730-1_论文-电气故障诊断实训装置研制

电气故障诊断实训装置研制摘要:针对现有电气故障诊断实训装置存在的缺陷，研制出将工业级产品与教学装置融为一体的新型实训装置，具体介绍了装置结构、电气工作原理、故障设置方法。实际应用表明，该装置设计简洁、结构巧妙、形象直观、操作方便、成本低廉，具有较大的推广价值。关键词:电气故障诊断；实训装置；设计开发中图分类号：TM502文献标识码：ADevelopingtheComprehensiveTrainingEquipmentofElectricalSystemFailureDiagnosisAbstract:Aimingattheshortcomingsoftheexistingcomprehensivetrainingequipmentofelectricalsystemfailurediagnosis,developingthenewcomprehensivetrainingequipmentofcombiningtheindustrialproductswithteachingdevices，introducedaspecificdevicestructure,electricalworkinprinciple,failuretosetmethods.Factsshowthatthedesignissimpleandingeniousstructure,visualimage,easytooperate,low-cost,thegreaterthevalueofthepromotion.Keywords:Electricalsystemmalfunctiondiagnose；Comprehensivetrainingequipment；Design0引言分析电气故障现象，进行电气故障诊断，是维修电工国家职业标准中规定的最重要的技能之一。而现有的电气故障诊断实训装置，过于理想化，忽略了工程的概念，采用控制装置模拟系统的工作过程，把实训装置做成了单纯的教具，没有实际设备的特征，不能真实地反映系统的实际工作情况；没有采用工业化的标准元件与材料，电器元件、仪表的布置及连线平面化，与工业产品的要求相距甚远，学生不能真刀真抢进行训练；技术含量不高，对新技术新设备集成度较低，不含“工业维生素”——变频器，也不含单片机；不能设置短路故障和设备反转故障；故障点暴露，学生可以通过观察故障开成果类型：论文。《电气故障诊断实训装置》已获国家知识产权局专利授权（授权公告号：CN201266443Y）.关的位置排除故障，失去设置故障的意义；结构庞大、成本高、不形象直观；以机床电气控制作为设计与开发对象，如z3050摇臂钻床，与学生的日常生活相距甚远，学生学习兴趣不高。因此，各大、中专院校、职业学校的电气、自动化及相关专业、社会电工培训、各县市维修电工鉴定所（站）等单位实训迫切需要能克服上述缺陷的更好的电气故障诊断实训装置问世。本装置的设计思路是，针对现有故障诊断实训装置存在的缺陷，提出一种符合工业产品的要求、不仅包含变频器、单片机、压力表、自动空气开关、交流接触器、中间继电器、按钮、信号灯、端子排等典型的工业电气产品和控制装置，而且包含了机械和工艺负载的一个真实的电气控制系统，同时又具有设计简洁、结构巧妙、控制过程直观，给人视觉冲击力强，故障点隐蔽、可设置故障类型全，操作方便、成本低廉，与我们日常生活紧密相关，便于教师演示和学生实训的实训装置。1实训装置的研制1.1装置结构Fig.1Trainingequipmentstructuraldiagramofelectricalsystemfailurediagnosis电气故障诊断实训装置结构如图1所示，包括水箱（1），在水箱（1）内设有两台水泵（2）和（6），其特征在于，所述水泵分别与止回阀（3）和（7）连接，水泵通过连接管（8）与水龙头（5）连通；连接管（8）上设有远传压力表（4）；所述水泵分别与由变频器控制的三相交流异步电动机连接；所述变频器以及远传压力表还与控制器连接。1.2电气工作原理Fig.2Trainingequipmentworkingprincipleofelectricalsystemfailurediagnosis实训装置的电气工作原理如图2所示，短路故障设置开关FS1，闭合时用于模拟电路短路故障；开路故障设置开关Fo1，断开时用于模拟电路断路故障。正常工作时，短路故障设置开关FS1处于断开位置，开路故障设置开关Fo1处于闭合位置。首先将水箱中注入水，合上电源QF1、QF2后，接通电源，控制电源指示灯HL1亮。通过FPC多泵控制器设定当前压力设定值。断开停机信号输入开关SA1，使FPC多泵控制器DI2端与CM2端断开，多泵控制器通过其FWD、CM1端子对变频器进行启停控制，通过D/A、CM2端子对变频器进行转速控制。接通多泵控制器的B1端，交流接触器KM1线圈得电，交流接触器KM1常开主触点闭合，1#水泵电机接通变频器，启动1#水泵变频工作，指示灯HL2灯亮，由变频器控制的给水泵将水箱中的水送入用水管道，随着变频器输出频率的增大，水泵转速升高，管网水压加大，管网上装设的远传压力表随时检测到水压的变化，检测到的模拟信号送入多泵控制器中与给定压力比较并处理。当水龙头开较小（用水量较少）时，变频器只需对1#水泵进行变频调节就可以保持系统的压力稳定为设定值。