基于實訓(xùn)設(shè)備的電氣自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)教學研究

王磊

【摘要】 本文就自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)教學的現(xiàn)狀做了分析，指出了當前實訓(xùn)教學設(shè)備不滿足教學需要的原因和存在的主要問題。在詳細分析了電氣自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)所涵蓋知識與技能的基礎(chǔ)上，介紹了滿足綜合實訓(xùn)、可操作性強的實訓(xùn)裝置及實訓(xùn)項目，以提高綜合實訓(xùn)教學質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】 綜合實訓(xùn) 知識與技能 實訓(xùn)設(shè)備 實訓(xùn)項目

一、引言

實訓(xùn)教學是職業(yè)院校實踐教學環(huán)節(jié)中一個重要組成部分，為理論教學所不能替代。實訓(xùn)教學對學生素質(zhì)及能力培養(yǎng)具有極其重要的作用，是學生高質(zhì)量的重要保證。

電氣自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)作為綜合性實訓(xùn)，所要培養(yǎng)學生的知識與技能是比較全面和系統(tǒng)的，然而所涉及的可編程控制器（PLC）、變頻器、步進電機、傳感器、觸摸屏、氣動、液壓控制等重要技術(shù)幾乎沒有實訓(xùn)設(shè)備與之相匹配，實訓(xùn)課題單一受限。由于綜合實訓(xùn)教學設(shè)備的短缺，實訓(xùn)教學很難落實到實處，直接影響了人才的培養(yǎng)質(zhì)量。為解決綜合實訓(xùn)教學存在的問題，本文通過詳細分析電氣自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)所涵蓋的的知識與技能，介紹了滿足綜合實訓(xùn)、可操作性強的實訓(xùn)裝置與實訓(xùn)項目，以調(diào)高綜合實訓(xùn)教學質(zhì)量。

二、目前電氣自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)常用的實訓(xùn)設(shè)備

目前，電氣自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)常用的訓(xùn)練設(shè)備是以PLC為核心的編程訓(xùn)練臺和仿真生產(chǎn)線簡易實訓(xùn)平臺。但是，這些設(shè)備在教學中還存在一些問題。

2.1仿真設(shè)備設(shè)計簡單、可操作性差

很多仿真設(shè)備中，所有輸入器件都用按鈕代替，所有的輸出器件都用指示燈代替，而且設(shè)計簡單，操作單一，與真實生產(chǎn)設(shè)備差距過大。由于這些仿真實訓(xùn)設(shè)備的可視性和可操作性差，所以培養(yǎng)的學生缺乏實際生產(chǎn)技能，不能滿足社會需求。

2.2實訓(xùn)項目單一、涉及領(lǐng)域狹窄

目前使用的實訓(xùn)教學設(shè)備，通常是根據(jù)某一自動控制系統(tǒng)，在滿足基本教學要求下而仿制的。由于設(shè)備的針對性強，使得所涉及的技術(shù)領(lǐng)域狹窄，存在著配套實訓(xùn)項目單一的局限。比如一只機械手，它的基本功能就是抓緊、松開和旋轉(zhuǎn)。因此，決定了所用電器類型有限，執(zhí)行機構(gòu)單一，控制方式固定，沒有涉及更寬泛的技術(shù)如觸摸屏技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、氣動控制技術(shù)以及組態(tài)監(jiān)控技術(shù)等，不能幫助學生從更廣泛的意義了解和認識工業(yè)自動化。

2.3實際操作范圍有限

目前使用的實訓(xùn)教學設(shè)備，一般結(jié)構(gòu)固定，選用的電器類型固定、接線固定，不允許學生隨意拆卸或組合，否則設(shè)備將無法正常工作。這樣，學生在實訓(xùn)時不能真正動手操作，影響技能的提高。

因此，現(xiàn)有實訓(xùn)設(shè)備滿足不了綜合實訓(xùn)的需要，制約了學生的專業(yè)發(fā)展，影響了學校教學水平的提高。

三、電氣自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)包含的知識與技能

電氣自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)幾乎涵蓋了前期所學的所有電氣自動化方面的知識和技能，比如，PLC、變頻器、觸摸屏以及三者在步進電機、伺服系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文將按照應(yīng)用模塊來詳細闡述每個模塊應(yīng)該掌握的知識和技能，以便合理設(shè)置實訓(xùn)課題。

3.1 PLC應(yīng)用所需要的知識與技能

PLC的基本邏輯指令和功能指令；PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及一般步驟；接觸器-繼電器電氣控制線路的PLC改造；PLC控制系統(tǒng)線路的安裝、調(diào)試。

3.2變頻器應(yīng)用所需要的知識與技能

變頻器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理；變頻器各參數(shù)的意義及設(shè)置方法；變頻器操作面板的基本操作；變頻器的各種工作模式操作使用方法；變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計及安裝調(diào)試。

3.3液壓與氣動應(yīng)用所需要的知識與技能

液壓與氣動控制元件的選型、使用、安裝及調(diào)試；液壓與氣動控制的原理及系統(tǒng)設(shè)計方法；氣動系統(tǒng)圖的繪制及設(shè)備氣路的安裝；液壓與氣動控制系統(tǒng)的調(diào)試及維護。

3.4人機界面應(yīng)用所需要的知識與技能

觸摸屏組態(tài)軟件的安裝與使用；組態(tài)畫面的設(shè)計及動畫設(shè)置；觸摸屏與PLC的通訊設(shè)置和變量的連接；控制系統(tǒng)的人機界面設(shè)計與調(diào)試。

