引言

在電氣控制類(lèi)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(xiàn)路、連續(xù)運(yùn)行控制線(xiàn)路、正反轉(zhuǎn)控制線(xiàn)路、順啟逆?？刂凭€(xiàn)路、降壓?jiǎn)?dòng)控制線(xiàn)路、接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制線(xiàn)路的安裝、接線(xiàn)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*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(xiàn)路等電氣事故。電氣控制線(xiàn)路接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢查學(xué)生接線(xiàn)所存在的問(wèn)題，并能提示接線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)情況自動(dòng)記錄、自動(dòng)檢查*分，使教師有更多的時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生提高接線(xiàn)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(xiàn)路接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)的組成

電氣控制線(xiàn)路接線(xiàn)板的正面排列著電氣控制線(xiàn)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(xiàn)、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(xiàn)路接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)替代教師自動(dòng)完成。電氣控制線(xiàn)路接線(xiàn)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(xiàn)故障診斷系統(tǒng)的電路隱藏在接線(xiàn)板里面，用隱藏的導(dǎo)線(xiàn)把接線(xiàn)板上各種電器的接線(xiàn)樁與切換矩陣相連接。從表面來(lái)看，接線(xiàn)板沒(méi)有任何異樣，不影響學(xué)生進(jìn)行正常的接線(xiàn)訓(xùn)練，只在學(xué)生接線(xiàn)完成后接通三相交流電源時(shí)才啟用接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)。接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)能快速地對(duì)接線(xiàn)板正面的實(shí)際接線(xiàn)情況進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，如果接線(xiàn)正確，接線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)板聯(lián)網(wǎng)在線(xiàn)，則按下提交按鈕便把本次接線(xiàn)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(xiàn)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)*分。

2 接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)的工作原理

接線(xiàn)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(xiàn)板上各電器的接線(xiàn)樁依次接至檢測(cè)總線(xiàn)，由單片機(jī)判別檢測(cè)總線(xiàn)之間即接線(xiàn)板上兩個(gè)接線(xiàn)樁之間有無(wú)導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即可判別出接線(xiàn)的正確性以及接線(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)量和位置。

2．1 電機(jī)控制線(xiàn)路節(jié)點(diǎn)編碼

節(jié)點(diǎn)是電氣線(xiàn)路中導(dǎo)線(xiàn)的連接點(diǎn)，接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)將接線(xiàn)板上各電器的接線(xiàn)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(xiàn)樁的編碼。以電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線(xiàn)路為例，如圖2所示，電源接線(xiàn)柱為0號(hào)器件，電機(jī)接線(xiàn)柱為15(十六進(jìn)制數(shù)F)號(hào)器件，學(xué)生接線(xiàn)只限在此二接線(xiàn)柱以?xún)?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(lèi)同)。

由圖2可得，電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線(xiàn)路正確接線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)路接線(xiàn)訓(xùn)練時(shí)，接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)以此為依據(jù)判別接線(xiàn)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(xiàn)的正確性進(jìn)行測(cè)*。

2．2 節(jié)點(diǎn)切換矩陣工作原理

表1中各電器元件的接線(xiàn)樁(即節(jié)點(diǎn))均用導(dǎo)線(xiàn)連接至節(jié)點(diǎn)切換矩陣的微型繼電器，通過(guò)繼電器把節(jié)點(diǎn)和檢測(cè)總線(xiàn)(分為主總線(xiàn)和從總線(xiàn))相連通。接線(xiàn)故障診斷時(shí)，單片機(jī)讀取接線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(yīng)繼電器吸合，使對(duì)應(yīng)的01號(hào)節(jié)點(diǎn)(電源接線(xiàn)柱的1號(hào)接線(xiàn)樁)與主總線(xiàn)接通；同時(shí)將低位(11H)由P2口送至譯碼電路2譯碼后，相應(yīng)繼電器吸合，使對(duì)應(yīng)的11號(hào)節(jié)點(diǎn)(交流接觸器KM1的1號(hào)接線(xiàn)樁)與從總線(xiàn)接通。主總線(xiàn)接至單片機(jī)的P3．3，從總線(xiàn)接至P3．4，由單片機(jī)判別主從總線(xiàn)間也就是電源接線(xiàn)柱的1號(hào)接線(xiàn)樁與交流接觸器KM1的1號(hào)接線(xiàn)樁之間有無(wú)接線(xiàn)。只要把表1中的節(jié)點(diǎn)編碼依次由P2口發(fā)出，即可檢測(cè)01號(hào)節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的接線(xiàn)情況。所以，通過(guò)節(jié)點(diǎn)切換矩陣可以檢測(cè)任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間有無(wú)接線(xiàn)，再把檢測(cè)結(jié)果與正確接線(xiàn)的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)行比較，即可得出錯(cuò)誤接線(xiàn)的位置，也可據(jù)此進(jìn)行*分。

