CN108766089B - 电气线路接线故障的诊断系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

电气线路接线故障的诊断系统和方法

技术领域

本发明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。

背景技术

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事故汇总见下表。

XX班直流调速实验的事故统计表

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)发明专利“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)发明专利“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。

发明内容

本发明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。

本发明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第1接线桩①、第2接线桩②、逐一按序递增至第29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64固态继电器，以及驱动模块，固态继电器的型号为SDE3005D；驱动模块以三极管Q₂₉₉为核心，Q₂₉₉的基极与FPGAIO₀端子相连，Q₂₉₉的发射极接地，R₂₉₉的一端接V_CC、另一端接Q₂₉₉的集电极；Q₂₉₉的集电极引线串联64个FPGAIO_X端子；

第1固态继电器的脚1经R₂₀₁接V_CC，脚2接第1固态继电器的FPGAIO_X端子，脚4接FPGAIO₁端子，脚3与实训电气线路接线板的第1接线桩①相连；逐一按序递增至第64固态继电器，其组成和连接关系均与第1固态继电器类同；固态继电器控制模块的EP2C8Q208C8脚D86输出高电平，Q₂₉₉导通，串联的64个FPGAIO_X端子低电平，64个固态继电器闭合，EP2C8Q208C8的64个IO口、分别经64个固态继电器的脚4和3、与实训电气线路接线板的64根接线桩、一一对应连通，进入电气线路接线故障的诊断流程；反之，固态继电器控制模块的EP2C8Q208C8脚D86输出低电平，Q₂₉₉截止，串联的64个FPGAIO_X端子高电平，64个固态继电器断开，即电气线路接线故障的诊断系统与实训电气线路接线板电气隔离，进入后续实验或返回排除故障。

电气线路接线故障诊断方法的流程包括电气线路接线故障诊断方法的准备流程，电气线路接线故障诊断方法的运行流程；

电气线路接线故障诊断方法的准备流程：

⑴设定接线故障诊断系统的诊断参数

实训电气线路接线板的接线桩序号/总数N；

生成除主对角线元素为x的、全0上对角关联稀疏矩阵_N×N；

相同序号的固态继电器脚3与接线桩一一对应相连；

⑵建立关联稀疏矩阵

基于接线桩与接线的拓扑关系，逐行逐列设定v值；

v＝1/0或2，桩间需/无需接线(桩间无或存在器件通路，取0或2)；

⑶生成故障诊断的三元组(i，j，v)

关联稀疏矩阵除v＝0和x元素外，逐行逐列按序生成三元组(i，j，v)；

上位机下发按序生成的三元组(i，j，v)；

数据处理模块插入补充v＝0元素对应的三元组(i，j，v)；

数据处理模块删除v＝2的三元组(i，j，v)；

故障诊断三元组(i，j，v)供固态继电器控制模块使用；

电气线路接线故障诊断方法的运行流程：

⑴接线故障检测

EP2C8Q208C8脚D86输出高电平；

故障诊断三元组(i，j，v)逐行(1≤i≤N-1)，EP2C8Q208C8脚D21+i输出高电平；逐列(i+1≤j≤N)EP2C8Q208C8脚D21+j输入电压采集输入电压存检测三元组(ii，jj，vv)，三元组的值定义：

vv＝1000、低电平，接线桩ii与接线桩jj无接线；

vv＝1111、高电平，接线桩ii与接线桩jj存在接线；

⑵接线故障诊断

故障诊断三元组(i，j，v)与检测三元组(ii，jj，vv)逐行逐列比对；

Case1：v＝0，vv＝1000，无需接线且未接线；

Case2：v＝0，vv＝1111，存错误三元组(iii，jjj，vvv)，三元组值定义：vvv＝9110011、多接线，无需接线但接线；

Case3：v＝1，vv＝1111，需接线且接线；

Case4：v＝1，vv＝1000，存错误三元组(iii，jjj，vvv)，三元组值定义：vvv＝9001100、漏接线，需接线但未接线；

⑶诊断结果处理

错误三元组(iii，jjj，vvv)上传上位机；

进入后续实验或排除故障；

实验时EP2C8Q208C8脚D86输出低电平。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：电气线路接线故障的诊断系统，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；通过固态继电器阵列与实训电气线路接线板的连结架构，即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/伤率；诊断系统具有多接线故障的基本诊断功能、即两接线桩之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，是提供开放式实训实验的关键支撑技术和设备。

