电气线路接线故障的诊断系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种电气线路接线故障的诊断系统和方法，系统由数据处理和固态继电器控制单元、固态继电器阵列单元、实训电气线路接线板和上位机组成。系统基于关联稀疏矩阵表征电气线路接线的拓扑关系，具有通用性和可扩展性；立足现有电气线路接线板，大大降低了诊断系统的TCO；借助固态继电器阵列与实训电气线路接线板的连结架构，达到弱电接线故障诊断与強电实训实验的強弱电隔离，减少了实验器材/人员的损坏/伤；诊断系统具有多接线故障的基本诊断功能、即两接线桩间无器件形成通路情况下的多接线故障诊断功能，无多接线故障构成通路条件下的漏接线故障诊断功能，减轻了教师工作量，提高了实验教学质量，是开放式实训实验的关键支撑技术和设备。

Diagnosis system and method for wiring fault of electrical circuit

The invention discloses a diagnostic system and system for wiring faults of electrical lines, which is composed of data processing and solid-state relay control unit, solid-state relay array unit, practical electrical line wiring board and upper computer. The system characterizes the topological relationship of electrical wiring based on correlation sparse matrix, which is universal and extensible. Based on existing electrical wiring boards, TCO of diagnosis system is greatly reduced. With the connection structure of solid state relay arrays and training electrical wiring boards, weak wiring fault diagnosis and strong power training are achieved. The isolation of the strong and weak current in the experiment reduces the damage/injury of the experimental equipment/personnel; the diagnostic system has the basic diagnostic function of multi-wiring faults, that is, multi-wiring fault diagnosis function under the condition of no device forming path between two wiring posts, and fault diagnosis function of leakage wiring under the condition of no multi-wiring fault constituting path, which reduces teachers'labor. Improving the quality of experimental teaching is the key supporting technology and equipment for open training experiment.

【技术实现步骤摘要】
电气线路接线故障的诊断系统和方法
本专利技术属电气线路接线故障的诊断技术范畴，涉及一种基于关联稀疏矩阵，立足现有电气线路接线板、面向教学实验、安全电压下的接线故障诊断系统和方法。
技术介绍
在高级维修电工职业技能鉴定标准(2009年版)中，直流调速技术占有相当篇幅，因为直流电机具有良好的启、制动和大范围平滑调速性能，在电力驱动领域中有着广泛的应用。参照杭州XXX技师学院的教学大纲，直流调速技术课程安排52学时，包含16学时的7个典型实训实验；开环直流调速、直流调速柜、转速负反馈单闭环直流调速、转速负反馈单闭环无静差直流调速、直流调速柜电压负反馈单闭环直流调速、双闭环直流调速、直流调速柜双闭环系统。开启开放实验室，难。目前，执行教学大纲实验，师资己捉襟见肘。以最简单的开环直流调速系统为例，系统涉及29个接线桩的接线，理论上MAX接线方式＝N×(N-1)×0.5＝29×(29-1)×0.5＝406，教师核查接线苦差一件；满负荷运转下的老师，非不为实不能，确无余力承受开放实验室。此外，设备损坏率居高不下，何来器材支持开放实验室？同时安全和有序实验遭到挑战，根据设备维修记录表和教学日志，一个学期一个班的错接线亊故汇总见下表。XX班直流调速实验的亊故统计表因此，开发电气线路接线故障的诊断系统是开启开放实验室的必要条件。诊断系统应遵循：1.通用性。若诊断系统针对单一实验，价值有限。2.安全性。弱电故障诊断与強电实训实验的強弱电隔离是必要条件。3.按需设置诊断功能。