[發明專利]電氣線路接線故障的診斷系統和方法

有效

• 申請號: 201810565674.4
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108766089B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 黃懿明;朱巍巍;劉聰;吳明光
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00;G09B23/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種電氣線路接線故障的診斷系統，其特征在于，該系統由數據處理和固態繼電器控制單元(100)、固態繼電器陣列單元(200)、實訓電氣線路接線板(300)和上位機(400)組成；數據處理和固態繼電器控制單元(100)與上位機(400)、固態繼電器陣列單元(200)相連，固態繼電器陣列單元(200)與實訓電氣線路接線板(300)相連；

實訓電氣線路接線板(300)是開環直流調速系統的專用實驗器材，其正面布置電子元器件、接線樁，通過對接線樁的接線，完成開環直流調速系統的實驗；實訓電氣線路接線板(300)包括三相整流變壓器T，六只晶閘管VT1～VT6，直流調速電動機M，三相整流變壓器T的原邊和副邊均采用“Y”型接法，六只晶閘管中的VT1、VT3、VT5共陰極連接，VT4、VT6、VT2共陽極連接，構成經典的橋臂串聯式整流器；晶閘管整流后輸出直流，供直流調速電動機M使用；實訓電氣線路接線板(300)配置接線樁，接線樁的順序從第1接線樁開始逐一按序遞增至第29接線樁；

實訓電氣線路接線板(300)的接線故障分為漏接線故障和多接線故障兩大類，多接線故障進一步細分：兩接線樁之間無器件形成通路情況下的多接線故障，以及兩接線樁之間存在器件形成通路情況下的多接線故障；漏接線故障進一步細分：兩接線樁之間無多接線故障構成通路條件下的漏接線故障，以及兩接線樁之間存在多接線故障構成通路條件下的漏接線故障；按實驗要求，兩接線樁之間無需接線而接線、且兩接線樁之間無器件形成的通路，則稱兩接線樁之間無器件形成通路情況下的多接線故障；按實驗要求，兩接線樁之間無需接線而接線、且兩接線樁之間存在器件形成的通路，則稱兩接線樁之間存在器件形成通路情況下的多接線故障；按實驗要求，兩接線樁之間需接線而未接線，則稱漏接線故障；漏接線故障細分，如兩接線樁之間不存在多接線故障構成的通路，則稱無多接線故障構成通路條件下的漏接線故障；如兩接線樁之間存在多接線故障構成的通路，則稱存在多接線故障構成通路條件下的漏接線故障；

實訓電氣線路接線板(300)接線樁與接線的拓撲關系，借助關聯稀疏矩陣描述；因接線的無方向特性，故關聯稀疏矩陣蛻變為上對角矩陣，矩陣N×N，N≥2；關聯稀疏矩陣采用行、列、值三元組(i，j，v)表征，1≤i≤N，i+1≤j≤N；

三元組的值定義：

v＝1，i接線樁和j接線樁需接線；

v＝0，i接線樁和j接線樁無需接線，且接線樁間無器件形成的通路；

v＝2，i接線樁和j接線樁無需接線，且接線樁間存在器件形成的通路；

v＝x，關聯稀疏矩陣主對角線元素(i，j，v)的值，1≤i≤N、j＝i；

其中，i值為實訓電氣線路接線板(300)的接線樁序號，接線故障診斷時，圍繞關聯稀疏矩陣主對角線特定的元素i，即對應序號i接線樁按序診斷，x無接線樁與接線的拓撲關系；

上位機(400)采用三元組描述關聯稀疏矩陣時，舍棄v＝x的三元組；v＝0的三元組作為缺省元組處理，但數據處理和固態繼電器控制單元(100)插入補充v＝0的缺省元組、即生成上位機(400)舍棄的v＝0三元組；故障診斷時，數據處理和固態繼電器控制單元(100)舍棄v＝2的三元組；

所述數據處理和固態繼電器控制單元(100)包括數據處理模塊(110)和固態繼電器控制模塊(120)，數據處理模塊(110)以STM32F407芯片為核心，固態繼電器控制模塊(120)以EP2C8Q208C8芯片為核心；數據處理模塊(110)通過UART接口與上位機(400)相連；STM32F407的腳PE8、PE9、PE10、PE11、PE12分別與EP2C8Q208C8的腳D1、D2、D3、D4、D5相連，STM32F407的腳PF0至PF7分別與EP2C8Q208C8的腳D6至D13相連，STM32F407的腳PE0至PE7分別與EP2C8Q208C8的腳D14至D21相連；EP2C8Q208C8的腳D22至D85分別與固態繼電器陣列單元(200)的FPGAIO₁到FPGAIO₆₄端子相連，EP2C8Q208C8的腳D86與固態繼電器陣列單元(200)的FPGAIO₀端子相連；

