PLC的電氣自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)構(gòu)想

俞娟

[摘 要] PLC可編程控制器在我國(guó)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用于院校的教學(xué)中有效提升了教學(xué)的質(zhì)量。因此，針對(duì)PLC的電氣自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì)做了進(jìn)一步探究，對(duì)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行具體的分析。

[關(guān) 鍵 詞] PLC；電氣自動(dòng)化；教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；方案設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）25-0142-02

電氣自動(dòng)化為各個(gè)系統(tǒng)、軟件和硬件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，一般經(jīng)常應(yīng)用的軟件為變頻設(shè)備、啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)設(shè)備、控制運(yùn)動(dòng)設(shè)備、PLC設(shè)備等。在這些設(shè)備中，PLC可以對(duì)控制器的程序進(jìn)行編寫。在電氣實(shí)施自動(dòng)化的相關(guān)工作中，可將其分為采樣輸入、執(zhí)行用戶的相關(guān)程序、刷新輸出。

一、PLC和電氣自動(dòng)化專業(yè)概述

（一）PLC簡(jiǎn)介

PLC可編程控制器為在工業(yè)的環(huán)境中專門設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子設(shè)備。是可以對(duì)程序進(jìn)行編制的存儲(chǔ)設(shè)備，用在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯和順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)算術(shù)運(yùn)算等相應(yīng)指令，并且利用數(shù)字的形式或者用模擬的形式進(jìn)行輸入和輸出，對(duì)不同類型的機(jī)械設(shè)備以及相應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行有效的控制[1]。PLC以及與之相關(guān)的設(shè)備，應(yīng)適應(yīng)社會(huì)的科技發(fā)展，依照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)構(gòu)成統(tǒng)一的整體以及易于將相應(yīng)的功能進(jìn)行擴(kuò)展進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（二）電氣自動(dòng)化專業(yè)概述

電氣自動(dòng)化專業(yè)主要是對(duì)學(xué)生的電氣技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、各類電氣設(shè)備及自動(dòng)化設(shè)備的原理和具體分析方式進(jìn)行有效的培養(yǎng)，以便學(xué)生在完成學(xué)習(xí)之后能成為各類電氣設(shè)備、控制電氣及安裝和設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)、掌握相關(guān)的調(diào)試和維護(hù)工作、設(shè)備改造和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及管理復(fù)合型人才。

傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用繼電器接觸器連接方式，存在著體積大、維護(hù)難等問(wèn)題，故障發(fā)生率高。但是PLC的出現(xiàn)改變了這種現(xiàn)象，PLC不僅能克服了傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，而且還能提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，有很大的發(fā)展?jié)摿σ约鞍l(fā)展空間。所以作為電氣自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生掌握了先進(jìn)的設(shè)備控制技術(shù)——PLC技術(shù)，不管對(duì)學(xué)習(xí)還是以后的就業(yè)都有很大的幫助。

二、電氣自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具備的主要特征

（1）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具備的主要特征為能有效地對(duì)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行真實(shí)的模擬。（2）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行輸入和輸出的接口，大部分為留空設(shè)計(jì)，這樣可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，挖掘?qū)W生的潛力，讓學(xué)生最大限度地發(fā)揮自己的想象力，對(duì)控制系統(tǒng)靈活地進(jìn)行構(gòu)建。（3）該教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有非常強(qiáng)的完整性[2]。在PLC的基礎(chǔ)之上建立的教學(xué)平臺(tái)，可以對(duì)近10年的自動(dòng)化課程進(jìn)行服務(wù)，有效增加了學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)，提升動(dòng)手操作能力，更加了解相應(yīng)的操作流程以及控制系統(tǒng)。

