CN103208220B - 智能型低压供配电实训系统及其实训方法 - Google Patents

Abstract

一种智能型低压供配电实训系统及其实训方法，涉及一种供配电实训系统及其实训方法，系统包括控制中心、模拟实训仿真平台、LED矩阵显示屏、驱动单元、执行单元、负荷通电传感器、数据输入控制器、故障报警单元、考核题库单元、计时与成绩显示单元、电源单元。方法是依据建筑平面图及用电负荷的配置，对供配电对象进行系统图设计，同时准备器材；根据所设计的系统图，在模拟实训仿真平台上进行布线安装与通电试验，完成设计对象所有用电负荷的供配电，根据统计的负荷通电数量、报警次数以及作业完成的时间，系统自动评定项目作业的成绩。本发明能将导线及开关电器选择、安装与调试等整合为一，同时能自动提供评分功能，具有较强的可操作性。

Description

智能型低压供配电实训系统及其实训方法

技术领域

本发明涉及一种供配电实训系统及其实训方法，特别是一种智能型低压供配电实训系统及其实训方法。

背景技术

与低压供配电实训系统最为接近的现有技术为建筑电气配电及照明技术综合教学平台，该平台为板房式结构，存在有以下不足之处：

（一）作业空间较小，内部空间约为2300mm*2300mm*2300mm，无法真实地再现真实配电系统的环境。

（二）提供的实训功能单一，利用该综合教学平台只能进行简单的配线与安装训练，无法将供配电技术的基础理论，如小型系统供配电系统的设计、负荷的计算、导线与开关电器的选择等融合到实训装置之中。

（三） 智能化程度低，该综合教学平台只提供了一个配线的作业平台，既无导线与开关电器规格选择内容，也没有自动评分功能。

（四） 需要较大的线材消耗量，利用该综合教学平台进行配线实训时，每次利用过的线材几乎无法再重复利用，从实训经济的角度来说是很不经济的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种以低压小型的用电负荷为对象，为学生提供从供配电系统的设计、安装与调试等全程技能训练的智能型低压供配电实训系统及其实训方法。

解决上述技术问题的技术方案是：一种智能型低压供配电实训系统，包括控制中心、模拟实训仿真平台、LED矩阵显示屏、驱动单元、执行单元、负荷通电传感器、数据输入控制器、故障报警单元、考核题库单元、计时与成绩显示单元、电源单元，其中，

所述的控制中心为PLC控制中心，用于对部件进行指挥、协调、组织及其控制，并对数据输入控制器输入的配电支路数据进行接收、判断，决定是否接通该配电支路的电源；

所述的模拟实训仿真平台用于根据建筑结构及配置的用电负荷，完成从系统的设计、参数计算、设备选择，到安装与调试的全部作业，该模拟实训仿真平台的输入端与控制中心的输出端连接；

所述的LED矩阵显示屏用于根据PLC控制中心的控制指令，显示出不同对象的建筑结构，该LED矩阵显示屏安装在模拟实训仿真平台上，LED矩阵显示屏的输入端与控制中心的输出端连接；

所述的驱动单元用于对PLC控制中心输出的控制信号进行放大，以驱动执行单元执行PLC控制中心输出的指令，该驱动单元的输入端与PLC控制中心的输出端连接；

所述的执行单元用于根据PLC控制中心的指令对配电支路进行通断控制，该执行单元的输入端与驱动单元的输出端连接；

所述的负荷通电传感器用于对通电的负荷进行检测，配合完成项目的成绩评定，该负荷通电传感器通过双向数据线与控制中心相连；

所述的数据输入控制器用于为作业者提供操作介面输入数据，并将该数据传输给PLC控制中心，所述的数据输入控制器的输出端与PLC控制中心的输入端连接；

所述的故障报警单元用于对作业过程中出现的短路性故障进行保护并报警，记下报警的次数，并将报警的次数纳入实训成绩的评定范围，该故障报警单元的输入端与控制中心的输出端连接；