3.5步進、伺服系統(tǒng)應(yīng)用的知識與技能

步進電機工作原理；步進電機驅(qū)動器工作原理；使用步進驅(qū)動器驅(qū)動步進電機實操；伺服電機分類及原理；伺服控制器控制原理；使用伺服控制器控制伺服電機實操。

四、建議實訓(xùn)設(shè)備及典型實訓(xùn)項目

由以上分析可見，電氣自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)集繼電-接觸器控制技術(shù)、PLC技術(shù)、變頻器技術(shù)、傳感器技術(shù)、電機控制技術(shù)、氣動控制技術(shù)、觸摸屏技術(shù)及計算機組態(tài)軟件監(jiān)控技術(shù)于一身。 電氣自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)要達到培養(yǎng)高技能人才的教學效果，合理配置實訓(xùn)設(shè)備是非常關(guān)鍵的。本文倡導(dǎo)實訓(xùn)設(shè)備模塊化，可實現(xiàn)任意組合，可操作性強，同時開發(fā)了典型實訓(xùn)項目，基本涵蓋了學生所要掌握的知識與技能。

4.1建議實訓(xùn)設(shè)備

1、控制柜。金屬基板國標控制柜（類似于YL-158GA），用于PLC、變頻器、繼電控制線路等的安裝?？刂乒窨梢苑殖啥鄠€模塊，每個模塊要求相對獨立，可根據(jù)實訓(xùn)需要或工作任務(wù)的不同進行不同的組合、安裝和調(diào)試，達到模擬生產(chǎn)性功能和整合學習功能的目標。

圖1 YL-158GA控制柜外觀

2、工作臺。一個鋁合金導(dǎo)軌工作臺（類似于YL-235A）上，集成若干種能夠涵蓋一般工業(yè)控制所必需的電氣設(shè)備。將它們按照類型或工程上常用的組合方式構(gòu)成不同的模塊，在考慮控制要求、電磁干擾，操作方便以及一些布線的特殊要求下，將模塊合理地固定在平臺上。平臺通過安全連接插件直接與三相電源相接，并設(shè)置必要的保護電路，以保障操作者和設(shè)備的安全。

3、控制套件。上述工作臺上所配置的控制套件，主要包括以下模塊：PLC模塊、變頻器模塊、傳感器檢測模塊、繼電-接觸器控制模塊、電機（伺服電機、步進電機）及控制模塊、觸摸屏、傳送帶模塊、氣動單元模塊、電源模塊等。

4、執(zhí)行器。上述工作臺上所配置的執(zhí)行器，主要包括：基于傳送帶的分揀系統(tǒng)（電氣、氣動各一套）、機械手搬運站（電氣、氣動和液壓各一套）、工業(yè)機器人搬運站、加工站1（伺服或步進驅(qū)動十字滑臺、Z向主軸高速變頻器驅(qū)動）、加工站2（液壓滑臺，主軸變頻驅(qū)動）、下料站（盤式旋轉(zhuǎn)，直線型各一套）、立體倉庫系統(tǒng)。

4.2建議實訓(xùn)項目

（1）PLC控制系統(tǒng)

① 多種液體自動混合裝置的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計；② 交通燈的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計；③ 電鍍生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計；④ 基于PLC的多層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計；⑤ 普通機床控制線路的PLC改造。

（2）PLC、變頻器控制系統(tǒng)

① 基于PLC、變頻器的電動機正反向多段速運行控制設(shè)計；② 基于PLC、變頻器的工業(yè)洗衣機程序控制系統(tǒng)設(shè)計；③ 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計。

（3）PLC、氣動控制系統(tǒng)（含組態(tài)軟件和人機界面）

① 基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設(shè)計；② 基于PLC的物料分揀控制系統(tǒng)設(shè)計。

（4）PLC、液壓控制系統(tǒng)（含組態(tài)軟件和人機界面）

① 液壓控制機床滑臺運動的PLC控制；② 基于PLC的挖掘機液壓控制系統(tǒng)設(shè)計。

（5）PLC、伺服控制系統(tǒng)（含組態(tài)軟件和人機界面）

① 基于PLC的伺服電機-位置模式控制；② 基于PLC的伺服電機-轉(zhuǎn)矩模式控制。

（6）PLC、步進控制系統(tǒng)（含組態(tài)軟件和人機界面）

① 基于PLC與步進電機的小車自動往返控制（開環(huán)）；② 基于PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制。

五、結(jié)論

電氣自動化技術(shù)綜合實訓(xùn)集繼電-接觸器控制技術(shù)、PLC技術(shù)、變頻器技術(shù)、傳感器技術(shù)、電機控制技術(shù)、氣動控制技術(shù)、觸摸屏技術(shù)及計算機組態(tài)軟件監(jiān)控技術(shù)于一身，所涵蓋的知識與技能是比較全面和系統(tǒng)的。本文在明確綜合實訓(xùn)所涵蓋的知識與技能的基礎(chǔ)上，闡述了如何合理選購實訓(xùn)設(shè)備和設(shè)置實訓(xùn)課題。本文倡導(dǎo)實訓(xùn)設(shè)備模塊化，可實現(xiàn)任意組合，可操作性強，同時開發(fā)了典型的實訓(xùn)項目，對提高實訓(xùn)教學質(zhì)量，培養(yǎng)高技能人才具有深遠的意義。

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