Разработка программы и методики сертификационных испытаний промышленного компьютера АРМ-ДНЦ

Разработка программы и методики сертификационных испытаний промышленного компьютера АРМ-ДНЦ

Введение

Согласно статье 13 ФЗ «О федеральном железнодорожном транспорте», технические средства и механизмы, поставляемые железнодорожному транспорту, подлежат обязательной сертификации на соответствие требованиям безопасности движения, охраны труда и экологии.

На современном этапе развития железнодорожной автоматики и телемеханики сертификация на безопасность играет решающую роль, поскольку интенсивно разрабатываются и внедрятся микроэлектронные, микропроцессорные и компьютерные системы. В микроэлектронных системах методы обеспечения безопасности разнообразны и не очевидны по сравнению с релейными системами, поэтому необходимо применение специальных аналитических, имитационных и экспериментальных методов и процедур, с помощью которых доказывается безопасность при проведении технической экспертизы и сертификационных испытаний.

В курсовой работе необходимо разработать программы и методики сертификационных испытаний промышленного компьютера АРМ-ДНЦ (ДЦ-Юг с РКП).

1. Общая характеристика изделия

Аппаратура АРМ-ДНЦ включает в себя до 8 КПИИ с видеотерминалом, алфавитно-цифровой клавиатурой и манипулятором типа «мышь», подключенными к каждому. В единственном числе имеются функциональная клавиатура и принтер, которые могут подключаться к любому КПИИ. Также к любому КПИИ подключают колонки звуковой подсистемы. На рабочем месте находятся также установка для оперативной диспетчерской связи и поездной радиосвязи и телефон.

Все КПИИ функционально независимы, и на видеотерминал любого из них может быть выведен ИФ любой станции.

Питание промышленного компьютера осуществляется напряжением 220 В.

Промышленный компьютер предназначен для работы при температуре воздуха от 0 до +40°С и относительной влажности 65±15%.

Масса не более 20 кг.

2. Выбор класса по устойчивости и прочности при применении по назначению в части воздействия механических нагрузок

Выбор класса по устойчивости и прочности при применении по назначению в части воздействия механических нагрузок производится согласно ОСТ 32.146 - 2000. Так как промышленный компьютер АРМ-ДНЦ находится на посту, то выбираем класс по устойчивости и прочности при применении по назначению в части воздействия механических нагрузок МС1.

МС1 - стационарное размещение в капитальных помещениях или вне капитальных помещений в местах, расположенных на расстоянии 5 м и более от ближайшего рельса (на грунте, полу, стативах, рамах, полках, в шкафах, ящиках, муфтах и устройствах кабельной канализации, с закреплением или без закрепления; на стойках, опорах и т.п., с жестким закреплением).

Согласно таблице А 5 приложения Б, определим виды и нормы воздействия механических нагрузок: вибростойкость.

Испытания на вибростойкость должны выполняться методам Fc ГОСТ 28203 (синусоидальная вибрация) для изделий, которые в условиях эксплуатации подвергаются воздействиям вибраций, имеющий гармонический характер, в том числе: методом качания частоты для испытаний опытных образцов; методом фиксированных частот для испытаний на этапах постановки на производство и установившегося производства.

Условия транспортирования промышленного компьютера - средние.

На этапе «О», т.е. на этапе изготовления и испытания, опытных образцов промышленный компьютер подвергается следующим механическим воздействиям:

вибрация при применении по назначения - проверяется вибростойкость;

одиночные удары при падении на грань и (или) на угол при применении по назначению - проверяется стойкость при падении и опрокидывании;

механические нагрузки по условиям транспортирования и хранения - проверяется вибростойкость, ударостойкость (многократные удары), ударостойкость (одиночные удары) при падении и опрокидывании, ударостойкость (одиночные удары) при свободном падении.

Направление воздействия при испытании на ударостойкость по условиям транспортирования для промышленного компьютера - вертикальное. Испытания проводятся при трех различных значениях пикового ускорения. При пиковом ускорении 75g длительность действия ударного импульса должна составлять от 2 до 6 мс, и количество ударов для условий транспортирования по определению ГОСТ 23216 должно равняться 200. При пиковом ускорении 15g длительность действия ударного импульса должна составлять от 5 до 20 мс, и количество ударов для условий транспортирования должно равняться 200. При пиковом ускорении 10g длительность действия ударного импульса должна составлять от 5 до 20 мс, и количество ударов для условий транспортирования должно равняться 8800.

Количество ударов среднее - 200, число циклов качения - 36, общая продолжительность воздействия вибрации - 3 часа.