所述的考核题库单元用于内置各种建筑平面结构图及配套的用电负荷，为学生训练提供背景数据，该考核题库单元通过双向数据线与控制中心相连；

所述的计时与成绩显示单元用于提供时钟、作业计时及作业成绩的显示功能，该计时与成绩显示单元的输入端与控制中心的输出端连接；

所述的电源单元用于为PLC控制中心提供工作电源，该电源单元的输出端与PLC控制中心的电源供电端相连。

本发明的进一步技术方案是：所述的模拟实训仿真平台为采用实训室的一面墙体作为背景的栅格结构，每个栅格上均安装有金属网孔板。

本发明的再进一步技术方案是：所述的每个栅格规格为（0.8～1.2）m*（0.5～1.0）m，所述的金属网孔板厚度为1.5～2.5mm。

本发明的进一步技术方案是：所述的LED矩阵显示屏采用安装在每个栅格边上的LED发光管作为发光体，各LED发光管采用矩阵连接，并通过LED驱动电路与PLC控制中心连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的驱动单元为三极管放大电路或集成电路驱动电路。

本发明的再进一步技术方案是：所述的执行单元为直流继电器或固态继电器。

本发明的另一技术方案是：一种智能型低压供配电实训系统的实训方法，该方法是依据建筑平面图及用电负荷的配置，对供配电对象进行系统图设计，同时准备器材；根据所设计的系统图，在模拟实训仿真平台上进行布线安装与通电试验，完成设计对象所有用电负荷的供配电，根据统计的负荷通电数量、报警次数以及作业完成的时间，系统自动评定项目作业的成绩。

本发明的进一步技术方案是：该方法包括以下具体步骤：

S1．选择设计对象；

S2．作业计时开始；

S3．判断作业计时是否结束，如果是，则直接进入步骤S17，如果否，则同时进入步骤S4、S5；

S4．设计系统图：依据建筑平面图及用电负荷的配置，对供配电对象进行系统图的设计，然后进入步骤S6；

S5．准备器材：在设计系统图的同时，准备布线所需的各种器材，并根据用电负荷的数量及功率，计算各配电支路的额定电流值，然后根据该用电负荷的数量及功率、各配电支路的额定电流值进行导线及开关设备规格的选择，直接进入步骤S7；

S6．判断设计系统图是否完成，如果否，则重复步骤S4，如果是，则进入步骤S7；

S7．布线作业：根据设计的系统图，在模拟实训仿真平台上进行布线安装作业；

S8．判断布线作业是否完成，如果否，则重复步骤S7，如果是，则进入步骤S9；

S9．检查布线；

S10．判断布线是否正确，如果否，则进入步骤S11，如果是，则直接进入步骤S12；

S11．处理故障，重复步骤S9；

S12．分别输入用电负荷的功率和配电支路额定电流值的数据；

S13．判断输入数据是否完成，如果否，则重复步骤S12，如果是，则进入步骤S14；

S14．通电试验：PLC控制中心判断输入的用电负荷功率以及配电支路额定电流值是否匹配，决定是否接通该配电支路，如果是，则PLC控制中心输出有效的控制信号使驱动单元工作，驱动单元将控制信号进行放大后，执行单元接通该配电支路，进入步骤S15；如果否，则驱动单元不工作，执行单元不接通该配电支路，同时系统报警，进入步骤S16；

S15．统计负荷通电数量，进入步骤S17；

S16．统计报警次数，进入步骤S17；

S17．成绩评定：根据统计的负荷通电数量、报警次数以及作业完成的时间进行成绩评定；

S18．判断成绩评定是否完成，如果否，则重复步骤S17，如果是，则进入步骤S19；

S19．结束。

由于采用上述技术方案，本发明之智能型低压供配电实训系统及其实训方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

1. 能模拟再现各种用电对象的建筑平面图及用电负荷的配置数据：

本发明利用实训室内的某一墙面作为作业平台的背景，采用高亮度LED矩阵显示技术，通过系统控制中心和矩阵驱动电路，点亮不同的矩阵笔划，以显示各种不同的建筑结构平面图及各种用电负荷的配置数据，为小型系统供配电系统的设计、安装与调试提供一个高度仿真的环境，为受训者创造了一个贴近实际场景的作业环境。