所述固態繼電器陣列單元(200)包括第1固態繼電器(201)、第2固態繼電器(202)、逐一按序遞增至第64固態繼電器(264)，以及驅動模塊(299)；固態繼電器的型號為SDE3005D；驅動模塊(299)以三極管Q₂₉₉為核心，Q₂₉₉的基極與FPGAIO₀端子相連，Q₂₉₉的發射極接地，R₂₉₉的一端接V_CC、另一端接Q₂₉₉的集電極；Q₂₉₉的集電極引線串聯64個FPGAIO_X端子；

所述固態繼電器陣列單元(200)中，第1固態繼電器(201)的腳1經R₂₀₁接V_CC，腳2接第1固態繼電器(201)的FPGAIO_X端子，腳4接FPGAIO₁端子，腳3與實訓電氣線路接線板(300)的第1接線樁相連；逐一按序遞增至第64固態繼電器(264)，其組成和連接關系均與第1固態繼電器(201)類同；固態繼電器控制模塊(120)的EP2C8Q208C8腳D86輸出高電平，Q₂₉₉導通，串聯的64個FPGAIO_X端子低電平，64個固態繼電器閉合，EP2C8Q208C8的64個IO口分別經64個固態繼電器的腳4和3，與實訓電氣線路接線板(300)的64根接線樁一一對應連通，進入電氣線路接線故障的診斷流程；反之，固態繼電器控制模塊(120)的EP2C8Q208C8腳D86輸出低電平，Q₂₉₉截止，串聯的64個FPGAIO_X端子高電平，64個固態繼電器斷開，即電氣線路接線故障的診斷系統與實訓電氣線路接線板(300)電氣隔離，進入后續實驗或返回排除故障。

2.一種使用如權利要求1所述診斷系統的電氣線路接線故障診斷方法，其特征在于，該方法的流程包括準備流程和運行流程；

電氣線路接線故障診斷方法的準備流程：

⑴設定接線故障診斷系統的診斷參數

實訓電氣線路接線板(300)的接線樁序號/總數N；

生成除主對角線元素為x的、全0上對角關聯稀疏矩陣_N×N；

相同序號的固態繼電器腳3與接線樁一一對應相連；

⑵建立關聯稀疏矩陣

基于接線樁與接線的拓撲關系，逐行逐列設定v值；

v＝1，樁間需接線；v＝0，樁間無需接線，且樁間無器件形成的通路；v＝2，樁間無需接線，且樁間存在器件形成的通路；

⑶生成故障診斷的三元組(i，j，v)

關聯稀疏矩陣除v＝0和x元素外，逐行逐列按序生成三元組(i，j，v)；

上位機(400)下發按序生成的三元組(i，j，v)；

數據處理模塊(110)插入補充v＝0元素對應的三元組(i，j，v)；

數據處理模塊(110)刪除v＝2的三元組(i，j，v)；

故障診斷三元組(i，j，v)供固態繼電器控制模塊(120)使用；

電氣線路接線故障診斷方法的運行流程：

⑴接線故障檢測

EP2C8Q208C8腳D86輸出高電平；

故障診斷三元組(i，j，v)逐行(1≤i≤N-1)，EP2C8Q208C8腳D21+i輸出高電平；逐列(i+1≤j≤N)EP2C8Q208C8腳D21+j輸入電壓；

采集輸入電壓存檢測三元組(ii，jj，vv)，三元組的值定義：

vv＝1000、低電平，接線樁ii與接線樁jj無接線；

vv＝1111、高電平，接線樁ii與接線樁jj存在接線；

⑵接線故障診斷

故障診斷三元組(i，j，v)與檢測三元組(ii，jj，vv)逐行逐列比對；

Case1：v＝0，vv＝1000，無需接線且未接線；

Case2：v＝0，vv＝1111，存錯誤三元組(iii，jjj，vvv)，三元組值定義：

vvv＝9110011、多接線，無需接線但接線；

Case3：v＝1，vv＝1111，需接線且接線；

Case4：v＝1，vv＝1000，存錯誤三元組(iii，jjj，vvv)，三元組值定義：

vvv＝9001100、漏接線，需接線但未接線；

⑶診斷結果處理

錯誤三元組(iii，jjj，vvv)上傳上位機(400)；

進入后續實驗或排除故障；

實驗時EP2C8Q208C8腳D86輸出低電平。