基于PLC和触摸屏技术的故障检测装置的升级改造

李瑞

摘要：为解决目前故障检测裝置落后、功能简单等问题，提出一种智能的故障检测考核装置的升级方案。装置将PLC、触摸屏和电气控制等技术融合在一起，实现考生随机抽题、系统智能评分的过程，从而真正考察了考生解决实际问题的能力。

关键词：故障检测；PLC；触摸屏

目前设备存在以下几个问题：实训内容有限，功能缺少，装置型号、类型比较落后；实验台只能通过人工操作按钮来设置故障与排除，这种单一的操作方式在自控技术日趋发达的今天已经显得落伍。为解决上述问题进行设备改造。

1.系统总体方案

维修电工故障检测系统设备在原有装置基础上添加PLC、触摸屏、开关电源、中间继电器等元件，替换老损、故障元件。主要包括电气电路部分、PLC部分和触摸屏部分。触摸屏一方面显示现场相关器件的工作状态，另一方面供考生随机抽取考题，并作答；PLC完成相关器件的状态检测，将信息传给触摸屏，并根据触摸屏给出的题号，控制继电器线圈得失电；电气电路结合继电器得失电的组合，实现故障点的设置。

2.装置硬件设计

2.1PLC选型和设计

故障检测系统是在原有实训装置上改进而来的，可供安装面积并不多，应选用小体积的PLC。设计中共需要输入输出20个点。综上考虑选用日本三菱公司推出的FX1S-20MR型PLC。它使用广泛，拥有高性价比、尺寸紧凑的特点，其中12个输入点，8个输出点。

2.2故障点的设计

故障点是人为在控制电路中添加的故障，通过排除故障点的过程检测学生掌握故障检测技术的水平，锻炼学生准确、迅速找到故障部位并排除故障。故障检测系统中使用了4种工厂常见的基本控制电路（长动电路、正反转电路、顺序启动电路、Y-△降压启动电路）来考察学生故障排除水平。电气原理如图1所示。

3.系统软件设计

3.1触摸屏程序设计思路

开始考试后，考生输入准考证号和学号，核对自己信息，查看考试说明，确认后进入考试，考试开始计时。考生根据触摸屏显示内容和用万用表实地测量完成考试，交卷后将自动生成分数，考官登录查看成绩，考试结束。

故障检测考试主要内容涉及工厂常见的电气控制线路，包括长动、正反转、Y-△降压启动、顺序启动控制电路。在了解各种控制电路的工作原理后，设计各种电路的合理考试题目选项，使学生在培训考核中真正掌握故障排除技能。

考核系统有如下几个优点：

（1）保证考试公平性

（2）人性化界面设计，方便考生

（3）优化考试，提高工作效率

（4）提高安全性，防止误操作

3.2界面设计

（1）登录界面的设计

登录界面的设计中左侧有考试注意事项，在右侧输入正确的考生准考证号和考生学号，如图2所示，若不输入或输入错误则考试成绩无效。之后点击“确认并开始考试”按钮，系统将随机抽取其中一套题，考生开始进行答题。

（2）考生答题界面的设计

考生点击开始考试后，会随机抽取4套题中的一套题，每套题内有5道小题，涵盖4个典型电路（长动控制、正反转控制、Y-△启动控制、顺序启动控制电路）的试题。左侧显示该题故障所在电路图，图中有重点元件的通断动画，动画显示与实际元件同步。右侧显示该题可能的故障选项。考生根据信息测量可能的故障元件，以此判断故障原因，在右下角选择答案。考生答题界面设计如图3所示为长动电路答题界面。

（3）交卷审核界面的设计

考生做完题后，点击交卷会在检查交卷页面显示考生所做答案。在考官审核界面，考官可以在表格里直观看出考生每题作答正确与否，系统自动得出总分。若考生分数高于预设合格分数线将显示通过考试，方便考官记录考生成绩。

（4）首页与系统设置界面设计

首页界面是系统启动后显示第一个界面，首页有3个选项，分别是“考试入口”、“系统设置”、“退出系统”。系统设置界面中可以设置考试时间，考核通过分数线，考官查看密码等系统属性设置。

3.3PLC程序设计

在考试过程中，故障检测系统为考生选择好第几套试题，考生输入姓名学号后正式进入答题环节，考生在答某道题时，PLC程序首先判断是哪种控制电路图，再通过判断故障点从而判断出此题的正确答案，考生在答对题目时，输出由0置1，而答错时程序没有反应。在答下一道题之前程序会重新复位。

PLC程序在得到上位机传来的判断控制电路图种类的信号，再通过所传来的故障点的信号，从而分析出正确答案。M20、M21、M22、M23分别代表长动、顺序、正反转、星三角控制电路，M0-M7则代表故障1到故障8，最后通过上位机的信号判断答案正确与否。

PLC程序在完成一道题之后，需要为故障检测系统程序复位。当考生在判断故障点并且选择出答案时，每个故障点之间互不影响。如果程序不进行复位，将会使得故障点判断混乱。

4.运行结果

目前，系统已投入使用，较改造前取得了理想的效果，在提高考生考试水平、评委老师评分上达到了设计目的。现阶段，共有5道题供学生随机抽取，在考题的数量上有一定的局限性，这方面是以后进一步提高的一个方面。

参考文献

[1]王博，董继先，陆琦.MCGS在机电系统实验台中的应用[J].陕西科技大学学报，2010，28（1）.

[2]吕品.PLC和触摸屏组合控制系统的应用[J].自动化仪表，2010，21（8）.

[3]李建海，苏学军.触摸屏在放电控制系统中应用[M].船电技术，2014（2）.