基于PLC的電氣實(shí)訓(xùn)考核平臺(tái)的設(shè)計(jì)

于瓊

摘 要：針對(duì)當(dāng)前科技的不斷進(jìn)步，社會(huì)對(duì)專業(yè)技術(shù)人才需求不斷加大，為更好地培養(yǎng)數(shù)控機(jī)床電氣裝調(diào)專業(yè)技術(shù)人才，開發(fā)了基于PLC的電氣實(shí)訓(xùn)考核平臺(tái)。該平臺(tái)的設(shè)計(jì)是以培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)素質(zhì)、職業(yè)能力為目標(biāo)，包括了完整實(shí)驗(yàn)裝置，以及與之配套的實(shí)訓(xùn)教材、考核題庫(kù)等，并取得了良好的實(shí)踐效果。

關(guān)鍵詞：實(shí)訓(xùn)考核平臺(tái)；PLC；實(shí)驗(yàn)裝置

引言：本文介紹了基于PLC的電氣實(shí)訓(xùn)考核平臺(tái)的設(shè)計(jì)，包括考核平臺(tái)的硬件、軟件、在線教學(xué)等設(shè)計(jì)開發(fā)。本平臺(tái)電氣部分組成模塊有：主電路和控制電路模塊、主軸變頻模塊、X/Y軸步進(jìn)模塊、Z 軸伺服模塊、輸入輸出模塊等。故障設(shè)置程序在電腦中完成，可采用人工設(shè)置或者自動(dòng)隨機(jī)選擇兩種方法為故障出題，故障設(shè)置程序根據(jù)學(xué)員排除故障的多少進(jìn)行智能化自動(dòng)評(píng)分。

一、考核平臺(tái)的構(gòu)建分析

系統(tǒng)的主要組成部分包括：學(xué)生機(jī)、教師機(jī)、主機(jī)、單片機(jī)硬件控制系統(tǒng)及實(shí)訓(xùn)考核平臺(tái)。其中，實(shí)訓(xùn)考核平臺(tái)又包括：PLC控制單元、電子控制電路、運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)。其中：（1） 學(xué)生機(jī)、教師機(jī)、主機(jī)相互之間通過(guò)連網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信，學(xué)生機(jī)始終受制于教師機(jī)；（2） 教師機(jī)除控制學(xué)生機(jī)，還可進(jìn)行實(shí)故虛排；（3） 主機(jī)除了負(fù)責(zé)跟教師機(jī)通信外，還負(fù)責(zé)與單片機(jī)硬件控制系統(tǒng)通信，在主機(jī)上可進(jìn)行實(shí)故實(shí)排和實(shí)故虛排；（4） 單片機(jī)硬件控制系統(tǒng)，通過(guò)串口通訊接收主機(jī)指令，并根據(jù)主機(jī)指令控制電子控制電路，同時(shí)將電子控制電路現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給主機(jī)；（5） PLC單元主要是編程控制電子控制電路，進(jìn)而控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

二、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

由于設(shè)備線路比較多，要求的故障類型也多，這對(duì)單片機(jī)的IO口點(diǎn)數(shù)要求較高，因此，本硬件系統(tǒng)采用多塊單片機(jī)系統(tǒng)組成，每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立形成一個(gè)模塊，單片機(jī)系統(tǒng)與單片機(jī)系統(tǒng)之間通過(guò)485總線進(jìn)行通信。這樣組成的硬件控制系統(tǒng)，不僅滿足了IO點(diǎn)數(shù)的設(shè)計(jì)要求，而且還可以隨著系統(tǒng)的擴(kuò)大而進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)模塊化控制。

