基于51单片机的电气控制线路接线故障诊断系统

0 引言
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评是一件很繁琐的事，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。另外，配合接线故障诊断系统管理计算机以及相应的管理软件，可组成智能化的电气控制实训室，能够方便快捷地对每个学生的接线情况自动记录、自动检查评分，使教师有更多的时间指导学生提高接线能力及排出故障的能力，从而提高教学效率和教学效果。

1 电气控制线路接线故障诊断系统的组成
电气控制线路接线板的正面排列着电气控制线路所用的各种交流接触器、继电器、开关按钮和状态指示灯等电器，供学生进行接线、故障排除和通电试验等方面的训练，通电试验前的检查过程则由电气控制线路接线故障诊断系统替代教师自动完成。电气控制线路接线故障诊断系统的组成如图1所示，该系统主要包括MCS-51单片机、节点切换矩阵、译码电路、题号识别电路、电源控制器和稳压电路等部分。

接线故障诊断系统的电路隐藏在接线板里面，用隐藏的导线把接线板上各种电器的接线桩与切换矩阵相连接。从表面来看，接线板没有任何异样，不影响学生进行正常的接线训练，只在学生接线完成后接通三相交流电源时才启用接线故障诊断系统。接线故障诊断系统能快速地对接线板正面的实际接线情况进行自动检测，如果接线正确，接线板上的无故障指示灯和允许通电指示灯点亮，按下通电按钮即可接通电源对电气控制线路进行试验；否则有故障指示灯和禁止通电指示灯点亮，通电按钮无效。如果接线板联网在线，则按下提交按钮便把本次接线训练诊断结果的所有数据发送给实训室的管理计算机，由管理软件绘出实际接线图，标出故障所在反馈给学生，同时根据故障级别统计评分。

2 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。
2．1 电机控制线路节点编码
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1(添加其他器件时，编码方法类同)。

由图2可得，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评。 2．2 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