基于實驗教學的新型自動化控制柜開發與應用

摘要：為了滿足高職院校實驗教學需求，對基于實驗教學的新型自動化控制柜開發與應用展開研究。設計新型自動化控制柜結構，將一體機設備與計算機進行對接，連接所有元器件與外接引線子端，實現對控制柜元器件與線路的拼接。對端進行百葉窗防塵與防水性能的設計，對控制柜運行進行集中調試，實現對自動化控制柜的開發。通過實例應用的方式證明，設計的控制柜體積在任何狀態下均小于相對應的基于有線通信反向傳輸的控制柜體積，在實際應用中能夠在保證功能正常實現的基礎上，節省更多的實驗室教學空間，以此有效解決了以往電氣自動化教學實驗室實訓空間不足和設備占用空間大的問題。

關鍵詞：實驗教學;新型;自動化;控制柜;開發;應用;

引言

隨著教育產業的持續改革，有關單位對高校電氣專業的教學工作提出了全新的要求，需引進現代化教學模式，提升高職院校的實驗教學綜合質量[1]。但大部分高職院校在開展此項工作時，缺少可行性較高的實驗教學設備，無法提高學生的實踐操作能力，導致高職院校的實驗教學工作一直無法達到既定的效果[2]。

因此，本文結合高職院校實驗教學現狀，綜合學生與教師對教學實踐設備的需求，設計一種可用于實驗教學中的新型自動化控制柜，提升實驗教學的實踐性與可行性。

1基于實驗教學的新型自動化控制柜開發

1.1新型自動化控制柜結構設計

為了確保設計的新型自動化控制柜可滿足高職院校實驗教學需求，需要先進行新型自動化控制柜結構的開發[3]。結構示意圖如下圖1所示。

圖1中：1表示為設備與計算機對接的安裝端口;2表示為控制柜柜門;3表示為輸入鍵盤對接槽口;4表示為控制端鍵盤;5表示為轉動軸;6表示為控制柜變頻裝置;7表示為控制柜運行電機;8表示為控制柜運行電阻;9表示為控制柜交流接觸器;10表示為繼電管理器;11表示為控制柜運行指示燈;12表示為控制柜柜體結構;13表示為變壓設備;14表示為斷路設備;15表示為PLC;16表示為裝置進程開關。按照上述圖1所示的結構，進行控制柜整體結構的設計，以此種方式，完成對新型自動化控制柜結構的開發。

1.2控制柜元器件與線路拼接

在控制柜前端柜門上對接一個嵌入式一體機設備，將此設備與計算機進行對接，此計算機與一體機設備可以使用終端的鼠標與鍵盤進行操作[4]。將操作設備收納在前端的鍵盤槽位中，降低裝置在使用中外部設備的占用空間。

采用直接連線的方式進行控制柜元器件對接。將所有需要拆裝或拼接的元器件與外接引線子端進行連接，學生只需要操作拼接線便可以進行設備的調試。當設備在實驗教學中出現故障或異常時，可以直接通過對子排端口引線進行拆裝的方式進行控制柜故障處理。

1.3控制柜試運行調試

采用檢測的方式掌握控制柜在運行中存在的不足，對控制柜運行進行集中調試。將控制柜下方45°的百葉窗進行傾斜處理，檢測百葉窗是否具備防塵與防水性能。若控制柜百葉窗的間隙較小或測試后無塵土滲入時，可認為開發的新型自動化控制柜在實際應用中具有較好的性能。若縫隙較大，則需要在控制柜的壁柜上以安裝鉸鏈的方式安裝集成防塵器，確保設計的控制柜能達到實驗教學的實際需求[5]，實現基于實驗教學的新型自動化控制柜的開發研究。

2新型自動化控制柜在實驗教學中的應用

為了驗證上述開發思路的可行性，將設計的新型自動化控制柜與傳統基于有線通信反向傳輸的控制柜共同應用到某高校電氣自動化教學活動當中，針對兩種控制柜的防塵防水情況進行測試。選擇在特定的電氣自動化實驗場地完成，并根據IEC的標準，對兩種控制柜的防塵防水性能進行評價，表1為IEC防塵防水評價等級標準對照表。

將表1作為依據，通過實際觀察和記錄得出，傳統基于有線通信反向傳輸的控制柜粉塵防水性能評價等級為IP43;而本文設計的基于實驗教學的控制柜防塵防水性能評價等級為IP55，能夠達到防塵，液體以強力噴射形式才能進入的效果，在一定程度上為電氣自動化教學提供安全保障。

為了進一步驗證本文設計的教學控制柜的性能，針對兩種控制柜在使用過程中的空間占用面積進行測量，在測量的規程中分別設置對控制柜柜門打開狀態、控制柜柜門關閉狀態、控制柜連接外接設備運行狀態，共三種情況下的空間體積，根據體積公式進行計算，體積公式為：控制柜本體長、寬、高乘積+控制柜柜門長、寬、高乘積+外設裝置連接后的長、寬、高乘積。根據上述公式，計算得出兩種控制柜的體積，并將記錄結果繪制成如表2所示。

從表2可以看出，在三種不同狀態下，兩種控制柜的體積相差較大，但本文提出的基于實驗教學的控制柜體積在任何狀態下均小于傳統的教學控制柜的體積，能夠將空間占用量控制在2.00 m2～4.00 m2。因此能夠證明，本文設計的基于實驗教育的控制柜，在保證功能正常實現的基礎上，可以節省更多的實驗室教學空間，具有較好的實際應用效果。

3結束語

本文從新型自動化控制柜結構設計、控制柜元器件與線路拼接、控制柜試運行調試三個方面，對基于實驗教學的新型自動化控制柜開發與應用展開研究。通過實驗證明，本文提出的基于實驗教學的控制柜體積在任何狀態下均小于傳統教學控制柜體積，并且防塵防水效果較好。說明本文提出的基于實驗教學的控制柜開發思路在實際應用中能夠有效解決傳統電氣自動化實訓教學存在的問題，為教師和學生提供更加高性能的實訓設備。可在后續的教學改革中，嘗試將本文設計的裝置投入教學實踐使用，為高校電氣自動化專業的教學提供支撐。

參考文獻

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[5]車顏澤. 基于有線通信反向傳輸的光纖信號系統復雜度自動化控制方法[J]. 制造業自動化，2021，43（08）：109-113.

作者簡介：閆海舟（1980.05.24），性別：男;籍貫：內蒙古自治區呼和浩特市，民族：漢;學歷：本科、碩士;職稱：講師;研究方向：機械化及其自動化

基金項目：2019年內蒙古化工職業學院院級科研項目;項目編號：HYZR1910D9B76FF5-0571-4A31-9E0E-632CDBB1CECC