電氣控制與PLC工程實訓項目研究

王博 祁廣利 張航偉 楊立軍 向金龍

摘要：工程訓練是高等教育的重要環節，目前在電氣控制方面的訓練以普通的繼電接觸器控制為主，難以滿足當今工業自動化技術進步對實訓項目的要求。我校開發了一種以PLC為控制主機的實訓裝置，探究了新實訓項目。實訓裝置具有價格低廉、開放性好的特點，實訓項目也具有較強的可操作性，為高等學校的工程訓練提供了理論及技術參考。

關鍵詞：電氣控制與PLC;工程實訓項目;實踐教學;自動化控制系統

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2020）21-0281-02

一、引言

工程訓練是高等教育的重要環節，多數高校均開設了關于電氣控制方面的訓練項目，目前以普通的繼電接觸器控制為主，其典型項目為三相異步電機啟動停止及正反轉控制。隨著自動化技術的廣泛應用，在工程訓練中增加相關的實訓項目的必要性突顯[1-3]。為了解決這一問題，有必要研制適合高校自己特色的實訓裝置，并研究教學的實現方法。

二、實訓裝置的設計

結合我校實際，根據實訓大綱中關于電氣控制與PLC的實訓內容，實訓安排4天，每天1個實訓項目，有三相異步電機啟動及正反轉控制、三相異步電機Y-Δ啟動控制、液體混合PLC控制、十字路口交通燈控制，設計的實訓裝置能夠滿足實訓內容。裝置分為對應的4個區域，每個區域相對獨立[4]。研制的電氣控制與PLC實訓裝置樣機如圖所示。箱內安裝了大量的端子排，供學生做實驗接線用，PLC與輸入輸出設備的連接都是通過接線端在控制柜中連接的，因此這就增加了實驗操作的靈活性，鍛煉了學生的動手動腦能力。

本實訓裝置僅根據實訓科目的要求設計制作，沒有無關的其他實驗項目，選用通用工業元件組裝實驗裝置，設備的造價低廉，單臺造價在3千元左右，相比3—4萬的實驗臺具有明顯的價格優勢，裝備一個班級（30人）需要9萬元。

實訓裝置面板及內部布局

三、實訓教學過程設計

（一）教師講授基礎知識（30—40分鐘）

教師簡要的講授PLC的基本原理和PLC控制系統的組成，教學方法：項目教學法[5]。（10—15分鐘）

教師講解基礎知識力求簡明扼要，區別于電氣控制與PLC的課程教學或實驗教學，課程或實驗教學是一個系統的體系，從PLC工作原理、組成、接口電路、硬件軟件設計、程序調試均需要詳細的講解，并介紹實訓所用到的低壓電器元件的基本動作原理[6，7]。通過這種方法讓學生通過實訓了解PLC控制系統的設計、調試流程，對電氣控制與PLC系統有一感性認識，而不是掌握復雜的編程知識，為創新創業訓練中的相關自動化控制知識打下基礎，同時為后續自動化相關課程的學習增加知識儲備。

（二）教師示范教學（30—40分鐘）

以三相異步電機控制項目為例，教師將4個按鈕端子排和PLC輸入端子排互聯，接觸器、指示燈端子排和PLC輸出端子排互聯，定義SB1為正轉啟動按鈕、SB2為反轉啟動按鈕、SB3為停止按鈕，將按鈕接入PLC輸入端子排;將KM1、KM2、KM3、KM4線圈端子排接入PLC輸出信號端子排;使用手持編程器將程序編寫三相電機正反轉的程序入PLC，將PLC切換到運行狀態，按下正轉SB1按鈕，電動機將正轉;按下反轉按鈕，電機將反轉;按下停止按鈕，電機將會自由減速停止。在原系統接線不發生變化的情況下，定義SB1為啟動按鈕、SB3為停止按鈕，教師編寫三相電機Y-Δ啟動控制的程序，按下啟動按鈕SB1，電機將進入Y-Δ啟動控制流程。教師借此現象向學生介紹PLC控制系統和傳統繼電器接觸器控制系統的不同，PLC控制系統僅僅需要改變控制程序，無須改變外部線路即可實現不同的控制功能;然而繼電器基礎器控制系統往往需要重新更改外部線路來實現控制功能的變更，這也是PLC控制系統的優點之一。