3. Выбор класса по устойчивости и прочности при применении по назначению в части воздействия климатических факторов

Выбор класса по устойчивости и прочности при применении по назначению в части воздействия климатических фактров производится согласно ОСТ 32.146 - 2000. Поскольку промышленный компьютер размещается на постах ЭЦ, то выбираем класс по устойчивости и прочности при применении по назначению в части воздействия климатических факторов - К1.

Последовательность проверок (Номенклатура видов климатических факторов, воздействующих на промышленный компьютер АРМ-ДНЦ) согласно ГОСТ 28198 представим в таблице 1.

Таблица 1 - Последовательность проверок

4. Выбор норм электрической прочности изоляции

Выбор норм электрической прочности изоляции производится согласно ОСТ 32.146 - 2000. Поскольку рабочее напряжение промышленного компьютера АРМ-ДНЦ равно 220В, то выбираются следующие нормы испытательного напряжения:

при испытании напряжением переменного тока частотой 50 Гц практически синусоидальной формы с коэффициентом амплитуды не хуже (1,414±0,099) действующее значение при нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150 - не менее 1,5кВ.

при испытании напряжением переменного тока частотой 50 Гц практически синусоидальной формы с коэффициентом амплитуды не хуже (1,414±0,099) действующее значение при воздействии верхнего значения относительной влажности воздуха при применении по назначению - не менее 0,9кВ.

при испытании импульсным напряжением 1,2 мкс/50 мкс амплитудное значение при нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150 - не менее 3кВ.

при испытании импульсным напряжением 1,2 мкс/50 мкс амплитудное значение при воздействии верхнего значения относительной влажности воздуха при применении по назначению - не менее 1,8кВ.

5. Выбор норм электрического сопротивления изоляции

Нормы электрического сопротивления изоляции выбираются из ОСТ 32.146 - 2000 в зависимости от рабочего напряжения при трех условиях.

Рабочее напряжение промышленного компьютера АРМ-ДНЦ равно 220В, следовательно выбираем следующие нормы электрического сопротивления:

в нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150 нормы электрического сопротивления изоляции не менее 200 Мом.

при воздействии верхнего значения рабочей температуры (+40) при применении по назначению нормы электрического сопротивления изоляции не менее 40 Мом.

при воздействии верхнего значения относительной влажности воздуха (80%) при применении по назначению нормы электрического сопротивления изоляции не менее 10 Мом.

6. Выбор класса жесткости по устойчивости к помехам

Выбор класса жесткости по устойчивости к помехам производится согласно ГОСТ Р 50656 - 2001 в зависимости от класса жесткости электромагнитной обстановки и влияния изделия на безопасность движения.

Класс жесткости электромагнитной обстановки определяем согласно приложению В ГОСТ Р 50656 - 2001 в зависимости от условий размещения, установки и монтажа технического средства железнодорожной автоматики.

Поскольку промышленный компьютер получает питание от общей с другим оборудованием сети электропитания, отсутствует специально спроектированная система заземления, кабели не экранированы и не защищены от перенапряжения, мероприятия по снижению статического электричества не предусмотрены выбираем класс жесткости электромагнитной обстановки - жесткая.

Поскольку промышленный компьютер АРМ-ДНЦ находится в жесткой электромагнитной обстановки, но непосредственно не влияет на безопасность движения выбираем III класс по устойчивости к помехам.

7. Методика испытаний к воздействию климатических факторов

Для испытаний на сухое тепло и холод применяются климатические камеры. Выбор климатической камеры осуществляется из перечня рекомендуемых моделей, приведенных в приложении И ОСТ 32.146-2000 в зависимости от температур испытаний и габаритных размеров испытуемого образца. Поскольку габаритные размеры промышленного компьютера составляют 174×58×224 мм, а температуры испытаний -10°С и +40°С выбираем климатическую камеру 12КТВ-1-0,29 фирмы NEMA, Германия.

7.1 Сухое тепло

Испытания проводятся согласно ГОСТ 28200-89.

Прибор распаковывают и проводят первоначальные измерения. Образец подвергают внешнему осмотру, измеряют его электрические параметры и проверяют механические характеристики.

Затем прибор, имеющий температуру воздуха лаборатории, вносят в камеру в выключенном, готовом для эксплуатации состоянии. В камере должна быть установлена лабораторная температура. Затем температуру в камере доводят до 40°С, и предусматривают время, для достижения образцом температурной стабильности.

Во время выдержки проводятся промежуточные измерения без извлечения образца из камеры. Поскольку масса промышленного компьютера до 20 кг, время выдержки составляет 16 часов.

После восстановления проводят заключительные измерения. Образец подвергают внешнему осмотру, измеряют его электрические параметры и проверяют механические характеристики.