2. 可模拟提供低压配电系统的导线、开关设备的选择功能：

在现有的配电作业训练中，一般只要求根据系统的设计方案来完成布线作业，即把线接通，至于负荷的功率、导线及开关规格都不用考虑，这恰恰忽视了《供配电技术》课程中基本的理论问题，即根据负荷的大小来合理选择导线及开关设备的规格。本发明可以提供在完成布线作业的同时，检验作业者能否根据负荷的实际功率合理地选择供配电设备。

3．能提供小型系统的供配电系统的布线、安装与调试作业平台：

本智能型低压供配电实训系统的整个模拟实训仿真平台为实训室的整面墙体，不仅有良好的作业空间，而且更接近实际的作业环境。线槽、各种开关、插座、低压断路器均可以在矩阵钢架的金属网孔板上通过膨胀塑料铆钉固定安装。

4．具有对各支路额定电流的检测及供电控制功能：

本发明在作业过程中，作业者需根据考核题库提供的建筑结构及用电负荷的情况，计算每一条支路的额定工作电流，只有根据实际用电负荷的大小，计算该支路的额定电流（电流余量由系统自动给定），并据此选择导线及各种配电设备的规格及型号，此时，系统接通电源，给该支路供电；否则，系统对该支路不予以供电。

5．具有自动评分功能：

在布线、安装与调试作业完毕后，本系统还能根据作业完成情况（包括时间及质量两部分）自动给出实作的成绩。

6．可完成《供配电技术》课程由过去纯理论性的教学向教、学、做一体的项目教学法过渡：

在《供配电技术》课程中，诸如小型用电对象的系统图设计、用电负荷的功率与电流的计算、短路电流及峰值电流的计算、导线与开关设备规格的选择等理论性较强的问题，纯理论性教学，不仅抽象，而且学生感觉不到它的用处，因此学习的积极性不高，在高职教育中是一个共性的问题。本发明通过创新设计，实现了将抽象的理论融入到项目教学的实做性环节之中，既可能有效地提高学习的积极性，而且为学生提高实做技能提供了一个训练的平台。

7．可作为配电系统与照明技术设计、安装与调试的技能大赛专用设备：

本发明将LED显示技术与PLC控制技术融为一体，自动化及智能化程度较高，具有系统图设计合理性判断、负荷与电流匹配判断、负荷通电判断、LED矩阵显示用电对象的建筑平面图、自动评分功能等，具有较强的可操作性，也可作为配电系统与照明技术设计、安装与调试的技能大赛专用设备。

下面，结合附图和实施例对本发明之智能型低压供配电实训系统及其实训方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明：

图1：本发明之智能型低压供配电实训系统的结构框图，

图2：模拟仿真实训平台的结构示意图，

图3：LED矩阵显示屏显示的建筑结构示意图，

图4：本发明之智能型低压供配电实训系统的实训方法的流程框图。

具体实施方式

实施例一：

一种智能型低压供配电实训系统，包括控制中心、模拟实训仿真平台、LED矩阵显示屏、驱动单元、执行单元、负荷通电传感器、数据输入控制器、故障报警单元、考核题库单元、计时与成绩显示单元、电源单元（参见图1），其中，

所述的控制中心为PLC控制中心，用于对部件进行指挥、协调、组织及其控制，并对数据输入控制器输入的配电支路数据进行接收、判断，决定是否接通该配电支路的电源；

所述的模拟实训仿真平台用于根据建筑结构及配置的用电负荷，完成从系统的设计、参数计算、设备选择，到安装与调试的全部作业，该模拟实训仿真平台的输入端与控制中心的输出端连接；所述的模拟实训仿真平台为采用实训室的一面墙体（长×宽= 10m×4 m）作为背景的10（行）*5（列）栅格结构，每个栅格规格为1m*0.8m，每个栅格上均安装有厚度为2 mm的金属网孔板（参见图2）。

所述的LED矩阵显示屏用于根据PLC控制中心的控制指令，显示出不同对象的建筑结构，该LED矩阵显示屏采用安装在每个栅格边上的LED发光管作为发光体，各LED发光管采用10（行）*5（列）的矩阵连接，并通过LED驱动电路与PLC控制中心连接。

