基于STM32控制的M7120型平面磨床模拟排故系统的设计

(广西理工职业技术学校，广西 南宁 530031)

0 引言

M7120型平面磨床是磨削工件平面或成型表面的以使其可达到要求的平整度一类磨床，具有广泛的应用。作为电工技术人员，掌握M7120型平面磨床的操作使用、维修维护、故障排除等很有必要。作为一个在校的学习电工技能的学生，掌握M7120型平面磨床的操作使用、维修维护、故障排除是电工职业资格证的要求。然而，M7120型平面磨床设备不足，难以设置故障让学生训练，导致学生的设备维修或故障排除能力差。本文设计的模拟排故系统可以很好的解决这一问题。

1 基于STM32控制的M7120型平面磨床模拟排故系统的组成

基于STM32控制的M7120型平面磨床模拟排故系统组成框图如图1所示，主要包含主控制器系统、N个分控制系统、手机或平板电脑学生端、手机或平板电脑教师端、云平台、电源模块。

图1 模拟排故系统组成框图

2 基于STM32控制的M7120型平面磨床模拟排故系统的设计说明

2.1 N个分控制系统设计

每一块模拟排故板有1个分控制系统，N个分控制系统代表有N块模拟排故板。如图2所示为M7120型平面磨床电路原理图，实物中将M7120型平面磨床模拟排故板接成继电器控制电路，其他机械结构没有在里面。在M7120型平面磨床模拟排故板实物中，可将M1、M2、M3、M4分别用三只AC220V的灯接成Y型来代替。下面主要对模拟排故系统进行分析。

图2 M7120型平面磨床电路原理图

液压泵电动机M1的控制、砂轮电动机M2和冷却泵电动机M3的控制、砂轮升降电动机M4的控制、辅助电路和整流部分与实际的功能基本相同。不同的是充磁与去磁电路的设计。在此模拟排故板中，充磁与去磁用不同的回路来模拟，并通过H1、H2亮与灭分别代表充磁与去磁的功能，利于判断充磁与去磁的状态。

故障点设置为：W31、V21、0、7、11、17、21、26、24、25，可根据实际更换成别的故障。在此排故板中，设置的故障是线路断开类型的，有两种设置方式，第一种方式是通过10路单极的空气开关来实现；第二种方式是通过STM32单片机控制10路继电器的通断来实现，两种方式是并联的。当使用第一种方式空气开关控制设置时，第二种方式继电器控制不工作，继电器工作在断开位置；当第二种方式继电器设置时，第一种方式空气开关控制不工作，空气开关工作在断开位置。

分控制系统由STM32控制器、NRF24L01+模块、10路单极的空气开关模块、继电器模块、M7120型平面磨床模拟排故板组成。STM32控制器通过NRF24L01+模块将数据无线传输到主控制系统。10路单极的空气开关模块和继电器采用并联的模式，用于通断故障点。

2.2 主控制系统设计

主控制系统由STM32控制器、NRF24L01+模块组成。STM32控制器通过NRF24L01+模块与N个分控制系统进行通信，通过网络连接到云平台、手机或平板电脑学生端、手机或平板电脑教师端。控制器采用STM32F103单片机，该单片机具有低功耗、高可靠性、处理速度快的特点， 32位Cortex-M3 CPU，供电电压2.0至3.6 V，工作频率72 MHz，适合本系统工作。

2.3 手机或平板电脑学生端设计

手机或平板电脑学生端用于学生答题，通过网络连接到主控制系统，按开始答题，输入排故板号、学号、故障号、按确定来操作。当输入故障点正确，按确定时，相应的继电器电路接通，故障排除。当排除完故障，按提交，学生成绩就出来了。这样可方便学生知道自己排故考核这一项成绩。

2.4 手机或平板电脑教师端设计

手机或平板电脑教师端用于教师设置各排故板的故障点，通过网络连接到主控制系统。输入板号、故障号，可设置故障。具有设置故障、成绩统计、成绩查询、学生信息管理的功能。为方便对学生信息进行录入、成绩导出，也可把电脑作为教师端，与手机或平板电脑具有同样的功能。

2.5 云平台

云平台用于与主控制系统进行数据传输、数据存储，存储系统运行、使用中产生的数据或录入系统的数据。

2.6 电源模块设计

电源模块主要输出直流3.3 V、5 V电压，给分控制系统和主控制系统供电，通过整流、滤波和稳压来实现。

3 模拟排故系统故障分析与排除

因为本系统可设置的故障很多，所以只对本系统设置的部分故障进行分析，提出排除故障的方法。

1)合上电源开关QS1，KA吸合，电源指示灯HL1亮。故障：如果KA不吸合，找0(VC～变压器)、21(VC～FU4)、22(VC～FU5)、23((VC～FU8))、25(KA～FU8)号线；如果HL1不亮，则找W31、V21、L11、0(接触器线圈KM1～变压器)号线。

2)按SB8充磁按钮，KM5线圈得电自锁，充磁H1、指示灯HL5亮。故障：如果KM5线圈不得电，找17号(KM6常闭～KM5线圈)线；如果H1不亮，找充磁回路24(FU5～KM5主触头)、25(FU8～KM5主触头)、26(C～KM5主触头)号线。

3)按SB3液压泵电动机起动按钮，KM1线圈得电自锁，M1(3盏灯亮)，HL2亮。故障：如果M1中有1盏灯不亮，出现缺相，则找L11(QS1～FU1)、U11(FU1～KM1主触头)；如果出现KM1线圈不自锁，找4(SB2接线端子至KM1常开辅助触头)号线。

4)按SB5，KM2线圈得电自锁，砂轮电动机M2、冷却泵电动机M3同时工作，HL3亮。故障：如果KM2线圈不得电，找10号线；如果KM2线圈不自锁，找7号线。

5)按SB6砂轮上升，KM3线圈点动，HL4相应点亮，故障：如果KM3线圈不得电，找11号线。按SB7砂轮下降，KM4线圈点动，HL4相应点亮，故障：如果KM4线圈不得电，找13号线。

6)按SB9停止充磁，KM5线圈失电，H1、HL5灭。

7)按SB10去磁，KM6线圈点动，H2、HL5点亮。故障：H2不亮，找去磁回路24(FU5-KM6主触头)、25(FU8-KM6主触头)、26(C-KM6主触头)号线。

8)断开电源开关QS1，故障排除结束。

由于有些故障控制范围较广，会对整个系统造成影响，所以有些故障还要进行综合的故障分析。

4 结语

本文设计的基于STM32控制的M7120型平面磨床模拟排故系统，是在原来模拟排故板的基础上，增加继电器故障设置方式，具有两种设置故障方式。通过主控制系统和分控制系统，依托手机或平板电脑学生端、手机或平板电脑教师端、云平台，实现智能设置故障、智能答题、自动计算和统计成绩，同时方便教师端设置故障，让学生答题结束后就知道成绩，提高了模拟排故的效率和效果，最终提高学生对M7120型平面磨床故障排除能力。