基于51單片機的電氣控制線路接線故障診斷系統(tǒng)
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表1中各電器元件的接線樁(即節(jié)點)均用導線連接至節(jié)點切換矩陣的微型繼電器，通過繼電器把節(jié)點和檢測總線(分為主總線和從總線)相連通。接線故障診斷時，單片機讀取接線網(wǎng)絡表的數(shù)據(jù)(如表2中的0111H)，將高位(01H)由P1口送至譯碼電路1譯碼后，相應繼電器吸合，使對應的01號節(jié)點(電源接線柱的1號接線樁)與主總線接通；同時將低位(11H)由P2口送至譯碼電路2譯碼后，相應繼電器吸合，使對應的11號節(jié)點(交流接觸器KM1的1號接線樁)與從總線接通。主總線接至單片機的P3．3，從總線接至P3．4，由單片機判別主從總線間也就是電源接線柱的1號接線樁與交流接觸器KM1的1號接線樁之間有無接線。只要把表1中的節(jié)點編碼依次由P2口發(fā)出，即可檢測01號節(jié)點與其他節(jié)點的接線情況。所以，通過節(jié)點切換矩陣可以檢測任意兩個節(jié)點之間有無接線，再把檢測結(jié)果與正確接線的節(jié)點網(wǎng)絡表進行比較，即可得出錯誤接線的位置，也可據(jù)此進行評分。
P3．2為節(jié)點切換矩陣的使能控制，當檢測結(jié)束后，P3．2使節(jié)點切換矩陣無效，所有繼電器釋放，使故障檢測電路和電機控制線路完全隔離，不受電機控制線路通電試驗的影響。
2．3 主從總線間有無接線的檢測原理
從總線通過1 kΩ電阻接地，單片機由P3．3向主總線發(fā)出1 MHz的方波(10101010即AAH)，如果主從總線間有導線連接，則P3．4讀取的數(shù)據(jù)也是AAH；如果主從總線間無導線連接，則P3．4讀取的數(shù)據(jù)為00H。若P3．4讀取的數(shù)據(jù)為其他值則說明主從總線間有導線連接但接觸不良，將其標記為FFH。所以從P3．4讀取的數(shù)據(jù)反映出連接在主從總線間的兩個節(jié)點的接線情況。例如檢測節(jié)點0111時，如果01節(jié)點和11節(jié)點之間有導線連接，則檢測結(jié)果為0111AAH；若無導線連接則檢測結(jié)果為011100H；若接觸不良則檢測結(jié)果為0111FFH。檢測結(jié)果發(fā)送給管理計算機，管理軟件用圖形方式還原接線板實際接線的情況并標注出錯誤所在。
2．4 題號識別電路工作原理
每張題卡為一個訓練項目，上面印著該項目的電氣控制原理圖及接線要求。每個訓練項目的題卡有惟一的編號。題卡內(nèi)隱藏3個磁片，當題卡插入接線板上的題卡框內(nèi)時，對應磁片位置的干簧管動作，將題卡編號輸入單片機的P3．5，P3．6，P3．7，單片機查找對應的節(jié)點網(wǎng)絡表并以此為依據(jù)檢測接線是否正確。
3 接線故障診斷系統(tǒng)的軟件設計
電氣控制線路接線故障診斷系統(tǒng)的軟件分為單片機程序和計算機管理軟件兩部分。
單片機程序的主要功能如下：
(1)控制接線板的電源，有允許通電和禁止通電兩種狀態(tài)，通過相應的指示燈作指引。只有診斷無故障才允許通電，其余時間禁止通電。
(2)檢測題卡號，未插題卡時禁止通電，按下診斷按鈕時檢測所有節(jié)點的接線情況，有故障指示燈閃亮。已插題卡時檢測題卡號并查找對應的節(jié)點網(wǎng)絡表，按下診斷按鈕時檢測所有節(jié)點的接線情況，將檢測結(jié)果與節(jié)點網(wǎng)絡表進行比較，相符時點亮無故障指示燈，允許通電；不相符時點亮有故障指示燈，禁止通電。無論何時，當檢測結(jié)束后均釋放節(jié)點切換矩陣的所有繼電器并將其鎖定。
(3)按下提交按鈕時，若還未診斷則先診斷，然后將接線板號、題卡號、診斷結(jié)果的數(shù)據(jù)發(fā)送給管理計算機。發(fā)送成功則點亮提交狀態(tài)指示燈，若接線板不在線或數(shù)據(jù)發(fā)送失敗則提交狀態(tài)指示燈閃亮。
計算機管理軟件的主要功能如下：
(1)班級、名單、實訓成績管理。
(2)實訓板在線狀態(tài)指示、提交狀態(tài)指示、接線時間計時。
(3)接收接線板提交的數(shù)據(jù)，顯示題卡號和正確的原理圖及接線圖，重現(xiàn)接線板實際的原理圖和接線圖，標注錯誤的接線。
(4)根據(jù)實際接線的錯誤數(shù)量及錯誤程度自動評分，評分結(jié)果自動錄入成績單。
(5)技能鑒定考試時自動發(fā)題(把考生抽取的題號自動發(fā)送至接線板)，考試結(jié)束后控制接線板自動進行診斷并提交結(jié)果，生成考評成績。
4 智能化電氣控制實訓室的構(gòu)成
智能化電氣控制實訓室由管理計算機(簡稱教師機)、學生實訓臺組成，電氣控制線路接線板安裝在實訓臺上，通過RS 485總線與教師機聯(lián)網(wǎng)。電氣控制實訓室的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示。
智能化電氣控制實訓室的使用有三種模式：基本訓練時接線板可不聯(lián)網(wǎng)，學生接線后由接線故障診斷系統(tǒng)替代教師進行檢查，有故障時學生自行檢測直至故障排除；綜合訓練時接線板聯(lián)網(wǎng)，學生將結(jié)果提交給教師，有故障時由教師引導學生進行排除，同時計時并評分；技能考評時接線板聯(lián)網(wǎng)，教師發(fā)題后開始接線并計時，考試時間到，由教師機對還未提交的考生強制診斷并提交，及時打印、公布考評成績且能指出接線錯誤所在及扣分情況，實現(xiàn)智能考評，確保技能考評的公平與公正。
5結(jié)語
電氣控制線路接線故障診斷系統(tǒng)以及智能化電氣控制實訓室，以其準確、快捷、高效的性能，提高了教學效果和教學效率。對促進學生學習主動性、減輕教師教學負擔、確?？荚u的公平與公正等方面有著積極意義。
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