基于机电设备电气控制线路排故的仿真系统设计

摘要：本文通过对机电设备电气控制线路排故步骤的分析，设计了一种用于机电设备电气控制线路排故练习的仿真软件系统，软件实现了排故仿真功能，可以人工设置故障点，能够判断检测结果是否正确。仿真测试表明在没有实际或模拟设备的情况下，通过仿真软件可以快速掌握机电设备电气线路的正确排故步骤和故障分析。

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.

关键词：电气控制线路；排故；培训；仿真

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

中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）29-0156-03

0 引言

随着我国经济发展的转型升级，工业企业自动化设备的普及率越来越高，自动化设备维修保养人员需求量直线上升，其中机电设备电气控制线路维修保养人员的就业岗位增量尤为显著。为了更好满足实际需求，向企业提供更多的机电设备电气控制线路维修人员，学校及培训机构都在努力提高培训效率，缩短培训周期。

一般情况下，学员通过在实际或模拟设备上反复练习，才能熟练掌握机电设备的电气控制线路排故方法。学校及培训机构受场地、实际或模拟设备数量及培训时间等众多因素限制，培训效率不高，培训周期较长；同时，实际或模拟设备开发周期长、成本高也阻碍培训工作的广泛开展。针对以上缺点，本文设计了一种排故仿真软件系统，该仿真软件系统开发周期短，便捷，高效，很好地解决了上述问题。

1 排故方法简介

以图1所示电路系统说明电压排故法排故步骤，图中电路参数如下：E=6V，小灯泡的额定电压U=6V，K为开关。

当整个电路系统存在故障时（排除电源功能存在故障），电压排故法步骤如下：以开关K作为分界，将整个电路回路分为两个支路，支路一为6-5-4-3，支路二为1-2。

①将电压表测量档位调整到直流电压20V，一只表笔放在1号接线柱上，另一只表笔放在6号导线上，测量结果有两种可能性：1）电压表显示读数6V，表明6号接线柱与6号导线连接正常，没有故障，需要继续按序查找故障点。2）电压表显示读数为0V，表明6号接线柱与6号导线连接处有故障，排除故障，重复①的测量动作，电压表显示读数6V，故障排除。闭合开关K，小灯泡不亮，电路还存在故障，需要继续查找故障点。

②假设6号与5号之间的导线没有故障，保持1号的表笔不动，将另一只表笔移到5号接线柱上，测量结果有两种可能性：1）电压表显示读数6V，表明5号接线柱与导线之间连接正常，没有故障，需要继续按序查找故障点。2）电压表显示读数为0V，表明5号接线柱与5号导线连接处有故障，排除故障。重复②的测量动作，电压表显示读数6V，故障排除。闭合开关K，小灯泡不亮，电路还存在故障，需要继续查找故障点。

③假设小灯泡功能正常，保持1号的表笔不动，将另一只表笔移动到4号导线上，测量结果有两种可能性：1）电压表显示读数6V，表明4号接线柱与4号导线连接正常，没有故障，需要继续按序查找故障点。2）电压表显示读数为0V，表明4号接线柱与4号导线连接处有故障，排除故障。重复③的测量动作，电压表显示读数6V，故障排除。闭合开关K，小灯泡不亮，电路还存在故障，需要继续查找故障点。

④假设4号和3号之间的导线没有故障，保持1号的表笔不动，将另一支表笔移到3号接线柱上，测量结果有两种可能性：1）电压表显示读数6V，表明3号导线与3号接线柱连接正常，没有故障，需要继续按序查找故障点。2）电压表显示读数为0V，表明3号导线与3号接线柱之间有故障，排除故障。重复④的测量动作，电压表显示读数6V，故障排除，闭合开关K，小灯泡不亮，电路还存在故障，需要继续查找故障点。

⑤一只表笔放在6号接线柱上，另一只表笔放在1号导线上，测量结果有两种可能性：1）电压表显示读数6V，表明1号接线柱与1号导线连接正常，没有故障，需要继续按序查找故障点。2）电压表显示读数为0V，表明1号接线柱与1号导线之间有故障，排除故障。重复⑤的测量动作，电压表显示读数6V，故障排除，闭合开关K，小灯泡不亮，电路还存在故障，需要继续查找故障点。