附图说明

图1(a)是电气线路接线故障诊断系统的原理框图；

图1(b)是开环直流调速系统电气安装的接线图；

图1(c)是开环直流调速系统接线拓扑的关联稀疏矩阵；

图2是数据处理和固态继电器控制单元的电路图；

图3是固态继电器阵列单元的电路图；

图4(a)是电气线路接线故障诊断方法的流程图；

图4(b)是电气线路接线故障诊断方法的准备流程图；

图4(c)是电气线路接线故障诊断方法的运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1(a)、图1(b)、图1(c)所示，电气线路接线故障的诊断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、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；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300配置第1接线桩①、第2接线桩②、逐一按序递增至第29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＝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；

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---亦舍弃之，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---填补之、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。

说明1：考虑内容的完整性，简述了实训电气线路接线板300的组成和结构，以及上位机400。鉴于实训电气线路接线板300和上位机400是成熟产品，属公知知识范畴，故文中只提及但不展开论述；简述和公知知识范畴的内容，图中用虚线标注加以区分。

电气线路接线故障的诊断系统提供多接线故障的基本诊断功能：能诊断两接线桩之间无器件形成通路情况下的多接线故障，但无法诊断两接线桩之间存在器件形成通路情况下的多接线故障；立足现有电气线路接线板，多接线故障完备诊断功能的充要条件不复存在---因为“多接线”与“两接线桩之间存在器件形成通路”，两者是一种并联结构---诊断系统的盲点。

电气线路接线故障的诊断系统提供无多接线故障构成通路条件下的、漏接线故障诊断功能；因学生错误接线产生的多接线故障具有不可预见性，若两接线桩之间需接线而未接线，且错误的多接线又在该两接线桩之间构成“需接线”之外的另一条通路，掩盖了漏接线---学生错误的多接线故障导致诊断系统的盲点；换言之，诊断系统只具有电路通断意义下的漏接线故障诊断功能。例如星形接法要求OA接线、OB接线，错接成OA接线、AB接线；AB多接线故障掩盖了OB漏接线故障：接线桩O和B虽无直接通路，但存在OA---AB构成的间接通路，电路通断意义下的OB依然连通。

如图2所示，数据处理和固态继电器控制单元100包括数据处理模块110、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200的FPGAIO_[1，64]端子相连，EP2C8Q208C8的脚D86与固态继电器阵列单元200的FPGAIO₀端子相连。

如图3所示，固态继电器阵列单元200包括第1固态继电器201、第2固态继电器202、逐一按序递增至第64固态继电器264，以及驱动模块299，固态继电器的型号为SDE3005D；驱动模块299以三极管Q₂₉₉为核心，Q₂₉₉的基极与FPGAIO₀端子相连，Q₂₉₉的发射极接地，R₂₉₉的一端接V_CC、另一端接Q₂₉₉的集电极；Q₂₉₉的集电极引线串联64个FPGAIO_X端子；

第1固态继电器201的脚1经R₂₀₁接V_CC，脚2接第1固态继电器201的FPGAIO_X端子，脚4接FPGAIO₁端子，脚3与实训电气线路接线板300的第1接线桩①相连；逐一按序递增至第64固态继电器264，其组成和连接关系均与第1固态继电器201类同；固态继电器控制模块120的EP2C8Q208C8脚D86输出高电平，Q₂₉₉导通，串联的64个FPGAIO_X端子低电平，64个固态继电器闭合，EP2C8Q208C8的64个IO口，分别经64个固态继电器的脚4和3，与实训电气线路接线板300的64根接线桩，一一对应连通，进入电气线路接线故障的诊断流程；反之，固态继电器控制模块120的EP2C8Q208C8脚D86输出低电平，Q₂₉₉截止，串联的64个FPGAIO_X端子高电平，64个固态继电器断开，即电气线路接线故障的诊断系统与实训电气线路接线板300电气隔离，进入后续实验或返回排除故障。