所述的驱动单元为三极管放大电路或集成电路驱动电路，用于对PLC控制中心输出的控制信号进行放大，以驱动执行单元执行PLC控制中心输出的指令，该驱动单元的输入端与PLC控制中心的输出端连接。

所述的执行单元为直流继电器或固态继电器，用于根据PLC控制中心的指令对配电支路进行通断控制，该执行单元的输入端与驱动单元的输出端连接。

所述的负荷通电传感器用于对通电的负荷进行检测，配合完成项目的成绩评定，该负荷通电传感器通过双向数据线与控制中心相连。

所述的数据输入控制器采用例如键盘之类的数据输入设备，用于为作业者提供操作介面输入数据，并将该数据传输给PLC控制中心，所述的数据输入控制器的输出端与PLC控制中心的输入端连接。

所述的故障报警单元用于对作业过程中出现的短路性故障进行保护并报警，记下报警的次数，并将报警的次数纳入实训成绩的评定范围，该故障报警单元的输入端与控制中心的输出端连接；

所述的考核题库单元用于内置各种建筑面结构图及配套的用电负荷，为学生训练提供背景数据，该考核题库单元通过双向数据线与控制中心相连；

所述的计时与成绩显示单元用于提供时钟、作业计时及作业成绩的显示功能，该计时与成绩显示单元的输入端与控制中心的输出端连接。

所述的电源单元用于为PLC控制中心提供工作电源，该电源单元的输出端与PLC控制中心的电源供电端相连。

本智能型低压供配电实训系统利用实训室内的某一墙面作为作业平台的背景，采用高亮度LED矩阵显示技术，通过系统控制中心和矩阵驱动电路，点亮不同的矩阵笔划，以显示各种不同的建筑结构平面图及各种用电负荷的配置数据，为小型系统供配电系统的设计、安装与调试提供一个高度仿真的环境，为受训者创造了一个贴近实际场景的作业环境，房屋结构类型、用电负荷的配置由考核题库提供，主要的设计对象有：各种居住户型、教室、实训室、办公室、车间以及景观照明等。

作为实施例一的一种变换，所述的栅格结构及LED发光管还可以采用9（行）*8（列）、8（行）*4（列）等其它矩阵排列。

作为实施例一的又一种变换，所述的每个栅格规格可以增大或减小，一般为（0.8～1.2）m*（0.5～1.0）m。

作为实施例一的又一种变换，所述的金属网孔板厚度也可以增大或减小，一般为1.5～2.5mm。

实施例二：

一种智能型低压供配电实训系统的实训方法，该方法是依据建筑平面图及用电负荷的配置，对供配电对象进行系统图设计，同时准备器材；根据所设计的系统图，在模拟实训仿真平台上进行布线安装与通电试验，完成设计对象所有用电负荷的供配电，根据统计的负荷通电数量、报警次数以及作业完成的时间，系统自动评定项目作业的成绩；该方法包括以下具体步骤：

S1．选择设计对象；

S2．作业计时开始；

S3．判断作业计时是否结束，如果是，则直接进入步骤S17，如果否，则同时进入步骤S4、S5；

S4．设计系统图：依据建筑平面图及用电负荷的配置，对供配电对象进行系统图的设计，然后进入步骤S6；

S5．准备器材：在设计系统图的同时，准备布线所需的各种器材，并根据用电负荷的数量及功率，计算各配电支路的额定电流值，然后根据该用电负荷的数量及功率、各配电支路的额定电流值进行导线及开关设备规格的选择，直接进入步骤S7；

S6．判断设计系统图是否完成，如果否，则重复步骤S4，如果是，则进入步骤S7；

S7．布线作业：根据设计的系统图，在模拟实训仿真平台上进行布线安装作业；

S8．判断布线作业是否完成，如果否，则重复步骤S7，如果是，则进入步骤S9；

S9．检查布线；

S10．判断布线是否正确，如果否，则进入步骤S11，如果是，则直接进入步骤S12；

S11．处理故障，重复步骤S9；

S12．分别输入用电负荷的功率和配电支路额定电流值的数据；

S13．判断输入数据是否完成，如果否，则重复步骤S12，如果是，则进入步骤S14；

S14．通电试验：PLC控制中心判断输入的用电负荷功率以及配电支路额定电流值是否匹配，决定是否接通该配电支路，如果是，则PLC控制中心输出有效的控制信号使驱动单元工作，驱动单元将控制信号进行放大后，执行单元接通该配电支路，进入步骤S15；如果否，则驱动单元不工作，执行单元不接通该配电支路，同时系统报警，进入步骤S16；

