PLC的電氣自動化教學實驗平臺的設計構想

俞娟

[摘 要] PLC可編程控制器在我國已經得到了廣泛的應用，應用于院校的教學中有效提升了教學的質量。因此，針對PLC的電氣自動化教學實驗平臺的總體方案設計做了進一步探究，對方案設計進行具體的分析。

[關 鍵 詞] PLC；電氣自動化；教學實驗平臺；方案設計

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）25-0142-02

電氣自動化為各個系統、軟件和硬件實現自動化，一般經常應用的軟件為變頻設備、啟動電動機設備、控制運動設備、PLC設備等。在這些設備中，PLC可以對控制器的程序進行編寫。在電氣實施自動化的相關工作中，可將其分為采樣輸入、執行用戶的相關程序、刷新輸出。

一、PLC和電氣自動化專業概述

（一）PLC簡介

PLC可編程控制器為在工業的環境中專門設計的一種數字運算操作的電子設備。是可以對程序進行編制的存儲設備，用在其內部存儲執行邏輯和順序運算、計時和計數算術運算等相應指令，并且利用數字的形式或者用模擬的形式進行輸入和輸出，對不同類型的機械設備以及相應的生產過程進行有效的控制[1]。PLC以及與之相關的設備，應適應社會的科技發展，依照易于與工業控制系統構成統一的整體以及易于將相應的功能進行擴展進行設計。

（二）電氣自動化專業概述

電氣自動化專業主要是對學生的電氣技術、自動化技術、各類電氣設備及自動化設備的原理和具體分析方式進行有效的培養，以便學生在完成學習之后能成為各類電氣設備、控制電氣及安裝和設計自動化系統、掌握相關的調試和維護工作、設備改造和產品開發以及管理復合型人才。

傳統電氣自動化控制系統采用繼電器接觸器連接方式，存在著體積大、維護難等問題，故障發生率高。但是PLC的出現改變了這種現象，PLC不僅能克服了傳統電氣自動化控制系統的缺點，而且還能提高企業的生產效率，有很大的發展潛力以及發展空間。所以作為電氣自動化專業的學生掌握了先進的設備控制技術——PLC技術，不管對學習還是以后的就業都有很大的幫助。

二、電氣自動化教學實驗平臺具備的主要特征

（1）實驗平臺具備的主要特征為能有效地對實際工業生產環境進行真實的模擬。（2）實驗平臺中對相關設備進行輸入和輸出的接口，大部分為留空設計，這樣可以調動學生的興趣，挖掘學生的潛力，讓學生最大限度地發揮自己的想象力，對控制系統靈活地進行構建。（3）該教學實驗平臺具有非常強的完整性[2]。在PLC的基礎之上建立的教學平臺，可以對近10年的自動化課程進行服務，有效增加了學生進行動手實踐操作的機會，提升動手操作能力，更加了解相應的操作流程以及控制系統。

三、電氣自動化教學實驗平臺應用的意義

受多年應試教育的影響，大多數的學生只會跟隨老師的指揮而進行學習，呆板缺乏主動性，動手能力更是薄弱。而我校是應用型本科院校，樹立培養學生的目標是確立面向一線的高級應用型人才的培養目標，建立了以應用知識為基礎的理論教育體系、以能力培養為主線的實踐教育體系和以職業素養為重點的素質教育體系，立足于學生的全面發展和成人成才。所以針對學院的辦學思路與本院學生差異性，發揮我院已有課程設置的優勢，制訂出具有民辦本科應用型特色的電氣自動化教學實驗平臺，構建有效的實踐性教學體系，充分發揮應用型本科人才在電氣自動化專業應用中的優勢

通過電氣自動化教學實驗平臺的應用可以在教學中對學生實踐動手能力進行培養，增強了學生的動手、分析問題的能力；提高了學生解決實際操作問題的能力；為學生的就業打下扎實的基礎，以適應學生畢業后工作的需要，滿足社會對應用型人才的需求，提高了學生的綜合創新能力和常見PLC應用控制線路故障排除能力。

四、具體的應用

在對實際的環境進行模擬的過程中，該實驗平臺可以在以下4個方面進行應用：（1）應用在企業的相關培訓工作中，該實驗平臺可作為對課題進行探究的平臺。（2）可以應用在研究生或者研究生導師實施各項科研的平臺，也可利用該實驗平臺開辦一系列的競賽。（3）可應用在相關的實踐活動中，如應用在對PLC進行編程當中以及變頻設備的具體使用中等。（4）可在多個課程的授課中進行使用。如控制集散課程、控制電氣課程、軟件組織課程等，以便學生能非常深入地對該專業的相關知識領域有更深的了解。

