虛擬智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺設(shè)計開發(fā)

羅宇強　陳前軍　凌春香

【摘 要】本文論述智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺的設(shè)計開發(fā)，針對企業(yè)電氣控制生產(chǎn)線對專業(yè)人員的維護技術(shù)需求，以實際鏜床智能電氣控制故障排除考核實驗臺為原型，以具有強大交互功能的Flash技術(shù)為例，論述虛擬智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺構(gòu)建思路，采用多變量數(shù)組循環(huán)方案，解決了接線點個數(shù)和邏輯判斷次數(shù)多的問題。

【關(guān)鍵詞】電氣控制 多變量數(shù)組 智能故障排除 虛擬實訓(xùn)

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）09C-0190-03

電氣控制技術(shù)是電氣類專業(yè)限選課，在高職高專教學(xué)目標中，除了理解必備的基礎(chǔ)知識外，尤為重視技能目標的實現(xiàn)，大多數(shù)畢業(yè)后從事工廠電氣控制技術(shù)相關(guān)崗位的高職類學(xué)生，其主要工作內(nèi)容是對生產(chǎn)控制線路設(shè)備及其控制電路的維護與檢修，對崗位工作人員操作能力與專業(yè)能力都有較高要求，而日常工作中主要是對生產(chǎn)線電氣控制電路故障的檢測與排除。因此，考慮到實際崗位需求，學(xué)生在理解低壓器件理論知識、具備電氣控制圖識圖和電氣控制電路接線能力外，更應(yīng)重視對電氣控制電路故障檢測與排除技能的培養(yǎng)鍛煉，讓學(xué)生能較快地適應(yīng)工作崗位。本文以學(xué)生實訓(xùn)時使用的鏜床智能電氣控制故障排除實訓(xùn)考核臺為原型，采用具有強大交互功能的Flash技術(shù)對故障考核臺進行構(gòu)建，建立網(wǎng)絡(luò)版虛擬實訓(xùn)平臺，讓學(xué)生不受時間、地點的制約自主進行電氣控制電路故障排除技能操作的學(xué)習(xí)，以滿足學(xué)生課前課后操作練習(xí)的需求，更好地掌握電氣控制電路故障排除技能。

一、虛擬智能電氣控制故障實訓(xùn)考核臺功能與構(gòu)成

虛擬鏜床智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺是由多種電氣元器件組成各種電氣控制線路，并配有鍵盤輸入的智能答題器。學(xué)生可以在機床智能故障排除實訓(xùn)平臺上進行各種電氣故障的排除、訓(xùn)練和演示，以達到熟悉各種故障現(xiàn)象和熟練排除各種故障現(xiàn)象的動手能力的訓(xùn)練目的。

虛擬鏜床智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺具有兩臺電動機，對主軸電動機M1的控制有：主軸電動機的正反轉(zhuǎn)控制、點動控制、停車制動控制和高低速控制?？焖僖苿与妱訖CM2的控制功能為：主軸的軸向進給、主軸箱（包括尾架）的垂直進給、工件臺的縱向和橫向進給等快速移動。自動快速進給予工作臺和主軸箱進給手柄有機械連接的行程開關(guān)SQ3來控制。本虛擬智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺功能情況如下。

1.正常演示。對鏜床智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺整體電氣控制邏輯功能進行模擬，采用按鍵交互程序，設(shè)置相應(yīng)狀態(tài)變量，每按下一次按鍵時對涉及的狀態(tài)變量進行賦值，然后對涉及該功能的狀態(tài)變量進行判斷，符合條件后呈現(xiàn)對應(yīng)功能。

2.故障檢測。根據(jù)機床常見頻發(fā)的故障情況與故障類型，虛擬鏜床智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺設(shè)置含有30個故障點庫，進入故障排除功能后，隨機分配5個故障點，則答題器顯示總故障數(shù)為5，5個故障點相互獨立，互不影響，在進行正常操作過程，發(fā)生故障位置相關(guān)功能電路對應(yīng)呈現(xiàn)故障現(xiàn)象，通過與正常功能情況比較，再用萬用表進行檢查，查找定位出具體故障線路。

3.萬用表檢測。本虛擬智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺采用萬用表電阻法對故障線路進行測量，可檢測線路接線點為194個，各點之間連線關(guān)系模擬真實線路的通、斷情況，當(dāng)將萬用表兩只表筆測量兩點間線路為通路時，顯示為“0”，線路為斷路時，則顯示為“1”。

4.答題與故障排除。使用萬用表檢測出并確定具體兩個連接點間的線路故障后，可將兩個連接點號分別輸入答題器進行答題，先輸入低連線號，再輸入高連線號，確認后，如答題正確則相應(yīng)故障點已被排除，答題器顯示故障數(shù)減少1個，與該故障點相關(guān)電氣控制功能恢復(fù)正常。故障全部排除完成，答題器顯示總故障數(shù)為0，機床所以控制功能恢復(fù)正常。

