基于51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中，常規(guī)的訓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、正反轉控制線路、順啟逆停控制線路、降壓啟動控制線路、接觸器聯(lián)鎖正反轉控制線路的安裝、接線與調試等實訓項目。在教學過程中，教師對學生訓練結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，保證訓練過程的人身安全和設備安全。另外，配合接線故障診斷系統(tǒng)管理計算機以及相應的管理軟件，可組成智能化的電氣控制實訓室，能夠方便快捷地對每個學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學生提高接線能力及排出故障的能力，從而提高教學效率和教學效果。

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、開關按鈕和狀態(tài)指示燈等電器，供學生進行接線、故障排除和通電試驗等方面的訓練，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，不影響學生進行正常的接線訓練，只在學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練診斷結果的所有數(shù)據(jù)發(fā)送給實訓室的管理計算機，由管理軟件繪出實際接線圖，標出故障所在反饋給學生，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線相連，再把檢測結果與儲存在單片機中的正確接線的相關數(shù)據(jù)進行比較，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行編碼。節(jié)點編碼采用8位二進制數(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(十六進制數(shù)F)號器件，學生接線只限在此二接線柱以內。各節(jié)點的編碼結果見表1(添加其他器件時，編碼方法類同)。

由圖2可得，電機正反轉控制線路正確接線的節(jié)點網(wǎng)絡表如表2所示。節(jié)點網(wǎng)絡表中的每組數(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)點之間應有導線連接。把表2的節(jié)點網(wǎng)絡表數(shù)據(jù)儲存在單片機內，學生進行電機正反轉控制線路接線訓練時，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，把其他訓練項目的電氣控制原理圖轉換為相應的節(jié)點網(wǎng)絡表，每個項目的節(jié)點網(wǎng)絡表用惟一的題卡號為標識，單片機依據(jù)題卡號提取對應的節(jié)點網(wǎng)絡表并對實際接線的正確性進行測評。