五、電氣自動化實驗平臺設計的重要思想

該實驗平臺的相關設計主要是為了將以下問題進行有效的解決：（1）之前的建設的PLC實驗室設備條件不完善，有些單一。大部分院校建設的實驗室中只建設了PLC，這便導致了實驗不會太深入，只能對較為簡單的邏輯進行控制。因此，要增加相應的設備，如控制運動的設備、變頻的設備等。（2）在之前建設的實驗室中，PLC接口比較少，具備的功能也不完善，較為簡單，沒有良好的兼容性。在十年前之前建設的實驗室中，對工業進行控制的設備非常單一，功能比較小，沒有太多的接口，只有變成接口以及輸入電源和輸出電源的接口[3]。此外，沒有任何可以進行擴展的接口。所以，雖然是當前非常受歡迎的軟件組織，由于沒有與之匹配的接口，所以不能與PLC進行有效的兼容。（3）需要靈活的設計思想。對該實驗平臺進行設計的重要目標在于學生在有靈感和有想法的時候，可利用相應的組合調試軟件，實現預期的效果，便于學生更好地對知識進行理解和學習。因此，實驗平臺要盡量將端口開放，使每一個控制都能將功能發揮出來。（4）更好地實現新技術。目前的階段正是對新技術進行研發的高峰時期，要全力保障好平臺能對應目前的先進技術，如以太網技術以及觸屏技術等。

六、電氣自動化實驗平臺的總體方案設計

在制訂的檔案計劃中，該教學實驗平臺內涵蓋了四項基本的配置，其中包括實驗基本平臺1以及基本實驗平臺2、實驗綜合平臺以及控制運動實驗平臺。這樣，學生可以有效實現在學習過程中的簡單和復雜漸進以及相應的切換。

在基本實驗平臺1中，其具備的設備有控制編程設備M218、ATV312變頻設備、HMI GX03501觸屏設備、電機設備、接觸器、啟動智能電機設備以及熱過載繼電器。在實驗平臺中，可有效將對PLC邏輯基本控制進行實現，PLC與觸摸屏實施良好的通信等。M218中，可與組態軟件進行連接，對整個操控系統實施有效的監控，同時，還能與以太網進行通訊。多模擬的模擬運行功能，可將電力節流的速度實施調節，在M218對其實施控制的時候，PLC可對交流電機設備的具體速度進行相應的調節。

在實驗基本平臺2中，具體的構成設備包括M218、HMI GX05502觸屏設備、BCH伺服電機設備以及Lemium23C的驅動設備[4]。關鍵的功能為在PLC脈沖控制中存在的伺服系統。PLC在對驅動設備進行控制的過程中，利用不同的工作形式，可以非常精準地對其速度、具體的位置以及扭矩給予操控。盡管脈沖形式的相關技術比不上總線型的技術先進，但可以有效幫助學生對伺服系統進行更深層次的了解。同時，PLC可有效實現對量的輸入和輸出的模擬以及以太網進行通訊的功能等，并在與計算機進行連接的過程中可以進行組態軟件的相關通訊工作。

在實驗綜合平臺中，該實驗平臺的構成部位為M258和Lexium32A、HMIBTGT7340和BSH伺服電機設備一同構成。在總線CANopen的基礎之上實施伺服控制，可對總線CANopen進行詳細的探究，將其速度、具體的位置以及相應的扭矩進行良好的操控。在觸摸屏當中設置了以太網，這樣便應用以太網進行通訊。

控制運動實驗平臺，該實驗平臺的構成是由控制運動的設備LMCO58、IPC工業控制專業應用的計算機、Lemium23A以及BSH一同構成的。該實驗平臺的設計主要目的為對控制多軸的相關運行進行研究，同時將電子凸輪等相關功能進行了實現。控制設備對三個電機中驅動三軸實施有效的控制，這樣可以對多軸的聯動功能實施具體的操控，甚至在最多的時候可以一起對八軸的具體運動進行控制。PLC不但可以進行一系列的編程和調試工作，更可對這個系統進行有效的監控。此外，在觸摸屏中涵蓋了以太網的強大功能，可進行相應的通訊工作。

總之，隨著科技的創新與發展，各類技術以及機械設備發生了日新月異的變化。因此，在電氣自動化專業的課程教學中，要對學生進行綜合全面的培養，借助電氣自動化實驗教學平臺的相關設計，有效地提升學生動手能力和思維創新能力，讓學生能將理論知識與實踐操作能力有機結合，進一步深化學習內容，適應當前社會對應用型人才的需求。

參考文獻：

[1]翟文權.基于PLC和運動控制器的電氣自動化實驗平臺的設計[J].自動化與儀器儀表，2015（12）：28-29.

[2]徐春浩，李芳晨.基于PLC的電氣自動化教學實驗平臺的總體方案設計[J].職業，2016（3）：87.

[3]劉靜，張琰，晏永紅.結合物聯網的電氣自動化PLC實驗平臺的構想與初步設計[J].數字技術與應用，2016（4）：12-14.

[4]黃秀聰.基于PLC的電氣自動化教學實驗平臺的總體方案設計[J].技術與市場，2015（6）：357-358.