NI-Funktionstester für Schaltmodule

Überblick

Dieses Whitepaper ist Teil der Reihe "Erste Schritte mit dem NI SwitchBlock".

Um Relaiswartung und -zuverlässigkeit bei Systemen mit hoher Kanalanzahl einfacher zu gestalten, wird der NI SwitchBlock mit dem Funktionstester für Schaltmodule ausgeliefert. Diese Software bietet einen integrierten Relaistest und Zugriff auf die Daten zur Zählung der Schaltvorgänge, die auf der NI-Schalthardware gespeichert wurden. Die Ergebnisse des Relaistests werden in einem Relaiskartendiagramm dargestellt, wodurch es einfacher wird, das Relais zu finden, das ausgetauscht werden muss. Anwender können mit diesen Informationen bestimmen, welche Relais aufgrund von ineffizientem Prüfcode übermäßig beansprucht wurden und welche Relais eher selten eingesetzt werden, und so die Lebensdauer ihrer Relaiskarten verlängern. Schließlich können mit dem Funktionstester für Schaltmodule HTML-Berichte über die Ergebnisse der Relaistests und die Zahl der Schaltvorgänge für jedes einzelne Relais eines NI SwitchBlock erstellt werden.

Inhalt

Abb. 1: Der Funktionstester für Schaltmodule zeigt einen vollständigen Relaistest und den HTML-Bericht an.

Integrierter Relaistest

Die Relaiskarten des NI SwitchBlock werden getestet, indem ein Signal auf verschiedene Leitungen geschaltet wird, um den Zustand jedes Relais zu überprüfen. Nach dem Test wird bestimmt, ob ein Relais funktioniert, im offenen oder geschlossen Zustand verblieben ist oder aufgrund von Fehlern auf der Platine nicht getestet werden konnte. Die Testergebnisse werden in einem Relaiskartendiagramm angezeigt und in einer Tabelle mit der Softwaretopologie aufgeführt, damit das zu ersetzende Relais und möglicherweise beeinträchtigte Leitungen auf der Platine ermittelt werden können.

Abb. 2: Der integrierte Relaistest liefert die Lage und die betroffenen Softwaretopologien von nicht korrekt funktionierenden Relais.

Damit Signale, die im Relaistest verwendet werden, nicht versehentlich mit einem externen Schaltkreis verbunden werden, müssen für den Funktionstester für Schaltmodule alle Kabel oder austauschbaren Testschnittstellen (ITAs) vom NI SwitchBlock getrennt werden. Eine Sicherheitsschaltung am NI SwitchBlock verhindert, dass der Relaistest abläuft, bevor alle externen Verbindungen getrennt wurden. Mit diesem System werden auch Relaiskarten vom Analogbus getrennt, wenn die vorderen Anschlüsse offen liegen, weshalb die Relaiskarten berührungssicher sind.

Abb. 3: Der Funktionstester für Schaltmodule bringt Daten zur Anzahl der Schaltvorgänge und integrierte Relaistests zusammen.

Berichterstellung

Am Ende eines Relaistests erhält der Anwender die Möglichkeit, einen Bericht über den Zustand und die Zahl der Schaltvorgänge aller Relais zu erstellen. Dieser HTML-Bericht liefert Links, die auf die Produktseite einer Relaiskarte im Internet verweisen. Des Weiteren werden dem Anwender Hardwarediagramme für jede Relaiskarte zur Verfügung gestellt, mit denen er die Lage von zu ersetzenden Relais bestimmen kann.

Abb. 4: Anwender können HTML-Berichte erstellen und den Relaiszustand über einen Zeitraum hinweg ermitteln.

