性。

2.2 故障模拟装置的硬件设计

硬件设计的结构原理图如图1所示。

图1 故障模拟装置硬件结构原理图

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。

2.3 故障模拟装置的软件设计

故障模拟装置软件设计流程图如图2所示。

图2 故障模拟装置软件结构原理图

3 结语

通过对安全故障模拟装置的调试以及与某型号单元测试仪的配合测试，故障模拟装置可以完全响应单元测试仪发出的动作测试指令，具有与安全起爆装置相同的动作时间和动作反馈，并能全面模拟单元测试仪能够检测的安全装置的各类故障，达到了预期目的，为检验测试仪的测试功能提供了依据，从而为进一步确保安全装置的可靠性提供了依据。同时可以作为测试仪自检的一部分，有利于区分是安全装置的故障还是测试仪本身的故障，便于故障的快速定位。故障模拟装置的使用将极大地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。