基于單片機的電氣控制線路接線故障診斷系統(tǒng)

0 引言
在電氣控制類課程的教學(xué)中，常規(guī)的訓(xùn)練項目主要有三相異步電動機的點動控制線路、連續(xù)運行控制線路、正反轉(zhuǎn)控制線路、順啟逆?？刂凭€路、降壓啟動控制線路、接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制線路的安裝、接線與調(diào)試等實訓(xùn)項目。在教學(xué)過程中，教師對學(xué)生訓(xùn)練結(jié)果的檢查和考評是一件很繁瑣的事，人工檢查效率低、安全性差，稍有不慎就會造成跳閘、燒毀線路等電氣事故。電氣控制線路接線故障診斷系統(tǒng)能夠自動檢查學(xué)生接線所存在的問題，并能提示接線故障的所在，禁止帶故障合閘通電試驗，保證訓(xùn)練過程的人身安全和設(shè)備安全。另外，配合接線故障診斷系統(tǒng)管理計算機以及相應(yīng)的管理軟件，可組成智能化的電氣控制實訓(xùn)室，能夠方便快捷地對每個學(xué)生的接線情況自動記錄、自動檢查評分，使教師有更多的時間指導(dǎo)學(xué)生提高接線能力及排出故障的能力，從而提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。

1 電氣控制線路接線故障診斷系統(tǒng)的組成
電氣控制線路接線板的正面排列著電氣控制線路所用的各種交流接觸器、繼電器、開關(guān)按鈕和狀態(tài)指示燈等電器，供學(xué)生進(jìn)行接線、故障排除和通電試驗等方面的訓(xùn)練，通電試驗前的檢查過程則由電氣控制線路接線故障診斷系統(tǒng)替代教師自動完成。電氣控制線路接線故障診斷系統(tǒng)的組成如圖1所示，該系統(tǒng)主要包括MCS-51單片機、節(jié)點切換矩陣、譯碼電路、題號識別電路、電源控制器和穩(wěn)壓電路等部分。

接線故障診斷系統(tǒng)的電路隱藏在接線板里面，用隱藏的導(dǎo)線把接線板上各種電器的接線樁與切換矩陣相連接。從表面來看，接線板沒有任何異樣，不影響學(xué)生進(jìn)行正常的接線訓(xùn)練，只在學(xué)生接線完成后接通三相交流電源時才啟用接線故障診斷系統(tǒng)。接線故障診斷系統(tǒng)能快速地對接線板正面的實際接線情況進(jìn)行自動檢測，如果接線正確，接線板上的無故障指示燈和允許通電指示燈點亮，按下通電按鈕即可接通電源對電氣控制線路進(jìn)行試驗；否則有故障指示燈和禁止通電指示燈點亮，通電按鈕無效。如果接線板聯(lián)網(wǎng)在線，則按下提交按鈕便把本次接線訓(xùn)練診斷結(jié)果的所有數(shù)據(jù)發(fā)送給實訓(xùn)室的管理計算機，由管理軟件繪出實際接線圖，標(biāo)出故障所在反饋給學(xué)生，同時根據(jù)故障級別統(tǒng)計評分。

2 接線故障診斷系統(tǒng)的工作原理
接線故障診斷系統(tǒng)的核心為節(jié)點切換矩陣。節(jié)點切換矩陣通過微型繼電器將接線板上各電器的接線樁依次接至檢測總線，由單片機判別檢測總線之間即接線板上兩個接線樁之間有無導(dǎo)線相連，再把檢測結(jié)果與儲存在單片機中的正確接線的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即可判別出接線的正確性以及接線錯誤的數(shù)量和位置。
2．1 電機控制線路節(jié)點編碼
節(jié)點是電氣線路中導(dǎo)線的連接點，接線故障診斷系統(tǒng)將接線板上各電器的接線樁進(jìn)行編碼。節(jié)點編碼采用8位二進(jìn)制數(shù)，高4位為器件編碼，低4位為器件中各接線樁的編碼。以電機正反轉(zhuǎn)控制線路為例，如圖2所示，電源接線柱為0號器件，電機接線柱為15(十六進(jìn)制數(shù)F)號器件，學(xué)生接線只限在此二接線柱以內(nèi)。各節(jié)點的編碼結(jié)果見表1(添加其他器件時，編碼方法類同)。

由圖2可得，電機正反轉(zhuǎn)控制線路正確接線的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)表如表2所示。節(jié)點網(wǎng)絡(luò)表中的每組數(shù)據(jù)由兩字節(jié)組成，高8位為主節(jié)點的編碼，低8位為從節(jié)點的編碼，每兩字節(jié)表示主節(jié)點與從節(jié)點之間應(yīng)有導(dǎo)線連接。把表2的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)表數(shù)據(jù)儲存在單片機內(nèi)，學(xué)生進(jìn)行電機正反轉(zhuǎn)控制線路接線訓(xùn)練時，接線故障診斷系統(tǒng)以此為依據(jù)判別接線正確與否。同理，把其他訓(xùn)練項目的電氣控制原理圖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)表，每個項目的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)表用惟一的題卡號為標(biāo)識，單片機依據(jù)題卡號提取對應(yīng)的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)表并對實際接線的正確性進(jìn)行測評。