二、實訓(xùn)平臺的設(shè)計實現(xiàn)

1.平臺搭建。本虛擬智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺以實際機床操作面板作為主界面，創(chuàng)建交互操作按鈕及撥動開關(guān)，采用動畫和圖片形式呈現(xiàn)低壓電氣器件，不同界面轉(zhuǎn)換通過跳轉(zhuǎn)動畫幀方式實現(xiàn)，所有操作判斷程序采用腳本Action Script語言編寫，統(tǒng)一放置于圖層Script代碼中，便于查閱和管理。圖1為鏜床虛擬智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺設(shè)計面板圖。

（1）主框架構(gòu)成。根據(jù)機床電氣電路原理圖，將對應(yīng)器件按照功能關(guān)系建立控制關(guān)系，具體見圖2。圖2中，打開電源開關(guān)QS后，再進行故障判斷后，電源指示燈HL顯示狀態(tài)變化，撥動開關(guān)SA控制照明指示燈HL1，交互按鈕SB1-SB5對信號指示燈和主軸電機轉(zhuǎn)動方向控制，撥動開關(guān)SQ1—SQ4對主軸電機轉(zhuǎn)速進行控制，撥動開關(guān)SQ5、SQ6對給進電機進行控制。

（2）創(chuàng)建元件庫。為方便在腳本代碼里對元件進行控制、操作與顯示，面板上所有元件創(chuàng)建為影片剪輯形式，元件素材來源為圖片和動畫。信號指示燈、開關(guān)的影片剪輯插入兩個關(guān)鍵幀表示不同顯示狀態(tài)，兩臺電機的轉(zhuǎn)動均以彩條轉(zhuǎn)動方式實現(xiàn)，采用動畫間補實現(xiàn)。元件以器件英文符號命名，與電氣原理圖名稱對應(yīng)，便于在腳本Action Script里查找。

2.程序?qū)崿F(xiàn)。具體如下：

（1）主程序思路。按照主框架結(jié)構(gòu)圖與電氣控制原理圖功能要求，控制程序在每個交互操作的按鈕和撥動開關(guān)動作時觸發(fā)，同時設(shè)置相應(yīng)狀態(tài)變量，以記錄下按鈕和撥動開關(guān)動作之后的狀態(tài)，狀態(tài)變量以“1”表示開，“0”表示關(guān)。圖3為按鈕和撥動開關(guān)動作觸發(fā)主程序流程圖。

對每個按鈕或撥動開關(guān)進行點擊操作，該元件首先進行狀態(tài)變量判斷，并將狀態(tài)變量數(shù)值進行翻轉(zhuǎn)變換，相應(yīng)操作按鈕或撥動開關(guān)顯示狀態(tài)跳轉(zhuǎn)，然后將該操作元件狀態(tài)變量與其他相關(guān)功能狀態(tài)變量進行判斷，再對判斷得到的功能進行是否有故障判斷，有故障則該功能不能正常實現(xiàn)，無故障則該功能實現(xiàn)，相應(yīng)的指示燈亮，電機轉(zhuǎn)動。

（2）接線點掃描。本虛擬智能故障排除實訓(xùn)平臺接線點為194個，則所有接線點兩兩之間邏輯判斷次數(shù)為2194次。針對檢測點個數(shù)和邏輯判斷次數(shù)較多的問題，本文采用了同線點分組法，即根據(jù)接線點連接在同一條導(dǎo)線的關(guān)系進行分組，實現(xiàn)形式為數(shù)組，形成多變量數(shù)組，再分別在小組內(nèi)部和小組與小組之間進行判斷，完成接線點的檢測與判斷，這樣可以有效解決邏輯判斷量大的問題。本虛擬智能故障實訓(xùn)平臺根據(jù)接線點連接在同條導(dǎo)線的情況劃分為6個類型大組，分別是2個接線點通路、3個接線點通路、4個接線點通路、5個接線點通路、6個接線點通路和8個接線點通路，在每個大組又根據(jù)接線點所在線路的不同劃分為若干小組，形成多變量數(shù)組。如設(shè)置的多變量數(shù)組形式為cdx_rflag[xx]，其中cd后面的x表示大組編號，后面xx為該大組的個數(shù)編號，個數(shù)編號與接線點的編號一一對應(yīng)，這樣在逐個掃描接線點時可以記錄當(dāng)前接線點的位置，為后續(xù)判斷做準備。

