基于STM32控制的M7120型平面磨床模擬排故系統的設計

(廣西理工職業技術學校，廣西 南寧 530031)

0 引言

M7120型平面磨床是磨削工件平面或成型表面的以使其可達到要求的平整度一類磨床，具有廣泛的應用。作為電工技術人員，掌握M7120型平面磨床的操作使用、維修維護、故障排除等很有必要。作為一個在校的學習電工技能的學生，掌握M7120型平面磨床的操作使用、維修維護、故障排除是電工職業資格證的要求。然而，M7120型平面磨床設備不足，難以設置故障讓學生訓練，導致學生的設備維修或故障排除能力差。本文設計的模擬排故系統可以很好的解決這一問題。

1 基于STM32控制的M7120型平面磨床模擬排故系統的組成

基于STM32控制的M7120型平面磨床模擬排故系統組成框圖如圖1所示，主要包含主控制器系統、N個分控制系統、手機或平板電腦學生端、手機或平板電腦教師端、云平臺、電源模塊。

圖1 模擬排故系統組成框圖

2 基于STM32控制的M7120型平面磨床模擬排故系統的設計說明

2.1 N個分控制系統設計

每一塊模擬排故板有1個分控制系統，N個分控制系統代表有N塊模擬排故板。如圖2所示為M7120型平面磨床電路原理圖，實物中將M7120型平面磨床模擬排故板接成繼電器控制電路，其他機械結構沒有在里面。在M7120型平面磨床模擬排故板實物中，可將M1、M2、M3、M4分別用三只AC220V的燈接成Y型來代替。下面主要對模擬排故系統進行分析。

圖2 M7120型平面磨床電路原理圖

液壓泵電動機M1的控制、砂輪電動機M2和冷卻泵電動機M3的控制、砂輪升降電動機M4的控制、輔助電路和整流部分與實際的功能基本相同。不同的是充磁與去磁電路的設計。在此模擬排故板中，充磁與去磁用不同的回路來模擬，并通過H1、H2亮與滅分別代表充磁與去磁的功能，利于判斷充磁與去磁的狀態。

故障點設置為：W31、V21、0、7、11、17、21、26、24、25，可根據實際更換成別的故障。在此排故板中，設置的故障是線路斷開類型的，有兩種設置方式，第一種方式是通過10路單極的空氣開關來實現；第二種方式是通過STM32單片機控制10路繼電器的通斷來實現，兩種方式是并聯的。當使用第一種方式空氣開關控制設置時，第二種方式繼電器控制不工作，繼電器工作在斷開位置；當第二種方式繼電器設置時，第一種方式空氣開關控制不工作，空氣開關工作在斷開位置。

分控制系統由STM32控制器、NRF24L01+模塊、10路單極的空氣開關模塊、繼電器模塊、M7120型平面磨床模擬排故板組成。STM32控制器通過NRF24L01+模塊將數據無線傳輸到主控制系統。10路單極的空氣開關模塊和繼電器采用并聯的模式，用于通斷故障點。

2.2 主控制系統設計

主控制系統由STM32控制器、NRF24L01+模塊組成。STM32控制器通過NRF24L01+模塊與N個分控制系統進行通信，通過網絡連接到云平臺、手機或平板電腦學生端、手機或平板電腦教師端。控制器采用STM32F103單片機，該單片機具有低功耗、高可靠性、處理速度快的特點， 32位Cortex-M3 CPU，供電電壓2.0至3.6 V，工作頻率72 MHz，適合本系統工作。

2.3 手機或平板電腦學生端設計

手機或平板電腦學生端用于學生答題，通過網絡連接到主控制系統，按開始答題，輸入排故板號、學號、故障號、按確定來操作。當輸入故障點正確，按確定時，相應的繼電器電路接通，故障排除。當排除完故障，按提交，學生成績就出來了。這樣可方便學生知道自己排故考核這一項成績。

2.4 手機或平板電腦教師端設計

手機或平板電腦教師端用于教師設置各排故板的故障點，通過網絡連接到主控制系統。輸入板號、故障號，可設置故障。具有設置故障、成績統計、成績查詢、學生信息管理的功能。為方便對學生信息進行錄入、成績導出，也可把電腦作為教師端，與手機或平板電腦具有同樣的功能。

2.5 云平臺

云平臺用于與主控制系統進行數據傳輸、數據存儲，存儲系統運行、使用中產生的數據或錄入系統的數據。

2.6 電源模塊設計

電源模塊主要輸出直流3.3 V、5 V電壓，給分控制系統和主控制系統供電，通過整流、濾波和穩壓來實現。

3 模擬排故系統故障分析與排除

因為本系統可設置的故障很多，所以只對本系統設置的部分故障進行分析，提出排除故障的方法。

1)合上電源開關QS1，KA吸合，電源指示燈HL1亮。故障：如果KA不吸合，找0(VC～變壓器)、21(VC～FU4)、22(VC～FU5)、23((VC～FU8))、25(KA～FU8)號線；如果HL1不亮，則找W31、V21、L11、0(接觸器線圈KM1～變壓器)號線。

2)按SB8充磁按鈕，KM5線圈得電自鎖，充磁H1、指示燈HL5亮。故障：如果KM5線圈不得電，找17號(KM6常閉～KM5線圈)線；如果H1不亮，找充磁回路24(FU5～KM5主觸頭)、25(FU8～KM5主觸頭)、26(C～KM5主觸頭)號線。

3)按SB3液壓泵電動機起動按鈕，KM1線圈得電自鎖，M1(3盞燈亮)，HL2亮。故障：如果M1中有1盞燈不亮，出現缺相，則找L11(QS1～FU1)、U11(FU1～KM1主觸頭)；如果出現KM1線圈不自鎖，找4(SB2接線端子至KM1常開輔助觸頭)號線。

4)按SB5，KM2線圈得電自鎖，砂輪電動機M2、冷卻泵電動機M3同時工作，HL3亮。故障：如果KM2線圈不得電，找10號線；如果KM2線圈不自鎖，找7號線。

5)按SB6砂輪上升，KM3線圈點動，HL4相應點亮，故障：如果KM3線圈不得電，找11號線。按SB7砂輪下降，KM4線圈點動，HL4相應點亮，故障：如果KM4線圈不得電，找13號線。

6)按SB9停止充磁，KM5線圈失電，H1、HL5滅。

7)按SB10去磁，KM6線圈點動，H2、HL5點亮。故障：H2不亮，找去磁回路24(FU5-KM6主觸頭)、25(FU8-KM6主觸頭)、26(C-KM6主觸頭)號線。

8)斷開電源開關QS1，故障排除結束。

由于有些故障控制范圍較廣，會對整個系統造成影響，所以有些故障還要進行綜合的故障分析。

4 結語

本文設計的基于STM32控制的M7120型平面磨床模擬排故系統，是在原來模擬排故板的基礎上，增加繼電器故障設置方式，具有兩種設置故障方式。通過主控制系統和分控制系統，依托手機或平板電腦學生端、手機或平板電腦教師端、云平臺，實現智能設置故障、智能答題、自動計算和統計成績，同時方便教師端設置故障，讓學生答題結束后就知道成績，提高了模擬排故的效率和效果，最終提高學生對M7120型平面磨床故障排除能力。