基于单片机的电气控制线路接线故障诊断系统

基于单片机的电气控制线路接线故障诊断系统

 

 

   在电气控制类课程的教学中，常规的训练项目主要有三相异步电动机的点动控制线路、连续运行控制线路、正反转控制线路、顺启逆停控制线路、降压启动控制线路、接触器联锁正反转控制线路的安装、接线与调试等实训项目。在教学过程中，教师对学生训练结果的检查和考是一件很繁琐的事，人工检查效率低、安全性差，稍有不慎就会造成跳闸、烧毁线路等电气事故。电气控制线路接线故障诊断系统能够自动检查学生接线所存在的问题，并能提示接线故障的所在，禁止带故障合闸通电试验，保证训练过程的人身安全和设备安全。

 

　　接线故障诊断系统的工作原理

　　接线故障诊断系统的核心为节点切换矩阵。节点切换矩阵通过微型继电器将接线板上各电器的接线桩依次接至检测总线，由单片机判别检测总线之间即接线板上两个接线桩之间有无导线相连，再把检测结果与储存在单片机中的正确接线的相关数据进行比较，即可判别出接线的正确性以及接线错误的数量和位置。

　

　　节点是电气线路中导线的连接点，接线故障诊断系统将接线板上各电器的接线桩进行编码。节点编码采用8位二进制数，高4位为器件编码，低4位为器件中各接线桩的编码。以电机正反转控制线路为例，如图2所示，电源接线柱为0号器件，电机接线柱为15(十六进制数F)号器件，学生接线只限在此二接线柱以内。各节点的编码结果见表。

　　，电机正反转控制线路正确接线的节点网络表如表2所示。节点网络表中的每组数据由两字节组成，高8位为主节点的编码，低8位为从节点的编码，每两字节表示主节点与从节点之间应有导线连接。把表2的节点网络表数据储存在单片机内，学生进行电机正反转控制线路接线训练时，接线故障诊断系统以此为依据判别接线正确与否。同理，把其他训练项目的电气控制原理图转换为相应的节点网络表，每个项目的节点网络表用惟一的题卡号为标识，单片机依据题卡号提取对应的节点网络表并对实际接线的正确性进行测。

　　节点切换矩阵工作原理

　　表1中各电器元件的接线桩(即节点)均用导线连接至节点切换矩阵的微型继电器，通过继电器把节点和检测总线(分为主总线和从总线)相连通。接线故障诊断时，单片机读取接线网络表的数据(如表2中的0111H)，将高位(01H)由P1口送至译码电路1译码后，相应继电器吸合，使对应的01号节点(电源接线柱的1号接线桩)与主总线接通；同时将低位(11H)由P2口送至译码电路2译码后，相应继电器吸合，使对应的11号节点(交流接触器KM1的1号接线桩)与从总线接通。主总线接至单片机的P3．3，从总线接至P3．4，由单片机判别主从总线间也就是电源接线柱的1号接线桩与交流接触器KM1的1号接线桩之间有无接线。只要把表1中的节点编码依次由P2口发出，即可检测01号节点与其他节点的接线情况。所以，通过节点切换矩阵可以检测任意两个节点之间有无接线，再把检测结果与正确接线的节点网络表进行比较，即可得出错误接线的位置，也可据此进行分。

　　P3．2为节点切换矩阵的使能控制，当检测结束后，P3．2使节点切换矩阵无效，所有继电器释放，使故障检测电路和电机控制线路完全隔离，不受电机控制线路通电试验的影响。

　　主从总线间有无接线的检测原理

　　从总线通过1kΩ电阻接地，单片机由P3．3向主总线发出1MHz的方波，如果主从总线间有导线连接，则P3．4读取的数据也是AAH；如果主从总线间无导线连接，则P3．4读取的数据为00H。若P3．4读取的数据为其他值则说明主从总线间有导线连接但接触不良，将其标记为FFH。所以从P3．4读取的数据反映出连接在主从总线间的两个节点的接线情况。例如检测节点0111时，如果01节点和11节点之间有导线连接，则检测结果为0111AAH；若无导线连接则检测结果为011100H；若接触不良则检测结果为0111FFH。检测结果发送给管理计算机，管理软件用图形方式还原接线板实际接线的情况并标注出错误所在。

　　单片机程序的主要功能如下：

　　(1)控制接线板的电源，有允许通电和禁止通电两种状态，通过相应的指示灯作指引。只有诊断无故障才允许通电，其余时间禁止通电。

　　(2)检测题卡号，未插题卡时禁止通电，按下诊断按钮时检测所有节点的接线情况，有故障指示灯闪亮。已插题卡时检测题卡号并查找对应的节点网络表，按下诊断按钮时检测所有节点的接线情况，将检测结果与节点网络表进行比较，相符时点亮无故障指示灯，允许通电；不相符时点亮有故障指示灯，禁止通电。无论何时，当检测结束后均释放节点切换矩阵的所有继电器并将其锁定。

　　(3)按下提交按钮时，若还未诊断则先诊断，然后将接线板号、题卡号、诊断结果的数据发送给管理计算机。发送成功则点亮提交状态指示灯，若接线板不在线或数据发送失败则提交状态指示灯闪亮。

　　智能化电气控制实训室由管理计算机(简称教师机)、学生实训台组成，电气控制线路接线板安装在实训台上，通过RS485总线与教师机联网。电气控制实训室的网络拓扑结构如图3所示。

　　智能化电气控制实训室的使用有三种模式：基本训练时接线板可不联网，学生接线后由接线故障诊断系统替代教师进行检查，有故障时学生自行检测直至故障排除；综合训练时接线板联网，学生将结果提交给教师，有故障时由教师引导学生进行排除，同时计时并分；技能考时接线板联网，教师发题后开始接线并计时，考试时间到，由教师机对还未提交的考生强制诊断并提交，及时打印、公布考成绩且能指出接线错误所在及扣分情况，实现智能考，确保技能考的公平与公正。

　　电气控制线路接线故障诊断系统以及智能化电气控制实训室，以其准确、快捷、高效的性能，提高了教学效果和教学效率。对促进学生学习主动性、减轻教师教学负担、确保考的公平与公正等方面有着积极意义。