為能夠?qū)崿F(xiàn)萬用表表筆檢測接線點情況，程序中設(shè)置五個類型數(shù)組，以表示不同類型的接線點，同時對應(yīng)設(shè)置所有接線點的狀態(tài)變量，這里設(shè)置了兩組相同狀態(tài)變量，以表示萬用表的兩只表筆，用狀態(tài)變量來標記萬用表表筆所處的接線點位置。為使萬用表表筆更好顯示處于接線點處，同時找到表筆所處的接線點，在每個位置點處放置一個影片剪輯，影片剪輯的命名按照所在類型大組進行編號，當(dāng)萬用表表筆放置到某一接線點時，鼠標彈起動作觸發(fā)一次對所有接線點的掃描，采用for語句和數(shù)組形式進行掃描，找到表筆所處接線點位置后，將表筆坐標設(shè)置為改接線點影片剪輯的坐標，同時該接線點的狀態(tài)變量置為“1”。以相同的方式記錄另一只表筆的位置，相應(yīng)接線點狀態(tài)變量也置為“1”。

完成兩只表筆所處接線點的狀態(tài)變量置位后，采用Switch語句按照接線點狀態(tài)變量所處的類型大組逐一進行判斷，若兩個被置位的狀態(tài)變量處于同一類型大組里的同一小組，則萬用表顯示為“0”，表示短接，反之，則顯示為“1”，表示斷路。

（3）故障點設(shè)置。將所有故障數(shù)設(shè)置為一個故障數(shù)組，初始值均為“0”，某一個數(shù)被置為“1”表示改故障有效，根據(jù)不同故障情況用if語句將故障作為判斷條件放置在各個正常功能語句前，實現(xiàn)故障設(shè)置。故障隨機進行設(shè)置，故障隨機設(shè)置語句為：

var fault_temp：int，var count：int；var total：int；total=0； // 定義初始量

for（count=0；count<30；count++）{ // 故障設(shè)定

fault_temp=Random（）； if（fault_temp%2==0） fault_flag[count]=1； // 隨機設(shè)定故障

total+= fault_flag[count]；

if（total==5） break； // 設(shè)置5個故障點

}

每次點擊進入故障檢測，就執(zhí)行上述語句，完成故障點隨機設(shè)置，可使學(xué)生在不同情況進行故障排除訓(xùn)練。

3.故障排除與答題。根據(jù)萬用表顯示情況，即可判斷發(fā)生斷路的兩個接線點，從而確定發(fā)生故障的兩個接線點，只需答題板上輸入接線點的標號，點擊“確認”，可將該故障標志置為“0”，解除了該點故障，故障總數(shù)減少1個，對應(yīng)功能可正常顯示。

三、難點及其解決方案

1.難點。接線點數(shù)量及接線點間邏輯判斷次數(shù)多。本虛擬智能故障實訓(xùn)平臺接線點數(shù)量為194個，要實現(xiàn)用萬用表的兩支表筆對每個接線點進行準確放置，還需在每個接線點放置一個獨立的影片剪輯，同時，記錄下每支表筆所處接線點，再進行比較判斷，而所有接線點兩兩之間邏輯判斷次數(shù)共為2194次，故需優(yōu)化掃描方案，合理安排步驟過程，完成所有接線點的測量及邏輯判斷。

2.解決方案。針對上述難點，在程序設(shè)計上采用接線點連接至同一條導(dǎo)線分組的方案，將194個接線點劃分為6個類型大組，采用for語句和數(shù)組來完成接線點掃描，同時，對萬用表兩支表筆均設(shè)置接線點的狀態(tài)變量數(shù)組，各自完成掃描后標記狀態(tài)變量，再將狀態(tài)變量進行比較，得出判斷結(jié)果，通過設(shè)置多變量數(shù)組方案，整個邏輯判斷次數(shù)減少為64次，也極大簡化了接線點掃描的程序語句數(shù)量。

本虛擬智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺采用多變量數(shù)組來解決接線點多的問題，實現(xiàn)了模擬實際在用的機床故障排除實訓(xùn)臺功能，讓學(xué)生在不受時間、地點以及設(shè)備數(shù)量不足的限制下，能夠有較多的時間動手操作練習(xí)，更好掌握電氣控制機床故障排除的技術(shù)技能。本虛擬智能電氣控制故障排除實訓(xùn)平臺已放置在網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)平臺上，學(xué)生在實際學(xué)習(xí)中取得了較好的效果，學(xué)生的電氣控制電路檢修技能水平有了明顯的提高。

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【基金項目】2017年度廣西職業(yè)教育教學(xué)改革研究項目“互聯(lián)網(wǎng)+和工業(yè)4.0背景下職業(yè)教育新專業(yè)設(shè)置與培育研究——以新能源發(fā)電及應(yīng)用專業(yè)方向為例”（GXGZJG2017B088）

【作者簡介】羅宇強（1987— ），男，壯族，碩士，廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系工程師/講師，研究方向：電工技術(shù)研究。

（責(zé)編 盧 雯）