三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

（一）在線教學(xué)模塊。（1）實(shí)時(shí)電壓測(cè)量。單片機(jī)硬件控制系統(tǒng)不斷采集設(shè)備線路上各點(diǎn)的電壓，并將采集到的實(shí)時(shí)電壓值上傳主機(jī)，由數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)。軟件通過(guò)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的電壓，可以在軟件設(shè)計(jì)的電壓表中顯示兩點(diǎn)之間的電壓差。（2）在線故障設(shè)置。點(diǎn)擊需要設(shè)置故障的線路，彈出故障設(shè)置對(duì)話框，選擇相應(yīng)故障類型后按對(duì)話框中的確認(rèn)鍵，對(duì)應(yīng)的故障就被設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中。（3）在線故障排除。經(jīng)過(guò)診斷并確認(rèn)設(shè)置的故障所在部位后，點(diǎn)擊原先設(shè)置故障的線路，彈出故障排除對(duì)話框，選擇相應(yīng)故障類型并按下對(duì)話框中的確認(rèn)鍵，設(shè)置在設(shè)備控制系統(tǒng)中的故障就被排除。

（二）在線考試模塊?？忌c(diǎn)擊開始考試按鍵，考試正式開始，系統(tǒng)開始計(jì)時(shí)并顯示剩余的考試時(shí)間?？忌牲c(diǎn)擊考核提示按鈕來(lái)查看考試規(guī)則?？忌衫孟到y(tǒng)提供的數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量各線路的電壓，以確保正確地排除故障。考試時(shí)間到，系統(tǒng)將強(qiáng)制考生交卷，每位考生在考試期間只能登錄一次。

（三）主機(jī)與學(xué)生機(jī)的設(shè)計(jì)。教師機(jī)的功能基本和主機(jī)一致，但差異主要體現(xiàn)在教學(xué)功能和在線考試功能上。在線教學(xué)主要的差異有：（1）通信狀態(tài)指示：主機(jī)指示的是主控機(jī)COM端口與故障測(cè)控裝置的通信狀況；教師機(jī)通信狀態(tài)指示的是網(wǎng)絡(luò)的通信狀況。（2）教師機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置功能（在線教學(xué)時(shí)使用）；主要由教師講解、實(shí)故虛排、實(shí)故實(shí)排。其中教師講解狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的學(xué)生機(jī)可使用萬(wàn)用表與教師機(jī)一樣檢測(cè)相應(yīng)的電壓，但是無(wú)法查看故障設(shè)置點(diǎn)及進(jìn)行故障的設(shè)置、排除控制；此時(shí)教師機(jī)是主控。當(dāng)處于排故練習(xí)的實(shí)故虛排時(shí)，表示教師機(jī)已經(jīng)設(shè)置了相應(yīng)的故障，學(xué)生機(jī)可使用自身電腦進(jìn)行故障的排除練習(xí)，但學(xué)生的排故結(jié)果并不作用于臺(tái)架的實(shí)際故障，即學(xué)生只是對(duì)實(shí)際故障進(jìn)行虛擬排除。當(dāng)處于排故練習(xí)的實(shí)故實(shí)排時(shí)，學(xué)生機(jī)依然是實(shí)故虛排，但是教師機(jī)上的排除結(jié)果會(huì)作用于臺(tái)架的實(shí)際故障。（3）學(xué)生學(xué)習(xí)情況：對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行監(jiān)控，在列表中選擇指定的學(xué)生，即可查看其練習(xí)排故的過(guò)程。

學(xué)生機(jī)的功能主要是在線教學(xué)練習(xí)和進(jìn)行在線考試。教師登陸時(shí)可以進(jìn)行考卷管理，學(xué)生登錄時(shí)主要是在線教學(xué)練習(xí)和在線考試。

結(jié)論：該平臺(tái)根據(jù)2007年實(shí)施的《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修工》國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，經(jīng)樣機(jī)調(diào)試試驗(yàn)和教學(xué)實(shí)踐，具有一定的精度等級(jí)，使該考核平臺(tái)對(duì)于學(xué)生電子實(shí)踐能力提升有顯著的效果。學(xué)生可學(xué)習(xí)步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、變頻器等常見電機(jī)控制單元的控制原理和接線方法，也可進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)、變頻器參數(shù)、CNC參數(shù)等參數(shù)設(shè)置，另外本實(shí)訓(xùn)臺(tái)還可進(jìn)行簡(jiǎn)單編程和加工練習(xí)，具有一定的加工操作實(shí)訓(xùn)功能。同時(shí)，平臺(tái)有著良好的通用性、易用性以及可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭為，黃科，雷道仲.單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講[D].電子工業(yè)出版社，2006.