基于單片機(jī)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(xiàng)目主要有三相異步電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制線路、連續(xù)運(yùn)行控制線路、正反轉(zhuǎn)控制線路、順啟逆停控制線路、降壓?jiǎn)?dòng)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(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。在教學(xué)過(guò)程中，教師對(duì)學(xué)生訓(xùn)練結(jié)果的檢查和考評(píng)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(huì)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(dòng)檢查學(xué)生接線所存在的問(wèn)題，并能提示接線故障的所在，禁止帶故障合閘通電試驗(yàn)，保證訓(xùn)練過(guò)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(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的管理軟件，可組成智能化的電氣控制實(shí)訓(xùn)室，能夠方便快捷地對(duì)每個(gè)學(xué)生的接線情況自動(dòng)記錄、自動(dòng)檢查評(píng)分，使教師有更多的時(shí)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(kāi)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(yàn)等方面的訓(xùn)練，通電試驗(yàn)前的檢查過(guò)程則由電氣控制線路接線故障診斷系統(tǒng)替代教師自動(dòng)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(jī)、節(jié)點(diǎn)切換矩陣、譯碼電路、題號(hào)識(shí)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(lái)看，接線板沒(méi)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(shí)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(duì)接線板正面的實(shí)際接線情況進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，如果接線正確，接線板上的無(wú)故障指示燈和允許通電指示燈點(diǎn)亮，按下通電按鈕即可接通電源對(duì)電氣控制線路進(jìn)行試驗(yàn)；否則有故障指示燈和禁止通電指示燈點(diǎn)亮，通電按鈕無(wú)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(shí)訓(xùn)室的管理計(jì)算機(jī)，由管理軟件繪出實(shí)際接線圖，標(biāo)出故障所在反饋給學(xué)生，同時(shí)根據(jù)故障級(jí)別統(tǒng)計(jì)評(píng)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(diǎn)切換矩陣。節(jié)點(diǎn)切換矩陣通過(guò)微型繼電器將接線板上各電器的接線樁依次接至檢測(cè)總線，由單片機(jī)判別檢測(cè)總線之間即接線板上兩個(gè)接線樁之間有無(wú)導(dǎo)線相連，再把檢測(cè)結(jié)果與儲(chǔ)存在單片機(jī)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(cuò)誤的數(shù)量和位置。
2．1 電機(jī)控制線路節(jié)點(diǎn)編碼
節(jié)點(diǎn)是電氣線路中導(dǎo)線的連接點(diǎn)，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(diǎn)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(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路為例，如圖2所示，電源接線柱為0號(hào)器件，電機(jī)接線柱為15(十六進(jìn)制數(shù)F)號(hào)器件，學(xué)生接線只限在此二接線柱以內(nèi)。各節(jié)點(diǎn)的編碼結(jié)果見(jiàn)表1(添加其他器件時(shí)，編碼方法類同)。

由圖2可得，電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路正確接線的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)表如表2所示。節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的編碼，低8位為從節(jié)點(diǎn)的編碼，每?jī)勺止?jié)表示主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)之間應(yīng)有導(dǎo)線連接。把表2的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)表數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在單片機(jī)內(nèi)，學(xué)生進(jìn)行電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路接線訓(xùn)練時(shí)，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(xiàng)目的電氣控制原理圖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)表，每個(gè)項(xiàng)目的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)表用惟一的題卡號(hào)為標(biāo)識(shí)，單片機(jī)依據(jù)題卡號(hào)提取對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)表并對(duì)實(shí)際接線的正確性進(jìn)行測(cè)評(píng)。