楊曉平， 周濤， 孔曉剛， 藺躍龍

（中國航天科工集團六院四十一所，呼和浩特010010）

0 引言

安全起爆裝置（以下簡稱安全裝置）是固體火箭發(fā)動機的關鍵部件，其可靠性關系到固體火箭發(fā)動機的發(fā)射成敗，其性能（電性能、動作檢查和故障檢測）能否滿足發(fā)動機總體性能要求，需要經過嚴格測試。在安全裝置設計過程中，是通過保險開關和工作開關來反映其實際所處的狀態(tài)。由安全起爆裝置單元測試儀（以下簡稱單元測試儀）來完成其電性能（包括電機及開關電阻、電機及開關絕緣電阻和動作電壓）測試、進行安全起爆裝置故障識別（短路、斷路及不絕緣故障）和進行安全起爆裝置動作測試的功能［1］。目前，在單元測試儀研制完成后，其電性能測試功能的可靠性檢測由具備計量檢定資格的計量部門完成，而其對安全起爆裝置的動作測試功能和故障測試功能的考核采用例試件來完成。例試件在經過大量試驗后易損壞，對例試件的修復及更換易導致試驗成本較高，且對單元測試儀進行故障檢測功能考核時，例試件無法提供特定的故障狀態(tài)，需要人為制造故障，影響了生產效率和測試可靠性。因此有必要研制一種能對安全起爆裝置各種故障狀態(tài)進行模擬，與例試件具有等效負載的一種成本相對較低，方便故障測試且可靠性高的裝置，來考核單元測試儀的動作測試和故障測試功能，并能提高單元測試儀的生產效率和測試可靠性。

1 單元測試軟件故障識別分析

單元測試儀軟件識別的故障類別大體分為機構狀態(tài)開關故障和對殼絕緣故障。

單元測試儀在進行對安全裝置進行動作測試以及進行電機電阻、工作開關接觸電阻和保險開關接觸電阻的測試時需要進行保險和工作開關狀態(tài)轉換，此時需要先判別機構狀態(tài)是否正常，如正常則進行狀態(tài)轉換及電阻測試；如出現故障，則單元測試儀軟件判別故障類別，人機界面顯示故障信息。因此安全裝置故障模擬裝置需要模擬機構狀態(tài)開關故障。安全裝置的狀態(tài)由保險開關（R）和工作開關（G）的閉合斷開的狀態(tài)加以指示，將R、G分別表示為二進制碼“0”和“1”，“1”代表閉合，“0”代表斷開，來反映安全裝置在動作轉換過程中可能出現的各種故障。

在單元測試儀對安全裝置進行綜合測試時，需要先對安全裝置的電機、工作開關、保險開關對殼絕緣狀態(tài)進行判別，然后再進行絕緣性能進行測試，如有絕緣故障，則單元測試儀軟件進行故障判別，人機界面顯示絕緣故障信息，如無故障則進行絕緣性能測試。因此安全裝置故障模擬裝置需要模擬對殼絕緣故障狀態(tài)。對殼絕緣故障主要是機構電機與殼、工作開關與殼、保險開關與殼之間的絕緣狀態(tài)。2 安全裝置故障模擬裝置的設計

2.1 故障模擬裝置設計的基本原理

故障模擬裝置設計的基本原理描述如下：

1）驅動信號識別。驅動信號包括對電機（MR+、MR-）的驅動，實際的安全裝置正是在此驅動信號的作用下完成狀態(tài)轉換的，其故障行為包括兩個內容：一是安全裝置未收到驅動信號，如導線的斷接等故障；二是未按照驅動信號的要求完成狀態(tài)轉換，而是在轉換過程瞬間出現故障。因此，對驅動信號進行識別，在特定瞬間產生預先設定的某一故障，是完成安全裝置故障模擬裝置設計的基本方案。

2）狀態(tài)信息碼的設定。如前所述，R、G狀態(tài)分別由二進制碼“0”、“1”表示，“1”代表閉合，“0”代表斷開，單元測試儀在完成動作檢查功能識別任務時，需發(fā)送轉換驅動信號給安全裝置，與此同時需對安全裝置的狀態(tài)信息進行識別，以判斷安全裝置在狀態(tài)轉換過程是否出現故障，因此故障模擬裝置可以模擬安全裝置工作開關和保險開關的狀態(tài)，其故障設置的機制就是將設定好的狀態(tài)信息碼提供給單元測試儀，成為其故障識別的依據。

3）絕緣故障狀態(tài)設定。單元測試儀在對安全裝置進行綜合測試（絕緣性能測試）時，需要先對電機、工作開關和保險開關與殼的絕緣狀態(tài)進行檢測，以判斷安全裝置的絕緣性能是否出現故障，因此故障模擬裝置設置絕緣故障的機制就是把電機、工作開關和保險開關與殼的通路狀態(tài)提供給單元測試儀。

4）無故障連續(xù)動作及其他。為配合單元測試儀多次動作檢查功能，故障模擬裝置設計了與例試件相同的接口和等效的負載，正常情況下動作時間和動作反饋與例試件相同。支持連續(xù)的狀態(tài)轉換，無故障連續(xù)動作可以檢查單元測試儀本身，作為單元測試儀自檢的一部分，有利于定位故障，且故障設置和無故障設置可隨意切換，增加操作靈活性。

2.2 故障模擬裝置的硬件設計

硬件設計的結構原理圖如圖1所示。

圖1 故障模擬裝置硬件結構原理圖

安全裝置故障模擬裝置以PLC作為控制核心，利用PLC內部的軟邏輯繼電器模擬安全裝置的觸點，外圍控制繼電器選用直流固態(tài)繼電器，并選用與安全裝置相同的接口，使用與安全裝置相同型號的直流電機作為負載，電機的到位檢測使用光敏二極管配合硬件斷電實現，利用觸摸屏作為人機交互界面。

2.3 故障模擬裝置的軟件設計

故障模擬裝置軟件設計流程圖如圖2所示。

圖2 故障模擬裝置軟件結構原理圖

3 結語

通過對安全故障模擬裝置的調試以及與某型號單元測試儀的配合測試，故障模擬裝置可以完全響應單元測試儀發(fā)出的動作測試指令，具有與安全起爆裝置相同的動作時間和動作反饋，并能全面模擬單元測試儀能夠檢測的安全裝置的各類故障，達到了預期目的，為檢驗測試儀的測試功能提供了依據，從而為進一步確保安全裝置的可靠性提供了依據。同時可以作為測試儀自檢的一部分，有利于區(qū)分是安全裝置的故障還是測試儀本身的故障，便于故障的快速定位。故障模擬裝置的使用將極大地方便單元測試儀故障測試，提高單元測試儀產品測試可靠性和批生產效率、降低試驗成本、減少生產測試人員工作量，保證單元測試儀交付產品的質量。