三、電氣自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用的意義

受多年應(yīng)試教育的影響，大多數(shù)的學(xué)生只會(huì)跟隨老師的指揮而進(jìn)行學(xué)習(xí)，呆板缺乏主動(dòng)性，動(dòng)手能力更是薄弱。而我校是應(yīng)用型本科院校，樹(shù)立培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)是確立面向一線的高級(jí)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，建立了以應(yīng)用知識(shí)為基礎(chǔ)的理論教育體系、以能力培養(yǎng)為主線的實(shí)踐教育體系和以職業(yè)素養(yǎng)為重點(diǎn)的素質(zhì)教育體系，立足于學(xué)生的全面發(fā)展和成人成才。所以針對(duì)學(xué)院的辦學(xué)思路與本院學(xué)生差異性，發(fā)揮我院已有課程設(shè)置的優(yōu)勢(shì)，制訂出具有民辦本科應(yīng)用型特色的電氣自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建有效的實(shí)踐性教學(xué)體系，充分發(fā)揮應(yīng)用型本科人才在電氣自動(dòng)化專業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

通過(guò)電氣自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用可以在教學(xué)中對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力進(jìn)行培養(yǎng)，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手、分析問(wèn)題的能力；提高了學(xué)生解決實(shí)際操作問(wèn)題的能力；為學(xué)生的就業(yè)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，以適應(yīng)學(xué)生畢業(yè)后工作的需要，滿足社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的需求，提高了學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力和常見(jiàn)PLC應(yīng)用控制線路故障排除能力。

四、具體的應(yīng)用

在對(duì)實(shí)際的環(huán)境進(jìn)行模擬的過(guò)程中，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以在以下4個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)用：（1）應(yīng)用在企業(yè)的相關(guān)培訓(xùn)工作中，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可作為對(duì)課題進(jìn)行探究的平臺(tái)。（2）可以應(yīng)用在研究生或者研究生導(dǎo)師實(shí)施各項(xiàng)科研的平臺(tái)，也可利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)辦一系列的競(jìng)賽。（3）可應(yīng)用在相關(guān)的實(shí)踐活動(dòng)中，如應(yīng)用在對(duì)PLC進(jìn)行編程當(dāng)中以及變頻設(shè)備的具體使用中等。（4）可在多個(gè)課程的授課中進(jìn)行使用。如控制集散課程、控制電氣課程、軟件組織課程等，以便學(xué)生能非常深入地對(duì)該專業(yè)的相關(guān)知識(shí)領(lǐng)域有更深的了解。

五、電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的重要思想

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的相關(guān)設(shè)計(jì)主要是為了將以下問(wèn)題進(jìn)行有效的解決：（1）之前的建設(shè)的PLC實(shí)驗(yàn)室設(shè)備條件不完善，有些單一。大部分院校建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室中只建設(shè)了PLC，這便導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)不會(huì)太深入，只能對(duì)較為簡(jiǎn)單的邏輯進(jìn)行控制。因此，要增加相應(yīng)的設(shè)備，如控制運(yùn)動(dòng)的設(shè)備、變頻的設(shè)備等。（2）在之前建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室中，PLC接口比較少，具備的功能也不完善，較為簡(jiǎn)單，沒(méi)有良好的兼容性。在十年前之前建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)工業(yè)進(jìn)行控制的設(shè)備非常單一，功能比較小，沒(méi)有太多的接口，只有變成接口以及輸入電源和輸出電源的接口[3]。此外，沒(méi)有任何可以進(jìn)行擴(kuò)展的接口。所以，雖然是當(dāng)前非常受歡迎的軟件組織，由于沒(méi)有與之匹配的接口，所以不能與PLC進(jìn)行有效的兼容。（3）需要靈活的設(shè)計(jì)思想。對(duì)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)在于學(xué)生在有靈感和有想法的時(shí)候，可利用相應(yīng)的組合調(diào)試軟件，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，便于學(xué)生更好地對(duì)知識(shí)進(jìn)行理解和學(xué)習(xí)。因此，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)要盡量將端口開(kāi)放，使每一個(gè)控制都能將功能發(fā)揮出來(lái)。（4）更好地實(shí)現(xiàn)新技術(shù)。目前的階段正是對(duì)新技術(shù)進(jìn)行研發(fā)的高峰時(shí)期，要全力保障好平臺(tái)能對(duì)應(yīng)目前的先進(jìn)技術(shù)，如以太網(wǎng)技術(shù)以及觸屏技術(shù)等。

六、電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì)