S15．统计负荷通电数量，进入步骤S17；

S16．统计报警次数，进入步骤S17；

S17．成绩评定：根据统计的负荷通电数量、报警次数以及作业完成的时间进行成绩评定；

S18．判断成绩评定是否完成，如果否，则重复步骤S17，如果是，则进入步骤S19；

S19．结束。

Claims (6)

1.一种智能型低压供配电实训系统，其特征在于：包括控制中心、模拟实训仿真平台、LED矩阵显示屏、驱动单元、执行单元、负荷通电传感器、数据输入控制器、故障报警单元、考核题库单元、计时与成绩显示单元、电源单元，其中，

所述的控制中心为PLC控制中心，用于对部件进行指挥、协调、组织及其控制，并对数据输入控制器输入的配电支路数据进行接收、判断，决定是否接通该配电支路的电源；

所述的模拟实训仿真平台用于根据建筑结构及配置的用电负荷，完成从系统的设计、参数计算、设备选择，到安装与调试的全部作业，该模拟实训仿真平台的输入端与控制中心的输出端连接；

所述的LED矩阵显示屏用于根据PLC控制中心的控制指令，显示出不同对象的建筑结构，该LED矩阵显示屏安装在模拟实训仿真平台上，LED矩阵显示屏的输入端与控制中心的输出端连接；

所述的驱动单元用于对PLC控制中心输出的控制信号进行放大，以驱动执行单元执行PLC控制中心输出的指令，该驱动单元的输入端与PLC控制中心的输出端连接；

所述的执行单元用于根据PLC控制中心的指令对配电支路进行通断控制，该执行单元的输入端与驱动单元的输出端连接；

所述的负荷通电传感器用于对通电的负荷进行检测，配合完成项目的成绩评定，该负荷通电传感器通过双向数据线与控制中心相连；

所述的数据输入控制器用于为作业者提供操作介面输入数据，并将该数据传输给PLC控制中心，所述的数据输入控制器的输出端与PLC控制中心的输入端连接；

所述的故障报警单元用于对作业过程中出现的短路性故障进行保护并报警，记下报警的次数，并将报警的次数纳入实训成绩的评定范围，该故障报警单元的输入端与控制中心的输出端连接；

所述的考核题库单元用于内置各种建筑面结构图及配套的用电负荷，为学生训练提供背景数据，该考核题库单元通过双向数据线与控制中心相连；

所述的计时与成绩显示单元用于提供时钟、作业计时及作业成绩的显示功能，该计时与成绩显示单元的输入端与控制中心的输出端连接；

所述的电源单元用于为PLC控制中心提供工作电源，该电源单元的输出端与PLC控制中心的电源供电端相连。

2.根据权利要求1所述的智能型低压供配电实训系统，其特征在于：所述的模拟实训仿真平台为采用实训室的一面墙体作为背景的栅格结构，每个栅格上均安装有金属网孔板。

3.根据权利要求2所述的智能型低压供配电实训系统，其特征在于：所述的每个栅格规格为（0.8～1.2）m*（0.5～1.0）m，所述的金属网孔板厚度为1.5～2.5mm。

4.根据权利要求3所述的智能型低压供配电实训系统，其特征在于：所述的LED矩阵显示屏采用安装在每个栅格边上的LED发光管作为发光体，各LED发光管采用矩阵连接，并通过LED驱动电路与PLC控制中心连接。

5.根据权利要求1所述的智能型低压供配电实训系统，其特征在于：所述的驱动单元为三极管放大电路或集成电路驱动电路。

6.根据权利要求1所述的智能型低压供配电实训系统，其特征在于：所述的执行单元为直流继电器或固态继电器。