虚拟智能电气控制故障排除实训平台设计开发

罗宇强　陈前军　凌春香

【摘 要】本文论述智能电气控制故障排除实训平台的设计开发，针对企业电气控制生产线对专业人员的维护技术需求，以实际镗床智能电气控制故障排除考核实验台为原型，以具有强大交互功能的Flash技术为例，论述虚拟智能电气控制故障排除实訓平台构建思路，采用多变量数组循环方案，解决了接线点个数和逻辑判断次数多的问题。

【关键词】电气控制 多变量数组 智能故障排除 虚拟实训

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2018）09C-0190-03

电气控制技术是电气类专业限选课，在高职高专教学目标中，除了理解必备的基础知识外，尤为重视技能目标的实现，大多数毕业后从事工厂电气控制技术相关岗位的高职类学生，其主要工作内容是对生产控制线路设备及其控制电路的维护与检修，对岗位工作人员操作能力与专业能力都有较高要求，而日常工作中主要是对生产线电气控制电路故障的检测与排除。因此，考虑到实际岗位需求，学生在理解低压器件理论知识、具备电气控制图识图和电气控制电路接线能力外，更应重视对电气控制电路故障检测与排除技能的培养锻炼，让学生能较快地适应工作岗位。本文以学生实训时使用的镗床智能电气控制故障排除实训考核台为原型，采用具有强大交互功能的Flash技术对故障考核台进行构建，建立网络版虚拟实训平台，让学生不受时间、地点的制约自主进行电气控制电路故障排除技能操作的学习，以满足学生课前课后操作练习的需求，更好地掌握电气控制电路故障排除技能。

一、虚拟智能电气控制故障实训考核台功能与构成

虚拟镗床智能电气控制故障排除实训平台是由多种电气元器件组成各种电气控制线路，并配有键盘输入的智能答题器。学生可以在机床智能故障排除实训平台上进行各种电气故障的排除、训练和演示，以达到熟悉各种故障现象和熟练排除各种故障现象的动手能力的训练目的。

虚拟镗床智能电气控制故障排除实训平台具有两台电动机，对主轴电动机M1的控制有：主轴电动机的正反转控制、点动控制、停车制动控制和高低速控制。快速移动电动机M2的控制功能为：主轴的轴向进给、主轴箱（包括尾架）的垂直进给、工件台的纵向和横向进给等快速移动。自动快速进给予工作台和主轴箱进给手柄有机械连接的行程开关SQ3来控制。本虚拟智能电气控制故障排除实训平台功能情况如下。

1.正常演示。对镗床智能电气控制故障排除实训平台整体电气控制逻辑功能进行模拟，采用按键交互程序，设置相应状态变量，每按下一次按键时对涉及的状态变量进行赋值，然后对涉及该功能的状态变量进行判断，符合条件后呈现对应功能。

2.故障检测。根据机床常见频发的故障情况与故障类型，虚拟镗床智能电气控制故障排除实训平台设置含有30个故障点库，进入故障排除功能后，随机分配5个故障点，则答题器显示总故障数为5，5个故障点相互独立，互不影响，在进行正常操作过程，发生故障位置相关功能电路对应呈现故障现象，通过与正常功能情况比较，再用万用表进行检查，查找定位出具体故障线路。

3.万用表检测。本虚拟智能电气控制故障排除实训平台采用万用表电阻法对故障线路进行测量，可检测线路接线点为194个，各点之间连线关系模拟真实线路的通、断情况，当将万用表两只表笔测量两点间线路为通路时，显示为“0”，线路为断路时，则显示为“1”。

4.答题与故障排除。使用万用表检测出并确定具体两个连接点间的线路故障后，可将两个连接点号分别输入答题器进行答题，先输入低连线号，再输入高连线号，确认后，如答题正确则相应故障点已被排除，答题器显示故障数减少1个，与该故障点相关电气控制功能恢复正常。故障全部排除完成，答题器显示总故障数为0，机床所以控制功能恢复正常。

二、实训平台的设计实现

1.平台搭建。本虚拟智能电气控制故障排除实训平台以实际机床操作面板作为主界面，创建交互操作按钮及拨动开关，采用动画和图片形式呈现低压电气器件，不同界面转换通过跳转动画帧方式实现，所有操作判断程序采用脚本Action Script语言编写，统一放置于图层Script代码中，便于查阅和管理。图1为镗床虚拟智能电气控制故障排除实训平台设计面板图。

（1）主框架构成。根据机床电气电路原理图，将对应器件按照功能关系建立控制关系，具体见图2。图2中，打开电源开关QS后，再进行故障判断后，电源指示灯HL显示状态变化，拨动开关SA控制照明指示灯HL1，交互按钮SB1-SB5对信号指示灯和主轴电机转动方向控制，拨动开关SQ1—SQ4对主轴电机转速进行控制，拨动开关SQ5、SQ6对给进电机进行控制。

（2）创建元件库。为方便在脚本代码里对元件进行控制、操作与显示，面板上所有元件创建为影片剪辑形式，元件素材来源为图片和动画。信号指示灯、开关的影片剪辑插入两个关键帧表示不同显示状态，两台电机的转动均以彩条转动方式实现，采用动画间补实现。元件以器件英文符号命名，与电气原理图名称对应，便于在脚本Action Script里查找。

2.程序实现。具体如下：

（1）主程序思路。按照主框架结构图与电气控制原理图功能要求，控制程序在每个交互操作的按钮和拨动开关动作时触发，同时设置相应状态变量，以记录下按钮和拨动开关动作之后的状态，状态变量以“1”表示开，“0”表示关。图3为按钮和拨动开关动作触发主程序流程图。

