基于51單片機的電氣控制線(xiàn)路接線(xiàn)故障診斷系統

0 引言
在電氣控制類(lèi)課程的教學(xué)中，常規的訓練項目主要有三相異步電動(dòng)機的點(diǎn)動(dòng)控制線(xiàn)路、連續運行控制線(xiàn)路、正反轉控制線(xiàn)路、順啟逆?？刂凭€(xiàn)路、降壓?jiǎn)?dòng)控制線(xiàn)路、接觸器聯(lián)鎖正反轉控制線(xiàn)路的安裝、接線(xiàn)與調試等實(shí)訓項目。在教學(xué)過(guò)程中，教師對學(xué)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(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，保證訓練過(guò)程的人身安全和設備安全。另外，配合接線(xiàn)故障診斷系統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(shí)訓室，能夠方便快捷地對每個(gè)學(xué)生的接線(xiàn)情況自動(dòng)記錄、自動(dòng)檢查評分，使教師有更多的時(shí)間指導學(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)故障診斷系統的組成
電氣控制線(xiàn)路接線(xiàn)板的正面排列著(zhù)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等方面的訓練，通電試驗前的檢查過(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)故障診斷系統的組成如圖1所示，該系統主要包括MCS-51單片機、節點(diǎn)切換矩陣、譯碼電路、題號識別電路、電源控制器和穩壓電路等部分。

接線(xiàn)故障診斷系統的電路隱藏在接線(xiàn)板里面，用隱藏的導線(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。接線(xiàn)故障診斷系統能快速地對接線(xiàn)板正面的實(shí)際接線(xiàn)情況進(jìn)行自動(dòng)檢測，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電氣控制線(xiàn)路進(jìn)行試驗；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)訓練診斷結果的所有數據發(fā)送給實(shí)訓室的管理計算機，由管理軟件繪出實(shí)際接線(xiàn)圖，標出故障所在反饋給學(xué)生，同時(shí)根據故障級別統計評分。

2 接線(xiàn)故障診斷系統的工作原理
接線(xiàn)故障診斷系統的核心為節點(diǎn)切換矩陣。節點(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)樁依次接至檢測總線(xiàn)，由單片機判別檢測總線(xiàn)之間即接線(xiàn)板上兩個(gè)接線(xiàn)樁之間有無(wú)導線(xiàn)相連，再把檢測結果與儲存在單片機中的正確接線(xiàn)的相關(guān)數據進(jìn)行比較，即可判別出接線(xiàn)的正確性以及接線(xiàn)錯誤的數量和位置。
2．1 電機控制線(xiàn)路節點(diǎn)編碼
節點(diǎn)是電氣線(xiàn)路中導線(xiàn)的連接點(diǎn)，接線(xiàn)故障診斷系統將接線(xiàn)板上各電器的接線(xiàn)樁進(jìn)行編碼。節點(diǎn)編碼采用8位二進(jìn)制數，高4位為器件編碼，低4位為器件中各接線(xiàn)樁的編碼。以電機正反轉控制線(xiàn)路為例，如圖2所示，電源接線(xiàn)柱為0號器件，電機接線(xiàn)柱為15(十六進(jìn)制數F)號器件，學(xué)生接線(xiàn)只限在此二接線(xiàn)柱以?xún)?。各節點(diǎn)的編碼結果見(jiàn)表1(添加其他器件時(shí)，編碼方法類(lèi)同)。

由圖2可得，電機正反轉控制線(xiàn)路正確接線(xiàn)的節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )表如表2所示。節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )表中的每組數據由兩字節組成，高8位為主節點(diǎn)的編碼，低8位為從節點(diǎn)的編碼，每?jì)勺止澅硎局鞴濣c(diǎn)與從節點(diǎn)之間應有導線(xiàn)連接。把表2的節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )表數據儲存在單片機內，學(xué)生進(jìn)行電機正反轉控制線(xiàn)路接線(xiàn)訓練時(shí)，接線(xiàn)故障診斷系統以此為依據判別接線(xiàn)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點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )表，每個(gè)項目的節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )表用惟一的題卡號為標識，單片機依據題卡號提取對應的節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )表并對實(shí)際接線(xiàn)的正確性進(jìn)行測評。