電氣控制設(shè)備智能化實訓(xùn)系統(tǒng)的研究與開發(fā)

王權(quán)+王樹亮+寇常樂

摘要：為有效提高職業(yè)院校學生的動手操作能力以及電氣設(shè)備控制實踐能力，鑒于此設(shè)計并研發(fā)了一款針對于電氣控制方面的智能化實訓(xùn)系統(tǒng)。該裝置整體分為四個部分：PLC控制部分、屏幕顯示部分、電源部分和電平轉(zhuǎn)換部分。使用者在學習PLC控制器的時候可以通過屏幕顯示部分觀察被控對象的工作狀態(tài)，使用屏幕顯示的方式代替了實際被控對象電路板。減少了對于實際被控對象電路板的維護與檢修。此系統(tǒng)不僅可以作為實訓(xùn)教學裝置使用，還可以作為實訓(xùn)技能考核使用。結(jié)果表明： 其性能穩(wěn)定，指導(dǎo)教師工作強度減輕，學生訓(xùn)練效果得到較大提高。

關(guān)鍵詞：電氣控制；實訓(xùn)系統(tǒng)；屏幕

1 引言

高等職業(yè)院校要辦出特色，校內(nèi)的實訓(xùn)基地和實訓(xùn)設(shè)備是必不可少的。社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，校內(nèi)實訓(xùn)設(shè)備的更新?lián)Q代無法跟上時代的步伐，因此高等職業(yè)院校對于技術(shù)型人才培養(yǎng)方式方法相比于實際生產(chǎn)中存在一些差異，導(dǎo)致院校培養(yǎng)出來的技術(shù)型人才無法滿足企業(yè)的需要。此外，電氣控制設(shè)備的實訓(xùn)是我國維修電工職業(yè)鑒定中的一項傳統(tǒng)、重要的考核項目，是維修電工工種的一種基本技能，在針對該項目進行培訓(xùn)時，一般傳統(tǒng)的方法是指導(dǎo)教師在實訓(xùn)室進行操作演示，由學員跟著指導(dǎo)教師的方式方法進行學習。學員在這種學習模式下很可能因為枯燥就對此失去了興趣。指導(dǎo)教師教學也變得比較繁重。

為了使指導(dǎo)老師從繁重的體力勞動中解脫出來，同時提高學員的學習興趣，提高電氣設(shè)備控制項目的訓(xùn)練效率和效果，設(shè)計了一種電氣控制設(shè)備智能化實訓(xùn)及考核裝置。學員可以通過控制單元對顯示屏所顯示的被控對象進行實時監(jiān)測。激發(fā)學員對電氣設(shè)備控制實訓(xùn)課程的學習興趣。同時與當前實際社會生產(chǎn)相結(jié)合的方式進行實訓(xùn)教學，最大程度的滿足用人單位對于崗位人才的需求。

2 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)多數(shù)院校電氣設(shè)備線路設(shè)計及調(diào)試課程沒有控制對象或者控制對象就針對單個電機的現(xiàn)象設(shè)計了一套智能化機床電氣實訓(xùn)裝置。在物理結(jié)構(gòu)上，設(shè)計了機床線路操作實訓(xùn)平臺，可供多種機床線路配線使用，并設(shè)計了完全電氣隔離的I/O端口，在智能屏上實現(xiàn)了新穎的工業(yè)控制對象，并且通過控制觸摸屏可以觀察工藝過程，讓學者在學習前也可以了解機床電氣工藝，以便更好的完成機床電路設(shè)計項目。設(shè)備集傳統(tǒng)機床電氣實訓(xùn)和三維動感畫面模型于一體的現(xiàn)代化裝置，可以通過畫面切換選擇控制對象。在滿足傳統(tǒng)電氣實訓(xùn)的基礎(chǔ)上，增加了動感多功能可視化的三維立體控制對象和智能考核系統(tǒng)平臺，結(jié)合APP教學資源平臺，體現(xiàn)了人性化和個性化的特色，實訓(xùn)設(shè)備的創(chuàng)意性和實用性體現(xiàn)了一流的實訓(xùn)水平。系統(tǒng)總體示意圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)總體示意圖

此裝置現(xiàn)代化電氣實訓(xùn)裝置可作為電氣類職業(yè)技能訓(xùn)練的教學設(shè)備，適用于相關(guān)職業(yè)技能實訓(xùn)、社會培訓(xùn)及國家職業(yè)資格鑒定等方面。教學中可以根據(jù)不同等級的學員自由選擇教學案例，在人機界面查閱教學任務(wù)和資料，根據(jù)動感控制對象進行實際配線，完成電氣安裝與調(diào)試。三維控制對象和電氣線路進行完全電氣隔離，保證電氣安全，實現(xiàn)很好的教學效果，體現(xiàn)了職業(yè)教育的技能性、知識性、職業(yè)性、完整性特點。本項目融入了現(xiàn)代化教學手段進行設(shè)計開發(fā)，具有極強的應(yīng)用和推廣價值。

4. 實訓(xùn)裝置關(guān)鍵技術(shù)

該裝置本身控制單元與顯示單元（被控對象）之間通過電平轉(zhuǎn)換部分實現(xiàn)相互的電平轉(zhuǎn)，可以模擬實際線路連接進行相應(yīng)的控制操作。實訓(xùn)中控制單元可以采用多種型號PLC進行替換使用，方便不同種類實訓(xùn)課程的需要。顯示部分由軟件設(shè)計實現(xiàn)人機交互功能。該設(shè)計的實訓(xùn)箱整體利用模塊化思維，主要部件采用模塊化形式方便調(diào)試以及后續(xù)的維護工作，其主要包括電源部分、PLC控制器部分、屏幕顯示部分以及電平轉(zhuǎn)換部分這四大部分。總體框圖如圖2所示。

（1）單片機部分：是該系統(tǒng)的控制核心。負責整個裝置系統(tǒng)的控制、信息的傳輸數(shù)據(jù)的處理以及檢測按鍵系統(tǒng)，同時還要控制顯示屏的顯示，作為主控芯片，芯片的選擇是十分重要的，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)選用STM32F103單片機能夠滿足本系統(tǒng)的功能要求。

（2）電源部分：該部分為整個系統(tǒng)提供電能，是整個系統(tǒng)裝置的能量儲存區(qū)，為整個系統(tǒng)裝置提供一個穩(wěn)定的電源，工作電源采用～220V、～380V及+24V。

（3）電平轉(zhuǎn)換單元：利用光耦以及一些外圍器件組成電平轉(zhuǎn)換單元。

（4）顯示部分：根據(jù)設(shè)計要求，顯示部分的作用是能夠讓學生直觀的觀察被控對象同時還可以與單片機部分進行通訊，因此采用工業(yè)串口屏作為此裝置的顯示部分。

（5）通訊部分：采用串口通訊與以太網(wǎng)通訊雙重通訊協(xié)議，滿足大部分通訊需求。

參考文獻：

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[2] 曹達仲，侯春萍.移動通信原理、系統(tǒng)及技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2004

基金項目：天津市大學生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目《電氣控制設(shè)備智能化實訓(xùn)系統(tǒng)的研究與開發(fā)》，項目號：201610066106