⑥假设1号和2号之间的导线没有故障，保持6号上的表笔不动，将另一支表笔移到2号接线柱上，测量结果有两种可能性：1）电压表显示读数6V，表明2号导线与2号接线柱连接正常，没有故障，所有连接点查找完毕。2）电压表显示读数为0V，表明2号导线与2号接线柱之间有故障，排除故障。重复⑥的测量动作，电压表显示读数6V，故障排除。此时，闭合开关K，小灯泡正常发光。

总结上述排故步骤，故障排除算法的关键之处如图2所示。

2 系统设计

2.1 菜单设计

按常用机电设备的电气功能进行菜单设计清楚明了，便于仿真系统使用。以普通车床C6140为例，菜单设计了车床主轴正转仿真排故、车床主轴反转仿真排故、刀架快速移动仿真排故、冷却泵仿真排故。如图3所示。

2.2 故障排除仿真界面设计

一般来说，仿真界面应包含：控制线路电气原理图、故障点设置、判断控制线路回路是否存在故障、分支路的故障点检测、判断检测结果是否正确。如图4车床C6140主轴正转功能排故仿真界面设计所示。

图4中，“设置故障点”旁的“文本输入框”实现通过键盘设置故障点，按钮“闭合SA，按下SB2”测试该控制回路是否存在故障。标示符“1-2-3支路排故，表笔位置”和“8-7-6-5-4支路排故，表笔位置”将该控制回路分为两条支路。测试该回路故障时，应分别测试。标示符“导线”或“接线柱”旁的“文本输入框”允许通过键盘输入要测试的连接点数值，输入合理数值后，测试者可以单击按钮“测试”观察测试点是否和电源连接完好。通过几次的测试，测试者可以将推断出的故障点数值输入标示符“结果”旁的“文本输入框”，单击按钮“评价”，验证推断出的故障点是否正确。单击按钮“返回”，程序回到主菜单页面，单击按钮“退出”，退出仿真软件系统。

3 仿真测试

以车床C6140主轴正转排故过程为例介绍软件系统仿真测试，首先，考核人员在图4中标示符“设置故障点”旁的“输入框”输入故障点数值，数值选取参考图4左侧控制线路电气原理图中数值的标注；学员仿真排故的步骤如下：①单击控件按钮“闭合SA，按下SB2”，弹出对话框如图5所示，确定主轴正转功能电气控制线路存在故障。②主轴正转电气控制线路分为1-2-3和8-7-6-5-4两个支路，两个支路分别进行故障检测。在图4中标示符“导线”或“接线柱”旁的输入框输入检测节点数值后，单击控件按钮“测试”，弹出对话框图6，表明该节点处无故障；弹出对话框图7，表明该节点处存在故障。③测出故障点后，将测出的数值输入标示符“结果”旁的文本输入框中，单击控件按钮“评价”，弹出对话框图8，表明测试结果正确；弹出对话框图9，表明测试结果不正确，应重新测试故障点。

4 结束语

本文首先介绍了机电设备电气控制线路排故的主要方法及排故步骤，提出了仿真软件设计的关键算法，然后详细介绍了仿真软件系统界面设计原则，并且给出了具体实例，最后以车床C6140主轴正转功能电气控制线路排故为例进行了仿真测试。仿真测试结果表明，仿真软件系统以虚拟形式准确地再现学员在模拟设备上的排故过程，操作安全、快捷。学员不受时间、空间限制，经过反复练习，可以较快地掌握机电设备电气控制线路的排故方法。

参考文献：

[1]裴忠诚.基于OfficeVisio绘制X6132A电气原理图[J].价值工程，2015（28）.

[2]袁进存，路文革.基于直流调速装置和PLC的B220龙门刨床电气改造设计[J].电子技术与软件工程，2015（24）.

[3]玄东哲.计算机辅助设计技术在机械设计中的应用探讨[J].黑龙江科学，2016（13）.

[4]江波.基于宇龙机电仿真软件电气仿真故障案例库建设研究[J].价值工程，2015（24）.