低/中/高成本对应基本/较完备/完备诊断功能，满足减轻/进一步减轻/最大限度减轻教师工作量和提高实验教学质量。4.柔性。根据不同的需求，系统可按需扩展和裁减规模。电气线路接线故障诊断系统方面较有代表性的研究成果综述如下：a)王峰，现代单片机的电气控制线路接线故障诊断系统分析[J].科技展望，2015.(8)：74.郑发泰，基于单片机的电气控制线路接线故障诊断系统[J].现代电子技术，2010.(13)：156-159.提出节点切换矩阵通过继电器将接线板电器接线桩接至检测总线，借助译码电路，单片机判接线板上两接线桩间有无导线相连。b)专利技术专利“接线诊断及纠错方法、装置和多路温控通道控制系统”(ZL200810223588.1)，提出采集各路温控通道的温度，根据各路温控通道的温度变化情况，判断不同温控通道之间是否存在接线交叉问题。c)专利技术专利“一种三相三线电能表错误接线判断方法”(ZL201310449397.8)，提出测量三相两元件电能表的参数，通过相量图比对判断接线。上述有益探索，是接线故障诊断方面研究成果的综述；面向教学实验，立足现有电气线路接线板，与強电实训实验強弱电隔离的通用故障诊断系统至今无人涉足；因此，有必要在现有成果的基础上，作进一步的创新设计。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种电气线路接线故障的诊断系统和方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电气线路接线故障的诊断系统，该系统由数据处理和固态继电器控制单元、固态继电器阵列单元、实训电气线路接线板、上位机组成；数据处理和固态继电器控制单元与上位机、固态继电器阵列单元相连，固态继电器阵列单元与实训电气线路接线板相连；实训电气线路接线板是开环直流调速系统的专用实验器材，其正面布置电子元器件、接线桩，通过对接线桩的接线，完成开环直流调速系统的实验；实训电气线路接线板包括三相整流变压器T，六只晶闸管VT1～VT6，直流调速电动机M；变压器的原边和副边均采用“Y”型接法；六只晶闸管中的VT1、VT3、VT5共阴极连接，VT4、VT6、VT2共阳极连接，构成经典的桥臂串联式整流器；晶闸管整流后输出直流，供直流调速电动机M使用；实训电气线路接线板配置接线桩①、接线桩②、逐一按序递增至接线桩合计配置29根接线桩；实训电气线路接线板的接线故障分为漏接线故障和多接线故障两大类，多接线故障进一步细分：两接线桩之间无器件形成通路情况下的多接线故障，以及两接线桩之间存在器件形成通路情况下的多接线故障；漏接线故障进一步细分：两接线桩之间无多接线故障构成通路条件下的漏接线故障，以及两接线桩之间存在多接线故障构成通路条件下的漏接线故障；定义1：按实验要求，两接线桩之间无需接线而接线、且两接线桩之间无器件形成的通路，则称两接线桩之间无器件形成通路情况下的多接线故障；定义2：按实验要求，两接线桩之间无需接线而接线、且两接线桩之间存在器件形成的通路，则称两接线桩之间存在器件形成通路情况下的多接线故障；定义3：按实验要求，两接线桩之间需接线而未接线，则称漏接线故障；漏接线故障细分，如两接线桩之间存在多接线故障构成的通路，则称存在多接线故障构成通路条件下的漏接线故障；如两接线桩之间不存在多接线故障构成的通路，则称无多接线故障构成通路条件下的漏接线故障；实训电气线路接线板接线桩与接线的拓扑关系，借助关联稀疏矩阵描述；因接线的无方向特性，故关联稀疏矩阵蜕变为上对角矩阵，矩阵N×N，N≥2；关联稀疏矩阵采用行、列、值三元组(i，j，v)表征，1≤i≤N，i+1≤j≤N；三元组的值定义：v＝1，i接线桩和j接线桩需接线；v＝0，i接线桩和j接线桩无需接线，且接线桩间无器件形成的通路；v＝2，i接线桩和j接线桩无需接线，且接线桩间存在器件形成的通路；v＝x，关联稀疏矩阵主对角线元素(i，j，v)的值，1≤i≤N、j＝i；其中，i值＝实训电气线路接线板的接线桩序号，接线故障诊断时，围绕关联稀疏矩阵主对角线特定的元素i，即对应序号i接线桩按序诊断，x无接线桩与接线的拓扑关系；例如，(3，3，x)：主对角线第3个元素，对应第3接线桩，不涉及接线；(3，6，1)：第3、6接线桩需接线，系统诊断漏接线故障；(3，5，2)：第3、5接线桩无需接线，但接线桩间存在器件通路，系统放弃诊断多接线故障；(3，10，0)：第3、10接线桩无需接线，且接线桩间无器件通路，系统诊断多接线故障；上位机采用三元组描述关联稀疏矩阵时，舍弃v＝x的三元组；v＝0的三元组作为缺省元组处理‐‐‐亦舍弃之，但数据处理和固态继电器控制单元插入补充v＝0的缺省元组‐‐‐填补之、即生成上位机舍弃的v＝0三元组；故障诊断时，数据处理和固态继电器控制单元舍弃v＝2的三元组。所述的数据处理和固态继电器控制单元包括数据处理模块、固态继电器控制模块，数据处理模块以STM32F407芯片为核心，固态继电器控制模块以EP2C8Q208C8芯片为核心；数据处理模块通过UART接口与上位机相连；STM32F407的脚PE8、PE9、PE10、PE11、PE12分别与EP2C8Q208C8的脚D1、D2、D3、D4、D5相连，STM32F407的脚[PF0，PF7]分别与EP2C8Q208C8的脚[D6，D13]相连，STM32F407的脚[PE0，PE7]分别与EP2C8Q208C8的脚[D14，D21]相连；EP2C8Q208C8的脚[D22，D85]分别与固态继电器阵列单元的FPGAIO[1，64]端子相连，EP2C8Q208C8的脚D86与固态继电器阵列单元的FPGAIO0端子相连。