如果水龙头5开大（用水量加大），而远传压力表在管网端测得的水压偏小，达不到系统压力设定值时，则变频器输出频率升高，当1#水泵工作频率升高到到50Hz时，经过一定的延时（延时时间可以任意设定），如果测量压力值仍然达不到系统压力设定值，多泵控制器则将B1端断开，交流接触器KM1线圈失电，交流接触器KM1常开主触点断开，切断变频器与1#水泵电机连接，1#水泵停止变频状态运行，指示灯HL2灯灭，接通多泵控制器的G1端，交流接触器KM2线圈得电，交流接触器KM2常开主触点闭合，将1#水泵由变频状态转换为工频工作状态，并关断变频器，延时3秒，接通多泵控制器的B2端，交流接触器KM3线圈得电，交流接触器KM3常开主触点闭合，2#水泵电机接通变频器，启动2#水泵变频工作，指示灯HL4灯亮，将变频器切换到2#水泵，启动2#水泵进行变频工作，供水系统依靠调节2#泵的工作频率来稳定系统压力，实现一台工频一台变频双泵运行。当水龙头开小（用水量减少），变频器的输出频率会下降，当2#水泵频率下降至0Hz时，经过一定的延时（延时时间可以任意设定），远传压力表在管网端测得的水压仍然超过系统设定的压力，多泵控制器将G1端断开，交流接触器KM2线圈失电，交流接触器KM2常开主触点断开，切断1#水泵电机工频供电，停止1号水泵工频运行，由2#水泵进行变频调节保持系统的压力稳定。如果水龙头开大（用水量加大），当2#水泵变频工作在50Hz时，经过一定的延时（延时时间可以任意设定），如果测量压力仍然达不到设定值，则将B2端断开，接通G2端，将2#泵由变频状态转换为工频工作状态，延时3秒，接通B1端，启动1#泵进行变频工作。停机时，闭合停机信号输入开关SA1，多泵控制器的DI2端与CM2端闭合，当DI2与CM2端子闭合超过两秒钟后，控制器所有的输出都关闭，包括D/A输出。设定与测量显示都正常。输出关闭的顺序为先关D/A3秒，关RUN(CM1,FWD)2秒，关变频泵接触器，最后顺序关闭工频接触器（先起先停），中间间隔2秒。为了防止交流接触器KM1与交流接触器KM2、交流接触器KM3与交流接触器KM4同时动作，损坏变频器，在交流接触器KM1与交流接触器KM2之间、交流接触器KM3与交流接触器KM4之间设置了互锁；同时为了防止一台变频器同时带动两台水泵变频运行，在交流接触器KM1与交流接触器KM3之间也设置了互锁。此外，本实训装置充分考虑了工业现场的实际，具有压力测量值防抖动补偿控制功能、参数调整和设定具有密码锁定及保护功能、采用人工智能模糊控制算法，控制精度高，内带看门狗电路，采用数字滤波及多项抗干扰措施，防止软件跑飞功能、具有压力传感器零点和满度补偿功能、具有小流量水泵睡眠控制功能；具有手操器功能，可手动调节输出电压来控制变频器的频率等。1.3故障设置方法本实训装置可设置电路故障、元器件故障、参数设置故障、水泵反转故障四种。电路故障的设置，在电路中任意两个相同电位点都可设置故障开关Fo，当故障开关Fo闭合时，电路正常；当故障开关Fo断开时，电路发生断路故障，如开路故障设置开关Fo1。在图中任意两个不同电位点都可设置故障开关FS，当故障开关FS断开时，电路正常；当故障开关FS闭合时，电路发生短路故障，如短路故障设置开关FS1。本实训装置中电气控制箱前、后都开门带锁，在距控制箱后门一定距离处设置一绝缘隔板，在绝缘隔板后布置安装电路故障设置开关。控制箱盘面布置（如图3所示）、打开控制箱前门看到的元件布置（如图４所示），看到的与工业级产品一样。距控制箱后门10mm处设置一绝缘板，在绝缘板后布置安装F1到F16故障设置开关。电路故障的设置和排除，只需打开后门拨动电路故障设置开关即可。实训时，将电路故障设置好后，关闭后门并上锁，从而实现故障点的彻底隐蔽，锻炼和培养了学生运用电气原理分析和查找故障的能力。Fig.3ControlboxsurfacearrangementdiagramFig.4Componentarrangementincontrolbox元器件故障的设置，用损坏的元器件代替正常的元器件。参数设置故障，由于变频器或多泵控制器参数设置不合理，而导致的系统无法正常运行。如变频器加速时间设置过短，可出现变频器过电流故障；变频器减速时间设置过短，可出现变频器过电压故障。水泵反转故障，设定当前压力设定值P01=0.03Mpa，发现当1#水泵变频运行50Hz时系统压力为0.028Mpa，仍然达不到压力设定值0.03Mpa时，1#水泵由变频状态转换为工频工作状态，并关断变频器，延时3秒，将变频器切换到2#水泵，实现1#水泵工频、2#水泵变频运行，但供水系统调节2#水泵的工作频率达到50Hz时，系统压力却只有0.025Mpa。在水龙头开度不变的情况下，出现了1#水泵工频、2#水泵变频两台水泵同时开没有1#水泵变频单独开压力大的奇怪现象。故障原因为1#水泵工频反转、2#水泵变频反转所致，水泵电机正转时出水量较大，压力上升明显，水泵电机反转，压力小。分别调整交流接触器KM2、交流接触器KM3主触点电源进线任意二相即可。2结束语本实训装置将工业级产品与教学装置完美地融为一体，不仅设计简洁、结构巧妙、操作方便、功能强大，而且成本极其低廉，投资不到6000元，不到相关企业的恒压供水实训装置的1/10，可供各大、中专院校、职业学校的电气、自动化及相关专业、社会电工培训、工厂电工培训、各县市维修电工鉴定所（站）等单位完成恒压循环供水实验、变频调速实验和电气系统故障诊断实训教学，市场开发前景广阔,《电气故障诊断实训装置》已获国家知识产权局专利授权（授权公告号：CN201266443Y）。