“电控回路”可视化教学软件开发及应用

李晓武，苏 展，龙理晴，王立德，陈铸华

(1.国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410004;2.长沙电力职业技术学院，湖南长沙410131)

0 引言

电网设备的控制与保护主要由电控回路来完成，电力人员学习电控回路原理及故障处理十分必要。“电控回路”课程是教师根据回路图讲解其工作原理，学生结合回路图依靠想象思维理解的方式进行。由于想象形成的记忆不能持久，很多情况学生因会忘记一部分，造成不能完全理解回路中的各种工作原理。笔者参照以往的教学经验，认为在“电控回路”课程教学中加入声音、光电和图像等形式来表现回路中的工况变化，用动画替代抽象思维，可以帮助学生加深记忆和提高理解能力，从而提高教学质量。于是，我们开发了电控回路教学软件，并结合计算机和可视设备等教学硬件，引入课堂和现场培训中运用，取得了良好效果。

1 软件开发

1.1 电控回路可视化的设计思路

(1)以电操机构电控回路原理图为原图，拍摄其元器件相片为辅助素材，使用Flash程序开发编制教学软件;

(2)具备电控回路中的电机回路、控制回路、加热回路工作原理全模拟演示功能;

(3)具备电控回路故障分析功能，包括:分类、归纳故障现象、针对故障现象在原理图中展示故障位置和元器件图片，并提出故障处理方案;

(4)原理图中的元器件与实物相片存在对应显示的关系;

(5)回路中的元器件能根据操作指令进行二元变位;

(6)使用色彩和图形表现电流和元器件在回路中的各种状态。

1.2 电控回路可视化的实施思路

(1)采用模块化设计;

(2)以CJ12操作机构为例，将软件分为“CJ12操作机构控制回路原理模块”和“CJ12操作机构路故障分析模块”;

(3)每个一级模块包括以下4个二级子模块:①静态电路原理图模块;②动态电流模块;③按钮和开关模块;④菜单和故障指示模块。

(4)采用Flash CS5绘制静态模块，再用Action-Script 3.0语言进行模块内部的逻辑控制及模块间通信。

1.3 一级模块

“原理模块”和“故障模块”分别处于两个不同的场景。在两个场景中分别设置“故障模块”按钮和“返回”按钮进行场景的切换。“原理模块”主要是展现元器件的原理和变化规律，控制电控回路中和电流变化;“故障模块”收集所有故障类型，提供模块化分析和处理意见。

1.4 静态电路原理图模块

静态原理图按实际电控回路图绘制，作为整款软件的基础背景框架。

1.5 动态电流模块

采用二维动画动态直观地展示不同状态下回路中电流的流动情况。交流电机回路A、B、C三相电流分别用黄绿红三种颜色的三角表示，信号电流用浅蓝色三角表示;控制回路做功前电流和做功后电流分别用红色三角和蓝色三角表示。回路中有电位但没有电流的线路用红色线条表示。

1.6 按钮和元器件模块

采用按钮对应电控回路中元器件的二元动作，按钮的开发设计从以下三方面展开:

(1)通过按钮颜色改变表示按钮状态的改变;

(2)元器件模块和按钮模块间建立对应关系;

(3)鼠标指向按钮时，显示该元器件实物图片。

1.7 菜单和故障指示模块

故障模块设置了树型菜单，列出了电控回路常见的故障，分“合闸失灵”，“分闸失灵”和“加热器失灵”三个一级菜单项，每个一级菜单项包括若干子菜单项。点击任意一个子菜单项，显示故障设备的实物图片及解决方案，原理图中采用红黑交替出现的闪烁触点或矩形作为故障指示模块显示故障位置，再次点击该子菜单项上述内容消失。

1.8 模块间逻辑控制

在完成各个子模块的设计之后，将其按照原理图的布局放置在舞台的各个图层上，并为每个元件命名。由于电控回路上各个元器件动作的先后顺序都有严格规定，并且被自锁逻辑和互锁逻辑控制，因此在软件设计时加入ActionScript 3.0语言程序控制模块，以确保软件能按照正确的逻辑顺序运行。

1.9 软件发布

完成设计后将软件发布为*exe格式文件。

2 教学实践

2.1 课堂教学

长沙电力职业技术学院的“电控回路”课程采用如下数字进程。

(1)将软件装入教学电脑，通过投影仪向学生展示回路图最初界面(如图1)。在界面上介绍电机回路、控制回路和温控回路的作用;

图1 软件的开始界面

(2)依次介绍原理图中的元件名称、符号与实物相片，讲解其功能作用，开展图实相符认知，让学生建立回路概念。鼠标指针放置在元器件图形上可显示相应元件的实物图片，学生籍此可以加深印象(如图2)。

图2 元器件图片显示

(3)依次讲解温控回路、电机回路和控制回路

首先是温控回路的讲解，因为其回路最为简单，元器件最少，适合作为讲述的切入点。

讲述合上快分开关和模拟满足温控条件后，针对软件显示电流在回路中流经的情景，逐一讲解各种工况下的工作原理，直至学生全部理解(如图3)。

图3 电控回路中电流情况

其次是电机回路和控制回路的讲解:因两个回路中相互联动的元器件较多，所以先讲述电机回路非联动元器件，再讲解联动元器件的关联原理和控制功能。按照标准操作顺序点击对应元器件图形，进行模拟操作，实时展现其对应状态下电控回路的元器件动作情况和控制工况。学生在分步骤理解后，再经教师整体讲解，直观地理解回路的动作和控制原理。

(4)故障分析功能是将电控回路中的所有故障情况进行了分类和归纳，组成一套故障现象菜单。每个子菜单下层都有故障位置提示、故障元器件图片和故障处理的方案作为技术支持。故障分析界面如图4所示。

(5)成效:通过使用该教学软件在课堂电控回路的讲解，学生直观地观察到回路的控制和元件动作，很快地建立起清晰的回路概念，留下了深刻的印象。原定8个课时的教程，4个课时内全部完成，提高了学习效率，取得了良好的效果。

图4 故障分析界面

2.2 现场培训

湖南省电力培训分中心现场培训“电控回路”课程采用如下教学进程。

(1)将该软件装入可移动的可视设备上，放至现场对应实物进行电机回路、控制回路、加热回路的原理、故障分析讲解，然后开展操作机构现场实训;

(2)在操作机构电控回路中设置故障，学生按照故障分析所列步骤对设备各个元器件进行检查诊断，查找并进行故障处理;

(3)学生在实训中产生疑问，随时可在软件“原理模块”和“故障模块”中进行查询，解除心中疑惑，记录学习心得;

(4)学生实训完成后可对应现场操作机构，在教学软件上讲解故障原理，分析故障原因，总结培训经验。

(5)成效:通过软件与移动型可视设备相结合，在实训现场让学生迅速掌握CJ12操作机构的电控回路原理和故障处理技能，并学习一套严谨的故障分析流程，在8课时内完成了16课时的实训课程。

3 结语

本文介绍我们开发的一款电控回路可视化软件，在可视设备上将呆板的线条转变成生动的动画表现形式帮助学生深入理解电控回路的工作原理，提高故障分析处理的技能。我们将可视化教学运用到学院教学和电力培训活动中，不仅能提高教学和培训的效率，更能有效提高学生故障分析处理的实操技能。这些都充分表明电控回路可视化教学是一种比较理想的培训教学的模式，值得借鉴和推广。

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