P3．2為節(jié)點(diǎn)切換矩陣的使能控制，當(dāng)檢測(cè)結(jié)束后，P3．2使節(jié)點(diǎn)切換矩陣無(wú)效，所有繼電器釋放，使故障檢測(cè)電路和電機(jī)控制線(xiàn)路完全隔離，不受電機(jī)控制線(xiàn)路通電試驗(yàn)的影響。

2．3 主從總線(xiàn)間有無(wú)接線(xiàn)的檢測(cè)原理

從總線(xiàn)通過(guò)1 kΩ電阻接地，單片機(jī)由P3．3向主總線(xiàn)發(fā)出1 MHz的方波(10101010即AAH)，如果主從總線(xiàn)間有導(dǎo)線(xiàn)連接，則P3．4讀取的數(shù)據(jù)也是AAH；如果主從總線(xiàn)間無(wú)導(dǎo)線(xiàn)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(shuō)明主從總線(xiàn)間有導(dǎo)線(xiàn)連接但接觸不良，將其標(biāo)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(xiàn)間的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的接線(xiàn)情況。例如檢測(cè)節(jié)點(diǎn)0111時(shí)，如果01節(jié)點(diǎn)和11節(jié)點(diǎn)之間有導(dǎo)線(xiàn)連接，則檢測(cè)結(jié)果為0111AAH；若無(wú)導(dǎo)線(xiàn)連接則檢測(cè)結(jié)果為011100H；若接觸不良則檢測(cè)結(jié)果為0111FFH。檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給管理計(jì)算機(jī)，管理軟件用圖形方式還原接線(xiàn)板實(shí)際接線(xiàn)的情況并標(biāo)注出錯(cuò)誤所在。

2．4 題號(hào)識(shí)別電路工作原理

每張題卡為一個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目，上面印著該項(xiàng)目的電氣控制原理圖及接線(xiàn)要求。每個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目的題卡有惟一的編號(hào)。題卡內(nèi)隱藏3個(gè)磁片，當(dāng)題卡插入接線(xiàn)板上的題卡框內(nèi)時(shí)，對(duì)應(yīng)磁片位置的干簧管動(dòng)作，將題卡編號(hào)輸入單片機(jī)的P3．5，P3．6，P3．7，單片機(jī)查找對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)表并以此為依據(jù)檢測(cè)接線(xiàn)是否正確。

3 接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

電氣控制線(xiàn)路接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)的軟件分為單片機(jī)程序和計(jì)算機(jī)管理軟件兩部分。

單片機(jī)程序的主要功能如下：

(1)控制接線(xiàn)板的電源，有允許通電和禁止通電兩種狀態(tài)，通過(guò)相應(yīng)的指示燈作指引。只有診斷無(wú)故障才允許通電，其余時(shí)間禁止通電。