说明2：不失一般性，固态继电器阵列单元200配置64个固态继电器；开环直流调速实验涉及29根接线桩，故只需使用64个固态继电器中的29只。如实验的接线桩数量＞64，增加一块固态继电器阵列单元即可；另一方面，中等规模FPGA供用户使用的IO口数量≥300，而实验需要接线桩数量＞256的情况难得一见；此外，MCU支持多块FPGA，故电气线路接线故障的诊断系统具有可扩展性。

如图4(a)、图4(b)、图4(c)所示，电气线路接线故障诊断方法的流程包括电气线路接线故障诊断方法的准备流程，电气线路接线故障诊断方法的运行流程；

电气线路接线故障诊断方法的准备流程

⑴设定接线故障诊断系统的诊断参数

实训电气线路接线板300的接线桩序号/总数N；

生成除主对角线元素为x的、全0上对角关联稀疏矩阵_N×N；

相同序号的固态继电器脚3与接线桩一一对应相连；

⑵建立关联稀疏矩阵

基于接线桩与接线的拓扑关系，逐行逐列设定v值；

v＝1/0或2，桩间需/无需接线(桩间无或存在器件通路，取0或2)；

⑶生成故障诊断的三元组(i，j，v)

关联稀疏矩阵除v＝0和x元素外，逐行逐列按序生成三元组(i，j，v)；

上位机400下发按序生成的三元组(i，j，v)；

数据处理模块110插入补充v＝0元素对应的三元组(i，j，v)；

数据处理模块110删除v＝2的三元组(i，j，v)；

故障诊断三元组(i，j，v)供固态继电器控制模块120使用；

电气线路接线故障诊断方法的运行流程

⑴接线故障检测

EP2C8Q208C8脚D86输出高电平

故障诊断三元组(i，j，v)逐行(1≤i≤N-1)，EP2C8Q208C8脚

D21+i输出高电平；逐列(i+1≤j≤N)EP2C8Q208C8脚D21+j输入电压采集输入电压存检测三元组(ii，jj，vv)，三元组的值定义：

vv＝1000、低电平，接线桩ii与接线桩jj无接线；

vv＝1111、高电平，接线桩ii与接线桩jj存在接线；

⑵接线故障诊断

故障诊断三元组(i，j，v)与检测三元组(ii，jj，vv)逐行逐列比对

Case1：v＝0，vv＝1000，无需接线且未接线；

Case2：v＝0，vv＝1111，存错误三元组(iii，jjj，vvv)，三元组值定义：

vvv＝9110011、多接线，无需接线但接线；

Case3：v＝1，vv＝1111，需接线且接线；

Case4：v＝1，vv＝1000，存错误三元组(iii，jjj，vvv)，三元组值定义：

vvv＝9001100、漏接线，需接线但未接线；

⑶诊断结果处理

错误三元组(iii，jjj，vvv)上传上位机400；

进入后续实验或排除故障；

实验时EP2C8Q208C8脚D86输出低电平。

说明3：考虑表述的简洁性，“诊断结果处理”只提及未展开论述；“诊断结果处理”原则上根据教学规章，与教学考察评分和实验室管理系统集成。

Claims (2)

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，接线桩的顺序从第1接线桩开始逐一按序递增至第29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；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；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；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；

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至PF7分别与EP2C8Q208C8的脚D6至D13相连，STM32F407的脚PE0至PE7分别与EP2C8Q208C8的脚D14至D21相连；EP2C8Q208C8的脚D22至D85分别与固态继电器阵列单元(200)的FPGAIO₁到FPGAIO₆₄端子相连，EP2C8Q208C8的脚D86与固态继电器阵列单元(200)的FPGAIO₀端子相连；