Austausch von Relais

Bei allen Relaiskarten des NI SwitchBlock können Relais vor Ort ausgetauscht werden, deren Lebensdauer überschritten ist oder die kurzgeschlossen bzw. dauerhaft offen sind. Die NI Switches Help bietet für jede Relaiskarte den Abschnitt "Austausch von Relais", in dem Informationen zum Hersteller sowie Anleitungen zum Austausch von Relais bereitgestellt werden. Nach Beendigung dieses Vorgangs erfährt der Anwender unter Zurücksetzen eines Schaltvorgangszählers, wie er die Lebensdauer der neu eingesetzten Relais nachverfolgen kann.

Dieser Abschnitt in der NI Switches Help enthält außerdem detaillierte Anweisungen über den Austausch der Relais auf der Relaiskarte NI 2810 sowie Informationen zu Hersteller und Artikelnummer (vgl. Abb. 3).

Abb. 5: Die NI Switches Help bietet zu jeder Relaiskarte des NI SwitchBlock einen Abschnitt über den Austausch von Relais.

Relaisersatzkits für Relaiskarten des NI SwitchBlock umfassen normalerweise 10 Relais.

Hinweis: Muss ein stark beanspruchtes Relais während der Garantiezeit ausgetauscht werden, dann wird die Garantie nicht beeinträchtigt, wenn die Anweisungen der Hilfedatei befolgt und das Relais korrekt ersetzt wird.

Ist es nötig, den Großteil der Relais auf einer Relaiskarte gleichzeitig auszutauschen, oder ist sogar eine Karte komplett beschädigt, erhalten Anwender Support und können ihre defekte Karte an NI zurückschicken. Dies ist oftmals günstiger als ein ganz neues Modul zu kaufen.

Zählung der Schaltvorgänge

Da mechanische Relais eine begrenzte Lebensdauer haben, sind genaue Angaben zur Anzahl der Relaiszyklen wichtig, um die Verlässlichkeit des Testsystems zu gewährleisten. Alle Relaiskarten des NI SwitchBlock verfügen über eine integrierte Funktion zur Zählung der Schaltvorgänge, die über den Funktionstester für Schaltmodule, das Softfrontpanel NI-SWITCH oder den Treiber NI-SWITCH eingesehen werden kann. Die Schaltvorgänge werden auf der Schalthardware gespeichert und erleichtern so die Überwachung der Relaisbetätigung, wenn Hardware in mehreren Systemen eingesetzt wird. Mit diesen Informationen lassen sich Relais vorbeugend warten, kann ineffizienter Schaltcode entdeckt und in einigen Anwendungen auch die Lebensdauer einer Relaiskarte verlängert werden, indem die Relaisnutzung auf die gesamte Karte verteilt wird. 

Abb. 6: Der Funktionstester für Schaltmodule zeigt die Zahl der Relaisschaltvorgänge zur Beobachtung der langfristigen Zuverlässigkeit an.

Vorbeugende Relaiswartung

Bei der Auswahl eines Relais für eine Anwendung ist die Lebensdauer, die für gewöhnlich in Relaiszyklen angegeben wird, von entscheidender Bedeutung. Ein Relaiszyklus steht für den Vorgang des Öffnens und Schließens des Relais. Für die meisten Schaltprodukte wird sowohl die mechanische als auch die elektrische Lebensdauer bestimmt.

Die mechanische Lebensdauer steht für die Anzahl an Zyklen, die ein Relais normalerweise spannungslos ausführen kann, d. h. dass während der Relaisbetätigung keine elektrische Last zwischen den Kontakten geschaltet wird. Sie basiert auf dem Ermüdungsverhalten des Metalls in der Schaltung des sich biegenden Anker- oder Reed-Relais. Für gewöhnlich liegt sie um ein Vielfaches über der elektrischen Lebensdauer und wird selten in Schaltsystemen erreicht.