（三）學生實踐（120—160分鐘）

學生在教師的指導下進行實踐，實訓時將按鈕端子排X1，接觸器線圈端子排X2，經過導線分別接入PLC的輸入信號端子排和輸出信號端子排。學生使用CPM1-CIF01 RS232適配器連接電腦和PLC檢查程序是否正確。具體步驟如下：

1.根據實驗原理分析被控對象的工藝條件和控制要求。

2.分配輸入/輸出接口電路，列出I/O分配表，并根據I/O分配表進行接線，指導教師檢查學生符號表、I/O分配及電氣連線是否正確，對學生的實驗準備環節進行打分，此項分數占總分的40%。

3.參照實訓指導書上的PLC控制程序，通過計算機輸入控制程序，指導教師檢查程序是否正確，若有問題，指導學生進行改正，指導教師對學生的實驗過程環節打分，此項分數占總分的40%。

4.老師檢查完畢確認無誤后，學生通過操作按鈕對實驗臺進行調試。

5.學生將調試結果展示給指導教師，指導教師對學生的實驗結果打分，此項分數占總分的20%。

6.評分結束后將線拆除放回原位，以備下次實驗使用。

（四）總結討論（30—40分鐘）

在實訓結束后，學生和教師在實訓教室對本次實訓進行總結討論，在此環節教師對電氣控制系統的組成及設計步驟進行總結，引導學生思考其他工業、生活場合中電氣控制的廣泛應用，并提示學生在各種競賽設計設備的動作控制，可以參考實訓內容，設計基于PLC的控制系統[8，9]。

四、總結

在工程實訓科目中，傳統單一的金工訓練科目正在向多科目的工程實訓邁進，電氣控制與PLC實訓得到了越來越多院校的重視[10]。應用新研制的電氣控制與PLC實訓裝置能夠實現電機控制、液體混合、交通燈控制等經典PLC實訓項目，具有成本低、開放性好的特點，經我校工程實訓中心試用反映良好，探索了工程訓練教學新模式，現正在擴大應用規模，將更多臺套的PLC實訓裝置應用到本科生工程實訓中。

參考文獻：

[1]任彥，崔桂梅.“電氣控制與PLC技術”教學改革的探索[J].實驗室研究與探索，2011，（01）：112-113+153.

[2]馬秀坤，史運濤，王捷，等.PLC實踐教學在應用型人才培養中的探索與創新[J].實驗技術與管理，2011，28（03）：228-231.

[3]黨新安.工程實訓教程[M].北京：化學工業出版社，2006.

[4]王博，陸琦，董繼先.MCGS在機電系統實驗臺中的應用[J].陜西科技大學學報，2010，28（01）：88-90.

[5]呂艷.項目教學法在PLC實訓教學中的應用案例[J].中國職業技術教育，2010，（14）：49-51+61.

[6]歐姆龍自動化 （中國） 有限公司.CPM1A操作手冊[R].上海，1997

[7]正泰電氣.冶金石化主配套機械配套行業選型手冊[R].溫州，2009

[8]陳寶生，李寶泉.電類實訓教學中的安全問題及應急措施[J].技術與教育，2005，（01）：58-59.

[9]王楷.淺談PEN斷線的防范與安全接地[J].礦山機械，2008，36

（24）：72-74.

[10]陳偉，程杰.工程實訓與應用型人才培養模式的研究[J].實驗室研究與探索，2010，29（06）：154-156.

Abstract： The engineering training program is one of important parts of higher education. Now the relay contact control circuit was the main content at present， which cannot meet the practical needs of the progress of automation technology. A new type of practical training device was developed to resolve this problem， and new training programs are developed. The device developed has the advantages of low cost， and good openness. The training program can be operated practically. It puts forward some theoretical & technical references for engineering training programs in colleges.

Key words： Electrical Control & PLC; engineering training program; practical teaching; automatic control system