所述固态继电器阵列单元(200)包括第1固态继电器(201)、第2固态继电器(202)、逐一按序递增至第64固态继电器(264)，以及驱动模块(299)；固态继电器的型号为SDE3005D；驱动模块(299)以三极管Q₂₉₉为核心，Q₂₉₉的基极与FPGAIO₀端子相连，Q₂₉₉的发射极接地，R₂₉₉的一端接V_CC、另一端接Q₂₉₉的集电极；Q₂₉₉的集电极引线串联64个FPGAIO_X端子；

所述固态继电器阵列单元(200)中，第1固态继电器(201)的脚1经R₂₀₁接V_CC，脚2接第1固态继电器(201)的FPGAIO_X端子，脚4接FPGAIO₁端子，脚3与实训电气线路接线板(300)的第1接线桩相连；逐一按序递增至第64固态继电器(264)，其组成和连接关系均与第1固态继电器(201)类同；固态继电器控制模块(120)的EP2C8Q208C8脚D86输出高电平，Q₂₉₉导通，串联的64个FPGAIO_X端子低电平，64个固态继电器闭合，EP2C8Q208C8的64个IO口分别经64个固态继电器的脚4和3，与实训电气线路接线板(300)的64根接线桩一一对应连通，进入电气线路接线故障的诊断流程；反之，固态继电器控制模块(120)的EP2C8Q208C8脚D86输出低电平，Q₂₉₉截止，串联的64个FPGAIO_X端子高电平，64个固态继电器断开，即电气线路接线故障的诊断系统与实训电气线路接线板(300)电气隔离，进入后续实验或返回排除故障。

2.一种使用如权利要求1所述诊断系统的电气线路接线故障诊断方法，其特征在于，该方法的流程包括准备流程和运行流程；

电气线路接线故障诊断方法的准备流程：

⑴设定接线故障诊断系统的诊断参数

实训电气线路接线板(300)的接线桩序号/总数N；

生成除主对角线元素为x的、全0上对角关联稀疏矩阵_N×N；

相同序号的固态继电器脚3与接线桩一一对应相连；

⑵建立关联稀疏矩阵

基于接线桩与接线的拓扑关系，逐行逐列设定v值；

v＝1，桩间需接线；v＝0，桩间无需接线，且桩间无器件形成的通路；v＝2，桩间无需接线，且桩间存在器件形成的通路；

⑶生成故障诊断的三元组(i，j，v)

关联稀疏矩阵除v＝0和x元素外，逐行逐列按序生成三元组(i，j，v)；

上位机(400)下发按序生成的三元组(i，j，v)；

数据处理模块(110)插入补充v＝0元素对应的三元组(i，j，v)；

数据处理模块(110)删除v＝2的三元组(i，j，v)；

故障诊断三元组(i，j，v)供固态继电器控制模块(120)使用；

电气线路接线故障诊断方法的运行流程：

⑴接线故障检测

EP2C8Q208C8脚D86输出高电平；

故障诊断三元组(i，j，v)逐行(1≤i≤N-1)，EP2C8Q208C8脚D21+i输出高电平；逐列(i+1≤j≤N)EP2C8Q208C8脚D21+j输入电压；

采集输入电压存检测三元组(ii，jj，vv)，三元组的值定义：

vv＝1000、低电平，接线桩ii与接线桩jj无接线；

vv＝1111、高电平，接线桩ii与接线桩jj存在接线；

⑵接线故障诊断

故障诊断三元组(i，j，v)与检测三元组(ii，jj，vv)逐行逐列比对；

Case1：v＝0，vv＝1000，无需接线且未接线；

Case2：v＝0，vv＝1111，存错误三元组(iii，jjj，vvv)，三元组值定义：

vvv＝9110011、多接线，无需接线但接线；

Case3：v＝1，vv＝1111，需接线且接线；

Case4：v＝1，vv＝1000，存错误三元组(iii，jjj，vvv)，三元组值定义：

vvv＝9001100、漏接线，需接线但未接线；

⑶诊断结果处理

错误三元组(iii，jjj，vvv)上传上位机(400)；

进入后续实验或排除故障；

实验时EP2C8Q208C8脚D86输出低电平。

Images