基于機電設備電氣控制線路排故的仿真系統(tǒng)設計

摘要：本文通過對機電設備電氣控制線路排故步驟的分析，設計了一種用于機電設備電氣控制線路排故練習的仿真軟件系統(tǒng)，軟件實現(xiàn)了排故仿真功能，可以人工設置故障點，能夠判斷檢測結果是否正確。仿真測試表明在沒有實際或模擬設備的情況下，通過仿真軟件可以快速掌握機電設備電氣線路的正確排故步驟和故障分析。

Abstract： The paper analyzed the electrical control circuit troubleshooting steps of the electrical and mechanical equipment， designed a simulation software system which is used in the electrical control circuit troubleshooting practice of them. The software has the simulation function of the electrical circuit troubleshooting. Fault point can be set manually and it can judge whether the test result is correct. Simulation tests show， in the absence of actual or simulated equipment， that the simulation software can help students master the correct electrical wiring troubleshooting steps and failure analysis for the mechanical and electrical equipment.

關鍵詞：電氣控制線路；排故；培訓；仿真

Key words： electrical control circuit；troubleshooting；training；simulation

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）29-0156-03

0 引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展的轉型升級，工業(yè)企業(yè)自動化設備的普及率越來越高，自動化設備維修保養(yǎng)人員需求量直線上升，其中機電設備電氣控制線路維修保養(yǎng)人員的就業(yè)崗位增量尤為顯著。為了更好滿足實際需求，向企業(yè)提供更多的機電設備電氣控制線路維修人員，學校及培訓機構都在努力提高培訓效率，縮短培訓周期。

一般情況下，學員通過在實際或模擬設備上反復練習，才能熟練掌握機電設備的電氣控制線路排故方法。學校及培訓機構受場地、實際或模擬設備數(shù)量及培訓時間等眾多因素限制，培訓效率不高，培訓周期較長；同時，實際或模擬設備開發(fā)周期長、成本高也阻礙培訓工作的廣泛開展。針對以上缺點，本文設計了一種排故仿真軟件系統(tǒng)，該仿真軟件系統(tǒng)開發(fā)周期短，便捷，高效，很好地解決了上述問題。

1 排故方法簡介

以圖1所示電路系統(tǒng)說明電壓排故法排故步驟，圖中電路參數(shù)如下：E=6V，小燈泡的額定電壓U=6V，K為開關。

當整個電路系統(tǒng)存在故障時（排除電源功能存在故障），電壓排故法步驟如下：以開關K作為分界，將整個電路回路分為兩個支路，支路一為6-5-4-3，支路二為1-2。

①將電壓表測量檔位調(diào)整到直流電壓20V，一只表筆放在1號接線柱上，另一只表筆放在6號導線上，測量結果有兩種可能性：1）電壓表顯示讀數(shù)6V，表明6號接線柱與6號導線連接正常，沒有故障，需要繼續(xù)按序查找故障點。2）電壓表顯示讀數(shù)為0V，表明6號接線柱與6號導線連接處有故障，排除故障，重復①的測量動作，電壓表顯示讀數(shù)6V，故障排除。閉合開關K，小燈泡不亮，電路還存在故障，需要繼續(xù)查找故障點。

②假設6號與5號之間的導線沒有故障，保持1號的表筆不動，將另一只表筆移到5號接線柱上，測量結果有兩種可能性：1）電壓表顯示讀數(shù)6V，表明5號接線柱與導線之間連接正常，沒有故障，需要繼續(xù)按序查找故障點。2）電壓表顯示讀數(shù)為0V，表明5號接線柱與5號導線連接處有故障，排除故障。重復②的測量動作，電壓表顯示讀數(shù)6V，故障排除。閉合開關K，小燈泡不亮，電路還存在故障，需要繼續(xù)查找故障點。

③假設小燈泡功能正常，保持1號的表筆不動，將另一只表筆移動到4號導線上，測量結果有兩種可能性：1）電壓表顯示讀數(shù)6V，表明4號接線柱與4號導線連接正常，沒有故障，需要繼續(xù)按序查找故障點。2）電壓表顯示讀數(shù)為0V，表明4號接線柱與4號導線連接處有故障，排除故障。重復③的測量動作，電壓表顯示讀數(shù)6V，故障排除。閉合開關K，小燈泡不亮，電路還存在故障，需要繼續(xù)查找故障點。

④假設4號和3號之間的導線沒有故障，保持1號的表筆不動，將另一支表筆移到3號接線柱上，測量結果有兩種可能性：1）電壓表顯示讀數(shù)6V，表明3號導線與3號接線柱連接正常，沒有故障，需要繼續(xù)按序查找故障點。2）電壓表顯示讀數(shù)為0V，表明3號導線與3號接線柱之間有故障，排除故障。重復④的測量動作，電壓表顯示讀數(shù)6V，故障排除，閉合開關K，小燈泡不亮，電路還存在故障，需要繼續(xù)查找故障點。