在制訂的檔案計(jì)劃中，該教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)涵蓋了四項(xiàng)基本的配置，其中包括實(shí)驗(yàn)基本平臺(tái)1以及基本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2、實(shí)驗(yàn)綜合平臺(tái)以及控制運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。這樣，學(xué)生可以有效實(shí)現(xiàn)在學(xué)習(xí)過(guò)程中的簡(jiǎn)單和復(fù)雜漸進(jìn)以及相應(yīng)的切換。

在基本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1中，其具備的設(shè)備有控制編程設(shè)備M218、ATV312變頻設(shè)備、HMI GX03501觸屏設(shè)備、電機(jī)設(shè)備、接觸器、啟動(dòng)智能電機(jī)設(shè)備以及熱過(guò)載繼電器。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，可有效將對(duì)PLC邏輯基本控制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，PLC與觸摸屏實(shí)施良好的通信等。M218中，可與組態(tài)軟件進(jìn)行連接，對(duì)整個(gè)操控系統(tǒng)實(shí)施有效的監(jiān)控，同時(shí)，還能與以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。多模擬的模擬運(yùn)行功能，可將電力節(jié)流的速度實(shí)施調(diào)節(jié)，在M218對(duì)其實(shí)施控制的時(shí)候，PLC可對(duì)交流電機(jī)設(shè)備的具體速度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

在實(shí)驗(yàn)基本平臺(tái)2中，具體的構(gòu)成設(shè)備包括M218、HMI GX05502觸屏設(shè)備、BCH伺服電機(jī)設(shè)備以及Lemium23C的驅(qū)動(dòng)設(shè)備[4]。關(guān)鍵的功能為在PLC脈沖控制中存在的伺服系統(tǒng)。PLC在對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行控制的過(guò)程中，利用不同的工作形式，可以非常精準(zhǔn)地對(duì)其速度、具體的位置以及扭矩給予操控。盡管脈沖形式的相關(guān)技術(shù)比不上總線型的技術(shù)先進(jìn)，但可以有效幫助學(xué)生對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行更深層次的了解。同時(shí)，PLC可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)量的輸入和輸出的模擬以及以太網(wǎng)進(jìn)行通訊的功能等，并在與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接的過(guò)程中可以進(jìn)行組態(tài)軟件的相關(guān)通訊工作。

在實(shí)驗(yàn)綜合平臺(tái)中，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)成部位為M258和Lexium32A、HMIBTGT7340和BSH伺服電機(jī)設(shè)備一同構(gòu)成。在總線CANopen的基礎(chǔ)之上實(shí)施伺服控制，可對(duì)總線CANopen進(jìn)行詳細(xì)的探究，將其速度、具體的位置以及相應(yīng)的扭矩進(jìn)行良好的操控。在觸摸屏當(dāng)中設(shè)置了以太網(wǎng)，這樣便應(yīng)用以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。

控制運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)成是由控制運(yùn)動(dòng)的設(shè)備LMCO58、IPC工業(yè)控制專業(yè)應(yīng)用的計(jì)算機(jī)、Lemium23A以及BSH一同構(gòu)成的。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要目的為對(duì)控制多軸的相關(guān)運(yùn)行進(jìn)行研究，同時(shí)將電子凸輪等相關(guān)功能進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)?？刂圃O(shè)備對(duì)三個(gè)電機(jī)中驅(qū)動(dòng)三軸實(shí)施有效的控制，這樣可以對(duì)多軸的聯(lián)動(dòng)功能實(shí)施具體的操控，甚至在最多的時(shí)候可以一起對(duì)八軸的具體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。PLC不但可以進(jìn)行一系列的編程和調(diào)試工作，更可對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)控。此外，在觸摸屏中涵蓋了以太網(wǎng)的強(qiáng)大功能，可進(jìn)行相應(yīng)的通訊工作。

總之，隨著科技的創(chuàng)新與發(fā)展，各類技術(shù)以及機(jī)械設(shè)備發(fā)生了日新月異的變化。因此，在電氣自動(dòng)化專業(yè)的課程教學(xué)中，要對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合全面的培養(yǎng)，借助電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的相關(guān)設(shè)計(jì)，有效地提升學(xué)生動(dòng)手能力和思維創(chuàng)新能力，讓學(xué)生能將理論知識(shí)與實(shí)踐操作能力有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)內(nèi)容，適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的需求。

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