張銳佳

（廣州市公用事業(yè)高級(jí)技工學(xué)校，廣東廣州510100）

1 應(yīng)用背景

廣州市維修電工上崗證技能鑒定實(shí)操考核內(nèi)容其中一項(xiàng)為“三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)分引出線頭尾和按要求接線”。該項(xiàng)實(shí)訓(xùn)要求學(xué)生能將電動(dòng)機(jī)的6個(gè)引出線分出三相繞組、判別首尾端，并按給出的電動(dòng)機(jī)銘牌分別做出星形或三角形接線。

目前技工學(xué)校都是采用實(shí)物的形式進(jìn)行實(shí)操，也就是把一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的三相繞組引出來(lái)。學(xué)生用萬(wàn)用表先判斷繞組，然后再把各組繞組的首尾端標(biāo)注出來(lái)。接著根據(jù)老師的要求把電動(dòng)機(jī)的繞組進(jìn)行星形接線或三角形接線，最后把繞組接上380 V交流電，運(yùn)行檢查電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效果。

這個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目需要380 V通電檢查，所以潛在很多安全隱患。筆者根據(jù)多年的實(shí)習(xí)授課總結(jié)出來(lái)，很多學(xué)生在首尾端判斷上出錯(cuò)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)不正常運(yùn)作，甚至有些學(xué)生會(huì)把電源直接短路。

另外，技校的學(xué)生上課時(shí)課堂紀(jì)律稍差，在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中可能對(duì)其他正在操作的同學(xué)實(shí)施惡作劇等，這樣就存在很大的安全隱患。并且很多學(xué)校由于場(chǎng)地和設(shè)備限制，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)比較少，所以在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中往往是幾個(gè)學(xué)生分為一小組，圍在一起接線，這種情況不僅使得實(shí)操效率低下，更加大了安全隱患。

為了避免事故，老師都要求學(xué)生必須要在老師親自檢查接線后才允許通電，但這就大大增加了老師的工作量，也極大地影響了實(shí)訓(xùn)教學(xué)的進(jìn)度。

盡管如此，此項(xiàng)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中還是經(jīng)常發(fā)生保險(xiǎn)絲燒斷的情況，甚至曾經(jīng)發(fā)生過(guò)由于電源短路，火花產(chǎn)生的黑煙直接把操作者的手掌熏黑的險(xiǎn)情。

這些事故無(wú)疑又給上課老師與實(shí)訓(xùn)的同學(xué)增加了許多無(wú)形的壓力。

2 設(shè)計(jì)思想

針對(duì)上述問(wèn)題，為了避免重大事故的發(fā)生，保護(hù)電動(dòng)機(jī)，減輕教師工作量，筆者用單片機(jī)開(kāi)發(fā)了一個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)接線實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）實(shí)時(shí)顯示相連接的線，便于教學(xué)。

通過(guò)12864液晶顯示屏，同步顯示三相異步電動(dòng)機(jī)星接與三角接的接法，方便教學(xué)開(kāi)展與學(xué)生操作。

（2）智能檢測(cè)接線，判斷接線正確與否，保護(hù)電動(dòng)機(jī)。

通過(guò)單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)學(xué)生接線的正確性。接線正確，綠燈亮起；接線錯(cuò)誤，則通過(guò)液晶顯示屏提醒指出錯(cuò)誤所在的繞組。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路框圖如圖1所示。

圖1 三相異步電動(dòng)機(jī)接線實(shí)訓(xùn)平臺(tái)控制圖

3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

3.1 電機(jī)接線模塊

如圖2、圖3所示，本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)采用五只接觸器控制。通過(guò)單片機(jī)間接控制五只接觸器的通斷電狀態(tài)，切換接線端子排的三種連接狀態(tài)：

（1）接線狀態(tài)。學(xué)生接線操作時(shí)，單片機(jī)控制，使接觸器KM2～KM5失電，電機(jī)繞組六條引出線經(jīng)接觸器常閉觸頭與接線端子線連接，供學(xué)生進(jìn)行繞組判別與首尾端判斷，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行接線操作。