Восстановление проводится путем выдержки образца в нормальных атмосферных условиях в течении времени, достаточного для достижения температурной стабильности, но не менее 1 часа. В течении периода восстановления образец должен быть включен и находится под нагрузкой и измерения должны проводится непрерывно.

После восстановления проводят заключительные измерения. Образец подвергают внешнему осмотру, измеряют его электрические параметры и проверяют механические характеристики.

7.2 Холод

Испытания проводятся согласно ГОСТ 28199-89.

Прибор распаковывают и проводят первоначальные измерения. Образец подвергают внешнему осмотру, измеряют его электрические параметры и проверяют механические характеристики.

Затем прибор, имеющий температуру воздуха лаборатории, вносят в камеру в выключенном, готовом для эксплуатации состоянии. В камере должна быть установлена лабораторная температура. Затем температуру в камере доводят до -10°С, и предусматривают время, для достижения образцом температурной стабильности.

Во время выдержки проводятся промежуточные измерения без извлечения образца из камеры. Поскольку масса промышленного компьютера АРМ-ДНЦ до 20 кг, время выдержки составляет 16 часов.

После выдержки образца в камере производится его восстановление. Для удаления с образца капель воды его следует встряхнуть рукой или обдуть в течении короткого промежутка времени потоком воздуха комнатной температуры. Затем образец выдерживается в нормальных атмосферных условиях в течении времени, достаточного для достижения температурной стабильности, но не менее 1 часа. В течении периода восстановления образец должен быть включен и находится под нагрузкой и измерения должны проводится непрерывно.

8. Методика испытаний в соответствии с требованиями электробезопасности

При испытании на соответствие требованиям электробезопасности проверяется изоляция всех токоведущих частей по отношению к металлическим частям промышленного компьютера АРМ-ДНЦ. И сопротивление изоляции между всеми соединенными между собой токоведущими частями и металлическими частями промышленного компьютера АРМ-ДНЦ.

Испытания проводятся при температуре окружающего воздуха 20±5°С, и относительной влажности 65±15%.

Согласно нормативно-технической документации промышленного компьютера АРМ-ДНЦ при проведении испытания на все токоведущие части по отношению к корпусу подается переменный ток частотой 50Гц и напряжением 1000В. При этом трансмиттер должен выдерживать без пробоя и явлений разрядного характера 1 минуту. Мощность испытательной установки должна быть не менее 0,5 кВА.

Сопротивление изоляции между всеми соединенными между собой токоведущими частями и металлическими частями промышленного компьютера АРМ-ДНЦ измеряется мегомметром и должно быть не менее 25 МОм.

9. Методика испытаний на помехоустойчивость в условиях воздействия электромагнитных помех

.1 Устойчивость к электростатическим разрядам

Испытания на устойчивость к электростатическим разрядам производится в лаборатории методом контактного и воздушного разрядов.

Рабочее место должно быть оборудовано согласно ГОСТ Р 51317.4.2-99.

Промышленный компьютер АРМ-ДНЦ устанавливается и подключается к цепям электропитания и сигнальным цепям ввода-вывода в соответствии с технической документацией, а так же подключается к системе защитного заземления в соответствии с требованиями по эксплуатации.

Испытания должны проводится в нормальных климатических условиях (температура окружающей среды - 25±10°С; относительной влажности 45-80%; атмосферном давлении 630-800мм рт. ст.), а электромагнитная обстановка не должна влиять на результаты испытаний.

При проведении испытания промышленный компьютер АРМ-ДНЦ должен работать непрерывно в режиме, установленном в технической документации и обеспечивающем наибольшую восприимчивость к электростатическим разрядам.

Испытания проводятся при прямом и не прямом воздействии электростатического разряда на промышленный компьютер АРМ-ДНЦ.

При прямом воздействии электростатические разряды подаются только к тем точкам и поверхностям промышленный компьютер АРМ-ДНЦ, которые доступны обслуживающему персоналу только при его эксплуатации.

При непрямом воздействии электрические разряды должны подаваться на вертикальную и горизонтальную пластины связи, установленные относительно испытуемого образца согласно ГОСТ Р 51317.4.2-99.

При испытаниях контактным разрядом выходное напряжение на испытательном генераторе (ИГ) следует повышать от минимального до 6кВ, а при воздушном разряде до 8кВ. Наконечник разрядного электрода ИГ необходимо располагать перпендикулярно к поверхности на которую производится разряд. Испытание должно осуществляться одиночными электростатическими разрядами. На каждую выбранную точку и пластину связи производится не менее 10 одиночных разрядов с полярностью, соответствующей наибольшей восприимчивости, с интервалами в 1 с.