Das Schalten aktiver elektrischer Signale, insbesondere Signale hoher Leistung, verursacht Lichtbogenbildung an den Relaiskontakten. Dieser Lichtbogen verursacht Vertiefungen auf der Kontaktoberfläche und beschleunigt den Verschleiß der Kontakte. Die elektrische Lebensdauer wird durch die Anzahl der durchlaufenen Schaltzyklen unter Last definiert, bevor der Kontaktwiderstand einen bestimmten Wert überschreitet oder, bei Reed-Relais, sich der Schaltungskontakt schließt. Sie dient oft als Lebensdauerbegrenzung für ein bestimmtes Relais, kann jedoch nicht als Schlüsselindikator für Relaisversagen verwendet werden, es sei denn die Last, die in einem Testsystem geschaltet wird, entspricht derjenigen, mit der die Relaisspezifikationen bestimmt wurden.

Die Zählung der Schaltvorgänge unterstützt den Anwender dabei, die Lebensdauer eines Relais und die entsprechende Last genauer zu ermitteln. Außerdem lassen sich mit diesem Vorgang, wenn er überwacht wird, Relaisausfälle vorhersagen. Mit dem Treiber NI-SWITCH können Informationen darüber jederzeit aus der Hardware abgelesen und in den Testcode eingefügt werden, um den Bediener aufmerksam zu machen, wenn Relais ihre elektrische Lebensdauer überschreiten.

Ineffizienten Schaltcode entdecken

Mit der Zeit können große Unterschiede in der Zahl der Schaltvorgänge zwischen den Relais einer Karte auftreten, die durch ineffizienten Schaltcode hervorgerufen werden. Wenn beispielsweise ein Signal mithilfe des Analgobusses 0 von einer Spalte auf Relaiskarte 1 an eine Spalte auf Relaiskarte 2 angebunden wird, müssen zunächst die Relais für jede Spalte an der ersten Reihe auf jeder Karte und anschließend die Analogbusrelais auf jeder Karte geschlossen werden, um sie mit Analogbus 0 zu verbinden (vgl. rote Linie in Abb. 4). Soll dann die gleiche Spalte auf Relaiskarte 1 mit einer unterschiedlichen Spalte auf Relaiskarte 2 verbunden werden, ist es am einfachsten, die Reihe an das Spaltenrelais auf Relaiskarte B zu ändern und die verbleibenden drei Relais geschlossen zu lassen (vgl. grüne Linie in Abb. 4). Trennt die Software jedoch die Verbindung aller vier Relais, bevor die zweite Leitung angebunden wurde, dann führen drei der vier Relais einen unnötigen Schaltvorgang durch.

Abb. 7: Drei der vier Relais werden sowohl von der roten als auch der grünen Leitung verwendet. Bleiben diese Relais geschlossen, wenn von der roten auf die grüne Leitung umgeschaltet wird, werden die Relaiszyklen minimiert.

Um den Schaltcode zu optimieren, bietet die NI-Switch-Executive-API das Connect and Disconnect VI, das beide Pfade untersucht und sicherstellt, dass Relais, die beide Leitungen gemeinsam haben, geschlossen bleiben, um so die Relaisbetätigungen zu reduzieren. Einige dieser Probleme können behoben werden, indem die übermäßig beanspruchten Relais während des Tests mit dem Multiconnect Mode geschlossen werden.

Relaisnutzung verteilen

Wenn differenzielle Signale durch einadrige Matrizen geleitet werden, wird beinahe die Hälfte der Relais nicht genutzt (vgl. Abb. 8). Diese Art der Relaisnutzung kann durch Zählung der Schaltvorgänge überprüft und durch Änderungen an der Software und der Verdrahtung für Schaltungen ausgeglichen werden, mit denen Signale von Reihe zu Spalte geroutet werden.

Abb. 8: Das Schalten von differenziellen Signalen führt oft zu ungenutzten Relais. Das Vertauschen des HI und LO des Digitalmultimeters sowie ein paar kleinen Änderungen an der Software gleichen die Relaisnutzung aus.

Abb. 9: In Systemen, in denen Signale von Spalte zu Spalte geroutet werden, lässt sich die Relaisnutzung für differenzielle Signale verteilen, ohne die externe Verdrahtung zu ändern.