基于PLC的電氣實訓考核平臺的設計

摘 要：針對當前科技的不斷進步，社會對專業技術人才需求不斷加大，為更好地培養數控機床電氣裝調專業技術人才，開發了基于PLC的電氣實訓考核平臺。該平臺的設計是以培養學生的綜合職業素質、職業能力為目標，包括了完整實驗裝置，以及與之配套的實訓教材、考核題庫等，并取得了良好的實踐效果。

關鍵詞：實訓考核平臺；PLC；實驗裝置

引言：本文介紹了基于PLC的電氣實訓考核平臺的設計，包括考核平臺的硬件、軟件、在線教學等設計開發。本平臺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軸步進模塊、Z 軸伺服模塊、輸入輸出模塊等。故障設置程序在電腦中完成，可采用人工設置或者自動隨機選擇兩種方法為故障出題，故障設置程序根據學員排除故障的多少進行智能化自動評分。

一、考核平臺的構建分析

系統的主要組成部分包括：學生機、教師機、主機、單片機硬件控制系統及實訓考核平臺。其中，實訓考核平臺又包括：PLC控制單元、電子控制電路、運動控制機構。其中：（1） 學生機、教師機、主機相互之間通過連網實現通信，學生機始終受制于教師機；（2） 教師機除控制學生機，還可進行實故虛排；（3） 主機除了負責跟教師機通信外，還負責與單片機硬件控制系統通信，在主機上可進行實故實排和實故虛排；（4） 單片機硬件控制系統，通過串口通訊接收主機指令，并根據主機指令控制電子控制電路，同時將電子控制電路現場數據實時反饋給主機；（5） PLC單元主要是編程控制電子控制電路，進而控制運動機構。

二、系統的硬件設計

由于設備線路比較多，要求的故障類型也多，這對單片機的IO口點數要求較高，因此，本硬件系統采用多塊單片機系統組成，每個單片機系統獨立形成一個模塊，單片機系統與單片機系統之間通過485總線進行通信。這樣組成的硬件控制系統，不僅滿足了IO點數的設計要求，而且還可以隨著系統的擴大而進行擴展，實現模塊化控制。

三、系統的軟件設計

（一）在線教學模塊。（1）實時電壓測量。單片機硬件控制系統不斷采集設備線路上各點的電壓，并將采集到的實時電壓值上傳主機，由數據庫中進行存儲。軟件通過查詢數據庫中的電壓，可以在軟件設計的電壓表中顯示兩點之間的電壓差。（2）在線故障設置。點擊需要設置故障的線路，彈出故障設置對話框，選擇相應故障類型后按對話框中的確認鍵，對應的故障就被設置在發動機控制系統中。（3）在線故障排除。經過診斷并確認設置的故障所在部位后，點擊原先設置故障的線路，彈出故障排除對話框，選擇相應故障類型并按下對話框中的確認鍵，設置在設備控制系統中的故障就被排除。

（二）在線考試模塊。考生點擊開始考試按鍵，考試正式開始，系統開始計時并顯示剩余的考試時間。考生可點擊考核提示按鈕來查看考試規則。考生可利用系統提供的數字萬用表來測量各線路的電壓，以確保正確地排除故障。考試時間到，系統將強制考生交卷，每位考生在考試期間只能登錄一次。

（三）主機與學生機的設計。教師機的功能基本和主機一致，但差異主要體現在教學功能和在線考試功能上。在線教學主要的差異有：（1）通信狀態指示：主機指示的是主控機COM端口與故障測控裝置的通信狀況；教師機通信狀態指示的是網絡的通信狀況。（2）教師機的網絡設置功能（在線教學時使用）；主要由教師講解、實故虛排、實故實排。其中教師講解狀態時，網絡中的學生機可使用萬用表與教師機一樣檢測相應的電壓，但是無法查看故障設置點及進行故障的設置、排除控制；此時教師機是主控。當處于排故練習的實故虛排時，表示教師機已經設置了相應的故障，學生機可使用自身電腦進行故障的排除練習，但學生的排故結果并不作用于臺架的實際故障，即學生只是對實際故障進行虛擬排除。當處于排故練習的實故實排時，學生機依然是實故虛排，但是教師機上的排除結果會作用于臺架的實際故障。（3）學生學習情況：對學生的學習情況進行監控，在列表中選擇指定的學生，即可查看其練習排故的過程。

學生機的功能主要是在線教學練習和進行在線考試。教師登陸時可以進行考卷管理，學生登錄時主要是在線教學練習和在線考試。

結論：該平臺根據2007年實施的《數控機床裝調維修工》國家職業標準設計，經樣機調試試驗和教學實踐，具有一定的精度等級，使該考核平臺對于學生電子實踐能力提升有顯著的效果。學生可學習步進電機、伺服電機、變頻器等常見電機控制單元的控制原理和接線方法，也可進行伺服驅動器參數、變頻器參數、CNC參數等參數設置，另外本實訓臺還可進行簡單編程和加工練習，具有一定的加工操作實訓功能。同時，平臺有著良好的通用性、易用性以及可靠性。

參考文獻：

[1] 彭為，黃科，雷道仲.單片機典型系統設計實例精講[D].電子工業出版社，2006.