При контактных электростатических разрядах следует сначала прикоснуться наконечником разрядного электрода к поверхности промышленный компьютер АРМ-ДНЦ на которую производится разряд, а затем включить разрядный ключ ИГ. При воздушных разрядах круглый наконечник разрядного электрода следует по возможности быстрым движением (не вызывая механических повреждений поверхности) приблизить до прикосновения к измерительному техническому средству. Разрядный ключ, который используется для контактного разряда, должен быть постоянно замкнут.

Схема испытания представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема испытаний на устойчивость к электростатическим разрядам

9.2 Устойчивость к наносекундным импульсным помехам

Испытание на воздействие наносекундных импульсных помех (НИП) - это испытание пачками импульсов наносекундной длительности, подаваемых на порты электропитания, заземления и сигналов ввода-вывода.

Испытания на устойчивость к НИП производится в лаборатории. Рабочее место должно быть оборудовано согласно ГОСТ Р 51317.4.4-2007. Испытания должны проводится в нормальных климатических условиях (температура окружающей среды - 25±10°С; относительной влажности 45-80%; атмосферном давлении 630-800мм рт. ст.), а электромагнитная обстановка не должна влиять на результаты испытаний.

Промышленный компьютер АРМ-ДНЦ должен быть установлен и подключен к линиям электропитания, ввода/вывода и заземления в соответствии с технической документацией изготовителя. Заземляющие проводники, подключенные к пластине заземления, должны иметь минимальную индуктивность. Дополнительное заземление не допускается. Длина сигнальных кабелей и кабелей электропитания между устройствами связи и промышленным компьютером АРМ-ДНЦ должна быть не более 1м.

На порты электропитания промышленного компьютера АРМ-ДНЦ должны подаваться НИП от ИГ амплитудой 2кВ и частотой повторения 5кГц по схеме «првод-провод» через емкостные клещи связи или устройство связи/развязки.

На порты ввода-вывода промышленного компьютера АРМ-ДНЦ должны подаваться НИП от ИГ амплитудой 1кВ и частотой повторения 5кГц через емкостные клещи связи.

На порт заземления корпуса промышленного компьютера АРМ-ДНЦ должны подаваться НИП от ИГ амплитудой 2кВ и частотой повторения 5кГц устройство связи/развязки.

Испытания проводятся путем поочередной подачи импульсов обеих полярностей на порты. Длительность испытания должна составлять не менее 1 минуты.

Схема испытания представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема испытаний на устойчивость к НИП

9.3 Устойчивость к микросекундным импульсным помехам

Испытания на устойчивость к микросекундным импульсным помехам (МИП) производится в лаборатории согласно ГОСТ Р 51317.4.5-99. Испытания должны проводится в нормальных климатических условиях (температура окружающей среды - 25±10°С; относительной влажности 45-80%; атмосферном давлении 630-800мм рт. ст.), а электромагнитная обстановка не должна влиять на результаты испытаний.

Испытанию подлежат все входные и выходные цепи, а так же цепи электропитания.

Для испытания используем комбинированный ИГ МИП и устройства связи/развязки. Для цепей электропитания и для соединительных линий используем емкостную связь. Схема испытания представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема испытания на устойчивость к МИП

Поскольку электропитание промышленного компьютера осуществляется постоянным током, то испытания проводятся по схеме «провод-провод». Промышленный компьютер АРМ-ДНЦ должен быть установлен и подключен к линиям электропитания, ввода/вывода и заземления в соответствии с технической документацией изготовителя.

Испытания осуществляются путем подачи микросекундных импульсов напряжением 1кВ положительной и отрицательной полярности. При испытании необходимо подавать не менее 15 импульсов положительной и отрицательной полярности для каждого случая подачи помехи. В том числе не менее 5 импульсов в моменты прохождения кривой напряжения электропитания через 0, и через амплитудные значения положительной и отрицательной полярности. Импульсы необходимо подавать с частотой не более 1 импульса в минуту.

9.4 Устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания

Испытания на устойчивость к динамическим изменениям напряжения питания производится в лаборатории согласно ГОСТ Р 51317.4.11-99. Испытания должны проводится в нормальных климатических условиях (температура окружающей среды - 25±10°С; относительной влажности 45-80%; атмосферном давлении 630-800мм рт. ст.), а электромагнитная обстановка не должна влиять на результаты испытаний.

Схема испытания представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема испытания на устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания

Промышленный компьютер АРМ-ДНЦ подключается к сети электропитания через ИГ ДИН. Испытания проводят при провале, прерывании, выбросе напряжения.