(2)檢測(cè)題卡號(hào)，未插題卡時(shí)禁止通電，按下診斷按鈕時(shí)檢測(cè)所有節(jié)點(diǎn)的接線(xiàn)情況，有故障指示燈閃亮。已插題卡時(shí)檢測(cè)題卡號(hào)并查找對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)表，按下診斷按鈕時(shí)檢測(cè)所有節(jié)點(diǎn)的接線(xiàn)情況，將檢測(cè)結(jié)果與節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)行比較，相符時(shí)點(diǎn)亮無(wú)故障指示燈，允許通電；不相符時(shí)點(diǎn)亮有故障指示燈，禁止通電。無(wú)論何時(shí)，當(dāng)檢測(cè)結(jié)束后均釋放節(jié)點(diǎn)切換矩陣的所有繼電器并將其鎖定。

(3)按下提交按鈕時(shí)，若還未診斷則先診斷，然后將接線(xiàn)板號(hào)、題卡號(hào)、診斷結(jié)果的數(shù)據(jù)發(fā)送給管理計(jì)算機(jī)。發(fā)送成功則點(diǎn)亮提交狀態(tài)指示燈，若接線(xiàn)板不在線(xiàn)或數(shù)據(jù)發(fā)送失敗則提交狀態(tài)指示燈閃亮。

計(jì)算機(jī)管理軟件的主要功能如下：

(1)班級(jí)、名單、實(shí)訓(xùn)成績(jī)管理。

(2)實(shí)訓(xùn)板在線(xiàn)狀態(tài)指示、提交狀態(tài)指示、接線(xiàn)時(shí)間計(jì)時(shí)。

(3)接收接線(xiàn)板提交的數(shù)據(jù)，顯示題卡號(hào)和正確的原理圖及接線(xiàn)圖，重現(xiàn)接線(xiàn)板實(shí)際的原理圖和接線(xiàn)圖，標(biāo)注錯(cuò)誤的接線(xiàn)。

(4)根據(jù)實(shí)際接線(xiàn)的錯(cuò)誤數(shù)量及錯(cuò)誤程度自動(dòng)*分，*分結(jié)果自動(dòng)錄入成績(jī)單。

(5)技能鑒定考試時(shí)自動(dòng)發(fā)題(把考生抽取的題號(hào)自動(dòng)發(fā)送至接線(xiàn)板)，考試結(jié)束后控制接線(xiàn)板自動(dòng)進(jìn)行診斷并提交結(jié)果，生成考*成績(jī)。

4 智能化電氣控制實(shí)訓(xùn)室的構(gòu)成

智能化電氣控制實(shí)訓(xùn)室由管理計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)教師機(jī))、學(xué)生實(shí)訓(xùn)臺(tái)組成，電氣控制線(xiàn)路接線(xiàn)板安裝在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上，通過(guò)RS 485總線(xiàn)與教師機(jī)聯(lián)網(wǎng)。電氣控制實(shí)訓(xùn)室的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

智能化電氣控制實(shí)訓(xùn)室的使用有三種模式：基本訓(xùn)練時(shí)接線(xiàn)板可不聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生接線(xiàn)后由接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)替代教師進(jìn)行檢查，有故障時(shí)學(xué)生自行檢測(cè)直至故障排除；綜合訓(xùn)練時(shí)接線(xiàn)板聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生將結(jié)果提交給教師，有故障時(shí)由教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行排除，同時(shí)計(jì)時(shí)并*分；技能考*時(shí)接線(xiàn)板聯(lián)網(wǎng)，教師發(fā)題后開(kāi)始接線(xiàn)并計(jì)時(shí)，考試時(shí)間到，由教師機(jī)對(duì)還未提交的考生強(qiáng)制診斷并提交，及時(shí)打印、公布考*成績(jī)且能指出接線(xiàn)錯(cuò)誤所在及扣分情況，實(shí)現(xiàn)智能考*，確保技能考*的公平與公正。

5結(jié)語(yǔ)

電氣控制線(xiàn)路接線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)以及智能化電氣控制實(shí)訓(xùn)室，以其準(zhǔn)確、快捷、高效的性能，提高了教學(xué)效果和教學(xué)效率。對(duì)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、減輕教師教學(xué)負(fù)擔(dān)、確保考*的公平與公正等方面有著積極意義。