所述的固态继电器阵列单元包括第1固态继电器、第2固态继电器、逐一按序递增至第6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电气线路接线故障的诊断系统，其特征在于，该系统由数据处理和固态继电器控制单元(100)、固态继电器阵列单元(200)、实训电气线路接线板(300)和上位机(400)组成；数据处理和固态继电器控制单元(100)与上位机(400)、固态继电器阵列单元(200)相连，固态继电器阵列单元(200)与实训电气线路接线板(300)相连；实训电气线路接线板(300)是开环直流调速系统的专用实验器材，其正面布置电子元器件、接线桩，通过对接线桩的接线，完成开环直流调速系统的实验；实训电气线路接线板(300)包括三相整流变压器T，六只晶闸管VT1～VT6，直流调速电动机M，三相整流变压器T的原边和副边均采用“Y”型接法，六只晶闸管中的VT1、VT3、VT5共阴极连接，VT4、VT6、VT2共阳极连接，构成经典的桥臂串联式整流器；晶闸管整流后输出直流，供直流调速电动机M使用；实训电气线路接线板(300)配置接线桩①、接线桩②、逐一按序递增至接线桩

【技术特征摘要】
1.一种电气线路接线故障的诊断系统，其特征在于，该系统由数据处理和固态继电器控制单元(100)、固态继电器阵列单元(200)、实训电气线路接线板(300)和上位机(400)组成；数据处理和固态继电器控制单元(100)与上位机(400)、固态继电器阵列单元(200)相连，固态继电器阵列单元(200)与实训电气线路接线板(300)相连；实训电气线路接线板(300)是开环直流调速系统的专用实验器材，其正面布置电子元器件、接线桩，通过对接线桩的接线，完成开环直流调速系统的实验；实训电气线路接线板(300)包括三相整流变压器T，六只晶闸管VT1～VT6，直流调速电动机M，三相整流变压器T的原边和副边均采用“Y”型接法，六只晶闸管中的VT1、VT3、VT5共阴极连接，VT4、VT6、VT2共阳极连接，构成经典的桥臂串联式整流器；晶闸管整流后输出直流，供直流调速电动机M使用；实训电气线路接线板(300)配置接线桩①、接线桩②、逐一按序递增至接线桩合计配置29根接线桩；实训电气线路接线板(300)的接线故障分为漏接线故障和多接线故障两大类，多接线故障进一步细分：两接线桩之间无器件形成通路情况下的多接线故障，以及两接线桩之间存在器件形成通路情况下的多接线故障；漏接线故障进一步细分：两接线桩之间无多接线故障构成通路条件下的漏接线故障，以及两接线桩之间存在多接线故障构成通路条件下的漏接线故障；定义1：按实验要求，两接线桩之间无需接线而接线、且两接线桩之间无器件形成的通路，则称两接线桩之间无器件形成通路情况下的多接线故障；定义2：按实验要求，两接线桩之间无需接线而接线、且两接线桩之间存在器件形成的通路，则称两接线桩之间存在器件形成通路情况下的多接线故障；定义3：按实验要求，两接线桩之间需接线而未接线，则称漏接线故障；漏接线故障细分，如两接线桩之间不存在多接线故障构成的通路，则称无多接线故障构成通路条件下的漏接线故障；如两接线桩之间存在多接线故障构成的通路，则称存在多接线故障构成通路条件下的漏接线故障；实训电气线路接线板(300)接线桩与接线的拓扑关系，借助关联稀疏矩阵描述；因接线的无方向特性，故关联稀疏矩阵蜕变为上对角矩阵，矩阵N×N，N≥2；关联稀疏矩阵采用行、列、值三元组(i，j，v)表征，1≤i≤N，i+1≤j≤N；三元组的值定义：v＝1，i接线桩和j接线桩需接线；v＝0，i接线桩和j接线桩无需接线，且接线桩间无器件形成的通路；v＝2，i接线桩和j接线桩无需接线，且接线桩间存在器件形成的通路；v＝x，关联稀疏矩阵主对角线元素(i，j，v)的值，1≤i≤N、j＝i；其中，i值为实训电气线路接线板(300)的接线桩序号，接线故障诊断时，围绕关联稀疏矩阵主对角线特定的元素i，即对应序号i接线桩按序诊断，x无接线桩与接线的拓扑关系；上位机(400)采用三元组描述关联稀疏矩阵时，舍弃v＝x的三元组；v＝0的三元组作为缺省元组处理，但数据处理和固态继电器控制单元(100)插入补充v＝0的缺省元组、即生成上位机(400)舍弃的v＝0三元组；故障诊断时，数据处理和固态继电器控制单元(100)舍弃v＝2的三元组。2.根据权利要求1所述的电气线路接线故障的诊断系统，其特征在于，所述数据处理和固态继电器控制单元(100)包括数据处理模块(110)和固态继电器控制模块(120)，数据处理模块(110)以STM32F407芯片为核心，固态继电器控制模块(120)以EP2C8Q208C8芯片为核心；数据处理模块(110)通过UART接口与上位机(400)相连；STM32F407的脚PE8、PE9、PE10、PE11、PE12分别与EP2C8Q208C8的脚D1、D2、D3、D4、D5相连，STM32F407的脚[PF0，PF7]分别与EP2C8Q208C8的脚[D6，D13]相连，STM32F407的脚[PE0，PE7]分别与EP2C8Q208C8的脚[D14，D21]相连；EP2C8Q208C8的脚[D22，D85]分别与固态继电器阵列单元(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄懿明，朱巍巍，刘聪，吴明光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33