⑤一只表筆放在6號接線柱上，另一只表筆放在1號導線上，測量結果有兩種可能性：1）電壓表顯示讀數(shù)6V，表明1號接線柱與1號導線連接正常，沒有故障，需要繼續(xù)按序查找故障點。2）電壓表顯示讀數(shù)為0V，表明1號接線柱與1號導線之間有故障，排除故障。重復⑤的測量動作，電壓表顯示讀數(shù)6V，故障排除，閉合開關K，小燈泡不亮，電路還存在故障，需要繼續(xù)查找故障點。

⑥假設1號和2號之間的導線沒有故障，保持6號上的表筆不動，將另一支表筆移到2號接線柱上，測量結果有兩種可能性：1）電壓表顯示讀數(shù)6V，表明2號導線與2號接線柱連接正常，沒有故障，所有連接點查找完畢。2）電壓表顯示讀數(shù)為0V，表明2號導線與2號接線柱之間有故障，排除故障。重復⑥的測量動作，電壓表顯示讀數(shù)6V，故障排除。此時，閉合開關K，小燈泡正常發(fā)光。

總結上述排故步驟，故障排除算法的關鍵之處如圖2所示。

2 系統(tǒng)設計

2.1 菜單設計

按常用機電設備的電氣功能進行菜單設計清楚明了，便于仿真系統(tǒng)使用。以普通車床C6140為例，菜單設計了車床主軸正轉仿真排故、車床主軸反轉仿真排故、刀架快速移動仿真排故、冷卻泵仿真排故。如圖3所示。

2.2 故障排除仿真界面設計

一般來說，仿真界面應包含：控制線路電氣原理圖、故障點設置、判斷控制線路回路是否存在故障、分支路的故障點檢測、判斷檢測結果是否正確。如圖4車床C6140主軸正轉功能排故仿真界面設計所示。

圖4中，“設置故障點”旁的“文本輸入框”實現(xiàn)通過鍵盤設置故障點，按鈕“閉合SA，按下SB2”測試該控制回路是否存在故障。標示符“1-2-3支路排故，表筆位置”和“8-7-6-5-4支路排故，表筆位置”將該控制回路分為兩條支路。測試該回路故障時，應分別測試。標示符“導線”或“接線柱”旁的“文本輸入框”允許通過鍵盤輸入要測試的連接點數(shù)值，輸入合理數(shù)值后，測試者可以單擊按鈕“測試”觀察測試點是否和電源連接完好。通過幾次的測試，測試者可以將推斷出的故障點數(shù)值輸入標示符“結果”旁的“文本輸入框”，單擊按鈕“評價”，驗證推斷出的故障點是否正確。單擊按鈕“返回”，程序回到主菜單頁面，單擊按鈕“退出”，退出仿真軟件系統(tǒng)。

3 仿真測試

以車床C6140主軸正轉排故過程為例介紹軟件系統(tǒng)仿真測試，首先，考核人員在圖4中標示符“設置故障點”旁的“輸入框”輸入故障點數(shù)值，數(shù)值選取參考圖4左側控制線路電氣原理圖中數(shù)值的標注；學員仿真排故的步驟如下：①單擊控件按鈕“閉合SA，按下SB2”，彈出對話框如圖5所示，確定主軸正轉功能電氣控制線路存在故障。②主軸正轉電氣控制線路分為1-2-3和8-7-6-5-4兩個支路，兩個支路分別進行故障檢測。在圖4中標示符“導線”或“接線柱”旁的輸入框輸入檢測節(jié)點數(shù)值后，單擊控件按鈕“測試”，彈出對話框圖6，表明該節(jié)點處無故障；彈出對話框圖7，表明該節(jié)點處存在故障。③測出故障點后，將測出的數(shù)值輸入標示符“結果”旁的文本輸入框中，單擊控件按鈕“評價”，彈出對話框圖8，表明測試結果正確；彈出對話框圖9，表明測試結果不正確，應重新測試故障點。

4 結束語

本文首先介紹了機電設備電氣控制線路排故的主要方法及排故步驟，提出了仿真軟件設計的關鍵算法，然后詳細介紹了仿真軟件系統(tǒng)界面設計原則，并且給出了具體實例，最后以車床C6140主軸正轉功能電氣控制線路排故為例進行了仿真測試。仿真測試結果表明，仿真軟件系統(tǒng)以虛擬形式準確地再現(xiàn)學員在模擬設備上的排故過程，操作安全、快捷。學員不受時間、空間限制，經(jīng)過反復練習，可以較快地掌握機電設備電氣控制線路的排故方法。

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