При провале напряжение питания промышленного компьютера АРМ-ДНЦ должно составлять 16,8В, длительность изменения напряжения -50мс, период - 1с. При прерывание напряжение питания промышленного компьютера АРМ-ДНЦ должно равняться 0, длительность изменения напряжения -10мс, период - 0,2с. При выбросе напряжение питания промышленного компьютера АРМ-ДНЦ должно составлять 28,8В, длительность изменения напряжения -50мс, период - 1с.

Во время проведения испытаний напряжение электропитания устанавливается с точностью 2%. Промышленный компьютер АРМ-ДНЦ должен быть подвергнут испытаниям трех провалов, выбросов, прерываний с интервалами между каждым испытательным воздействием не менее 10с.

10. Методика контроля соответствия требованиям стойкости к воздействию механических нагрузок

промышленный компьютер нагрузка изоляция

Испытания производятся методом Fc согласно ГОСТ 28203-89.

Испытания осуществляются на вибростенде. Схема крепления промышленного компьютера к вибростенду представлена на рисунке 5.

Качение должно быть непрерывным синусоидальной формы. Частота качания должна изменяться во времени по экспоненциальному закону. Скорость качания должна равняться 1октаве/мин.

Степень жесткости испытания определяется сочетанием трех параметров: частотным диапазоном, амплитудой вибрации и длительности воздействия вибрации. Для промышленного компьютера диапазон частот составляет 5-55Гц, амплитуда вибрации (ускорение) - 0,2g, число циклов качания - 1.

Перед испытанием проводятся первоначальные измерения электрических параметров и проверка механических характеристик полупроводникового трансмиттера в соответствии с нормативно-технической документацией.

Во время выдержки промышленный компьютер АРМ-ДНЦ должен поочередно подвергаться воздействию вибрации в трех взаимно перпендикулярных направлениях, которые выбираются таким образом, чтобы легко было выявить повреждения. Управляющий сигнал поступает из проверочных точек и должен использоваться как для управления по одной, так и для управления по нескольким точкам. Время выдержки для промышленного компьютера АРМ-ДНЦ составляет 5мин.

После завершения испытания проводят заключительные измерения электрических параметров и проверку механических характеристик в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.

Рисунок 5 - Схема крепления ПК АРМ-ДНЦ к вибростенду

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы была дана общая характеристика промышленного компьютера АРМ-ДНЦ (ДЦ-Юг с РКП). Выбраны классы по устойчивости и прочности при применении по назначению в части воздействия механических нагрузок и климатических факторов, а так же класс жесткости по устойчивости к помехам. Выбраны нормы электрической прочности и электрического сопротивления изоляции.

Для промышленного компьютера АРМ-ДНЦ (ДЦ-Юг с РКП) были разработаны методики испытаний к воздействию климатических факторов, на соответствие требованиям электробезопасности, на помехоустойчивость в условиях воздействия электромагнитных помех. И разработана методика контроля соответствия промышленного компьютера АРМ-ДНЦ (ДЦ-Юг с РКП) требованиям стойкости к воздействию механических нагрузок.

Список использованных источников

1.    Сертификация и доказательство безопасности систем железнодорожной автоматики / В.В. Сапожников [и др.], под ред. В.В. Сапожникова - М.: Транспорт, 1997. - 288 с.

2.       Сороко В.И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник. В 2-х т. / В.И. Сороко, Б.А. Разумовский. - М.: Транспорт, 1981. - 352 с.

.        ОСТ 32.146-2000. Аппаратура железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Общие технические условия. - М.: МПС России, 2000 - 162 с.

.        ГОСТ Р 50656-2001. Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства железнодорожной автоматики и телемеханики. Требования и методы испытаний. - М.: Издательство стандартов, 2002 - 16 с.

.        ГОСТ 28200-89. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть2. Испытания. Испытание В: сухое тепло. - М.: Стандартинформ, 2008 - 28 с.

.        ГОСТ 28199-89. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть2. Испытания. Испытание А: холод. - М.: Стандартинформ, 2008 - 20 с.

.        ГОСТ Р 51317.4.2-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний. - М.: Издательство стандартов, 2001 - 20 с.

.        ГОСТ Р 51317.4.4-2007. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к наносекундным импульсным помехам. Требования и методы испытаний. - М.: Стандартинформ, 2008 - 22 с.

.        ГОСТ Р 51317.4.11-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний. - М.: Издательство стандартов, 2001 - 12 с.

.        ГОСТ 28203-89. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть2. Испытания. Испытание Fc и руководство: вибрация (синусоидальная). - М.: Стандартинформ, 2008 - 20 с.