（2）智能檢測(cè)狀態(tài)。學(xué)生接線完畢，通過(guò)單片機(jī)控制，使接觸器KM2～KM5得電動(dòng)作，接線端子排斷開(kāi)與電動(dòng)機(jī)繞組的連接，改為接入單片機(jī)P2口。此時(shí)，由單片機(jī)通過(guò)P2口智能檢測(cè)端子排接線正確與否，并進(jìn)行指示與提醒。

（3）通電運(yùn)行狀態(tài)。在單片機(jī)檢測(cè)到接線正確的前提下，控制接觸器KM2～KM5恢復(fù)失電狀態(tài)，KM1得電，三相交流電經(jīng)KM1接入電動(dòng)機(jī)，電機(jī)運(yùn)行，直接驗(yàn)證接線結(jié)果。

圖2 電機(jī)接線模塊之一——三相電源接線部分

3.2 單片機(jī)控制模塊

本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，主要完成智能檢測(cè)線路正確性、指示線路狀態(tài)等檢測(cè)與控制功能。

圖3 電機(jī)接線模塊之二——電機(jī)引出線部分

3.3 顯示模塊

本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)采用12864液晶顯示屏顯示星接和三角接接線圖、操作指示、接線故障提示等內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互界面，提高系統(tǒng)便利性。

3.4 光耦與繼電器控制電路

本電路由于控制對(duì)象中包括三相異步電動(dòng)機(jī)、接觸器這些感性負(fù)載，工作電流大，接通、斷開(kāi)瞬間電流變化大，極易對(duì)單片機(jī)控制電路造成較大干擾。因此電路設(shè)計(jì)時(shí)，采用單片機(jī)—光耦—繼電器—接觸器的控制過(guò)程，大大降低了線圈通斷瞬間對(duì)單片機(jī)控制電路的干擾，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保了實(shí)訓(xùn)的安全性。

本電路中采用線性光耦PC817，它廣泛用于電腦終端機(jī)、可控硅系統(tǒng)設(shè)備、測(cè)量?jī)x器、影印機(jī)、自動(dòng)售票、家用電器如風(fēng)扇/加熱器等電路之間的信號(hào)傳輸，常常在各種要求比較精密的功能電路中被當(dāng)作耦合器件，具有使上下級(jí)電路完全隔離、相互不產(chǎn)生影響的作用。完全隔離前端與負(fù)載，目的在于增加安全性，減小電路干擾，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。

4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)單片機(jī)控制程序采用C語(yǔ)言編程，系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路如圖4所示。

5 三相異步電動(dòng)機(jī)接線實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)果

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)物圖如圖6所示。

底座外形尺寸：600 mm×400 mm×20 mm；

控制箱總尺寸：280 mm×200 mm×180 mm。

圖4 程序設(shè)計(jì)框圖

圖5 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

圖6 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)物圖

6 三相異步電動(dòng)機(jī)接線實(shí)訓(xùn)平臺(tái)特點(diǎn)

（1）安全。本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)只有在經(jīng)過(guò)單片機(jī)判斷學(xué)生的接線正確后才通過(guò)交流接觸器把380 V的交流電接通到電動(dòng)機(jī)的繞組上。與傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)比較，保證了學(xué)生在實(shí)操過(guò)程中的安全，有效減輕了教師的上課壓力和工作量。

（2）智能。比起傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，該設(shè)備檢查接線的效率極高，只要一按按鈕就知道線路接線是否正確，如果錯(cuò)誤，液晶屏幕將馬上顯示錯(cuò)誤的地方。

（3）效率高。在實(shí)操場(chǎng)地和設(shè)備不足及實(shí)操課時(shí)偏少的情況下，本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)有效減少了老師的壓力，提高了通電頻率，增加了學(xué)生實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)，從而有效提高了學(xué)生考證合格率。

（4）成本低。本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)采用單片機(jī)作為主控芯片，外加3組交流接觸器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)切換，在顯示模塊上采用標(biāo)準(zhǔn)的液晶模塊，所以該設(shè)備生產(chǎn)成本低，效益很好。

[1]周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)[M].3版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[2]廣州市勞動(dòng)局.廣州市維修電工培訓(xùn)實(shí)操考試指導(dǎo)[M].廣州：廣州安全生產(chǎn)宣傳教育中心，2002.