对每个按钮或拨动开关进行点击操作，该元件首先进行状态变量判断，并将状态变量数值进行翻转变换，相应操作按钮或拨动开关显示状态跳转，然后将该操作元件状态变量与其他相关功能状态变量进行判断，再对判断得到的功能进行是否有故障判断，有故障则该功能不能正常实现，无故障则该功能实现，相应的指示灯亮，电机转动。

（2）接线点扫描。本虚拟智能故障排除实训平台接线点为194个，则所有接线点两两之间逻辑判断次数为2194次。针对检测点个数和逻辑判断次数较多的问题，本文采用了同线点分组法，即根据接线点连接在同一条导线的关系进行分组，实现形式为数组，形成多变量数组，再分别在小组内部和小组与小组之间进行判断，完成接线点的检测与判断，这样可以有效解决逻辑判断量大的问题。本虚拟智能故障实训平台根据接线点连接在同条导线的情况划分为6个类型大组，分别是2个接线点通路、3个接线点通路、4个接线点通路、5个接线点通路、6个接线点通路和8个接线点通路，在每个大组又根据接线点所在线路的不同划分为若干小组，形成多变量数组。如设置的多变量数组形式为cdx_rflag[xx]，其中cd后面的x表示大组编号，后面xx为该大组的个数编号，个数编号与接线点的编号一一对应，这样在逐个扫描接线点时可以记录当前接线点的位置，为后续判断做准备。

为能够实现万用表表笔检测接线点情况，程序中设置五个类型数组，以表示不同类型的接线点，同时对应设置所有接线点的状态变量，这里设置了两组相同状态变量，以表示万用表的两只表笔，用状态变量来标记万用表表笔所处的接线点位置。为使万用表表笔更好显示处于接线点处，同时找到表笔所处的接线点，在每个位置点处放置一个影片剪辑，影片剪辑的命名按照所在类型大组进行编号，当万用表表笔放置到某一接线点时，鼠标弹起动作触发一次对所有接线点的扫描，采用for语句和数组形式进行扫描，找到表笔所处接线点位置后，将表笔坐标设置为改接线点影片剪辑的坐标，同时该接线点的状态变量置为“1”。以相同的方式记录另一只表笔的位置，相应接线点状态变量也置为“1”。

完成两只表笔所处接线点的状态变量置位后，采用Switch语句按照接线点状态变量所处的类型大组逐一进行判断，若两个被置位的状态变量处于同一类型大组里的同一小组，则万用表显示为“0”，表示短接，反之，则显示为“1”，表示断路。

（3）故障点设置。将所有故障数设置为一个故障数组，初始值均为“0”，某一个数被置为“1”表示改故障有效，根据不同故障情况用if语句将故障作为判断条件放置在各个正常功能语句前，实现故障设置。故障随机进行设置，故障随机设置语句为：

var fault_temp：int，var count：int；var total：int；total=0； // 定义初始量

for（count=0；count<30；count++）{ // 故障设定

fault_temp=Random（）； if（fault_temp%2==0） fault_flag[count]=1； // 随机设定故障

total+= fault_flag[count]；

if（total==5） break； // 设置5个故障点

}

每次點击进入故障检测，就执行上述语句，完成故障点随机设置，可使学生在不同情况进行故障排除训练。

3.故障排除与答题。根据万用表显示情况，即可判断发生断路的两个接线点，从而确定发生故障的两个接线点，只需答题板上输入接线点的标号，点击“确认”，可将该故障标志置为“0”，解除了该点故障，故障总数减少1个，对应功能可正常显示。

三、难点及其解决方案

1.难点。接线点数量及接线点间逻辑判断次数多。本虚拟智能故障实训平台接线点数量为194个，要实现用万用表的两支表笔对每个接线点进行准确放置，还需在每个接线点放置一个独立的影片剪辑，同时，记录下每支表笔所处接线点，再进行比较判断，而所有接线点两两之间逻辑判断次数共为2194次，故需优化扫描方案，合理安排步骤过程，完成所有接线点的测量及逻辑判断。

2.解决方案。针对上述难点，在程序设计上采用接线点连接至同一条导线分组的方案，将194个接线点划分为6个类型大组，采用for语句和数组来完成接线点扫描，同时，对万用表两支表笔均设置接线点的状态变量数组，各自完成扫描后标记状态变量，再将状态变量进行比较，得出判断结果，通过设置多变量数组方案，整个逻辑判断次数减少为64次，也极大简化了接线点扫描的程序语句数量。

本虚拟智能电气控制故障排除实训平台采用多变量数组来解决接线点多的问题，实现了模拟实际在用的机床故障排除实训台功能，让学生在不受时间、地点以及设备数量不足的限制下，能够有较多的时间动手操作练习，更好掌握电气控制机床故障排除的技术技能。本虚拟智能电气控制故障排除实训平台已放置在网络自主学习平台上，学生在实际学习中取得了较好的效果，学生的电气控制电路检修技能水平有了明显的提高。

【参考文献】

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[5]杨洋，高龙.基于Flash技术的电气控制虚拟实验室开发[J].重庆三峡学院学报，2012（3）

【基金项目】2017年度广西职业教育教学改革研究项目“互联网+和工业4.0背景下职业教育新专业设置与培育研究——以新能源发电及应用专业方向为例”（GXGZJG2017B088）

【作者简介】罗宇强（1987— ），男，壮族，硕士，广西水利电力职业技术学院电力工程系工程师/讲师，研究方向：电工技术研究。

（责编 卢 雯）