檢測技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺現(xiàn)狀與技術(shù)改進(jìn)建議

韓立星，廖金團(tuán)

（柳州城市職業(yè)學(xué)院，廣西 柳州 545616）

0 引 言

高職院校重視學(xué)生動手實(shí)踐能力的訓(xùn)練，實(shí)訓(xùn)平臺在提升學(xué)生職業(yè)技能能力中發(fā)揮著不可或缺的作用，加深檢測技術(shù)的學(xué)習(xí)可以全面提升學(xué)生對自動控制、通信以及傳感器等知識的理解[1]。本文結(jié)合現(xiàn)有學(xué)院實(shí)訓(xùn)室中的幾款典型檢測平臺進(jìn)行介紹，分析各實(shí)訓(xùn)平臺的功能、組成及特點(diǎn)，指出其不足?？偨Y(jié)歸納了未來傳感器實(shí)訓(xùn)平臺的開發(fā)路徑和設(shè)計框架。

1 各類檢測技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺研發(fā)現(xiàn)狀

1.1 市場上主流的檢測技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺介紹

柳州城市職業(yè)學(xué)院現(xiàn)有浙江亞龍公司出品的YL-335B型自動生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)考核裝備如圖1所示。設(shè)備包含送料單元、加工單元、裝配單元、輸送單元以及分揀單元5個單元，其外形美觀大方，電氣設(shè)備布局合理，方便學(xué)生拆裝理解傳感器和電氣控制原理。

圖1 亞龍公司YL-335B型自動生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)平臺

通過該裝備可以學(xué)習(xí)磁感應(yīng)接近開關(guān)、電感式接近開關(guān)、光電傳感器以及光纖傳感器等來分辨物料，判斷機(jī)械手的狀態(tài)及物料的顏色與材質(zhì)，掌握組態(tài)技術(shù)、伺服電機(jī)、變頻器控制等技術(shù)[2,3]。

亞龍公司圍繞不同實(shí)訓(xùn)場景出品了多款自動生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)考核裝備，設(shè)備可以充分發(fā)揮學(xué)生的編程能力，模擬小型自動化生產(chǎn)的全過程。缺點(diǎn)是不同設(shè)備都圍繞特定場景進(jìn)行設(shè)計，可拓展性一般，此外設(shè)備零部件非標(biāo)準(zhǔn)件的維護(hù)維修成本較高。

杭州云創(chuàng)儀器生產(chǎn)的YC-998型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗箱是一款專門針對傳感器實(shí)驗的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，該設(shè)備優(yōu)化選擇了具有代表性的傳感器，實(shí)驗箱結(jié)構(gòu)緊湊，方便攜帶保管，具體如圖2所示。本實(shí)驗箱包含被測體、傳感器、信號源、處理電路、儀表顯示、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件，構(gòu)成一個完整的測試系統(tǒng)。

圖2 YC-998型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗箱

通過實(shí)訓(xùn)箱的使用可以快速掌握常見的傳感器及相應(yīng)的檢測技術(shù)，開展各種驗證性實(shí)驗。通過信號檢測和儀表顯示等功能了解傳感器的作用并驗證功能，但是不能實(shí)現(xiàn)傳感器的替換，不能進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗，而且不能與PLC、單片機(jī)、電動機(jī)以及繼電器等執(zhí)行設(shè)備配合實(shí)訓(xùn)。學(xué)生雖然可以按照實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書完成實(shí)驗，但是對工作中實(shí)際幫助有效。

1.2 高校自主研發(fā)檢測實(shí)訓(xùn)平臺介紹

揭陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院開發(fā)了一款模塊化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)裝置，系統(tǒng)采用分層設(shè)計，實(shí)訓(xùn)裝置分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層。其中，檢測設(shè)備、傳感器以及顯示設(shè)備處于感知層，Zigbee、WiFi、串口通信、射頻通信以及紅外通信等通信技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行整合，無線端通過網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)從而在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)對手機(jī)和電腦等設(shè)備的無線控制。由于采用分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，有效地將采集終端的數(shù)據(jù)處理與感知層數(shù)據(jù)采集相分離，因此系統(tǒng)更加靈活，提升了系統(tǒng)的拓展能力[4]。

河南大學(xué)物理與電子學(xué)院利用傳感器技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗，研發(fā)了一款傳感器實(shí)驗與創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)平臺。該實(shí)訓(xùn)平臺采用模塊式設(shè)計思想，由電子器件設(shè)計區(qū)、光弱電信號模塊、電源模塊、鎖相環(huán)模塊、判決模塊以及光調(diào)制模塊等幾部分組成。特點(diǎn)是各功能模塊的輸入輸出組成部分之間留有插座，實(shí)現(xiàn)功能獨(dú)立，可以任意根據(jù)設(shè)計需要組合所需要的功能，為師生開展綜合性實(shí)驗和設(shè)計性實(shí)驗提供了快捷高效的途徑[5]。

2 檢測技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺設(shè)計思路

通過分析上述實(shí)訓(xùn)臺的功能和組成可以看出，以特定的應(yīng)用場景集成各種傳感器檢測控制實(shí)訓(xùn)平臺具有以下幾個特點(diǎn)。

一是模塊化自組合式設(shè)計。模塊化可以讓學(xué)生更好地理解各組成部分的功能原理，方便實(shí)訓(xùn)設(shè)備的維護(hù)升級，系統(tǒng)的拓展和創(chuàng)新性設(shè)計等。二是可開展驗證性或?qū)ｎ}實(shí)驗。由于實(shí)訓(xùn)臺圍繞特定場景設(shè)計，各實(shí)訓(xùn)臺在設(shè)計之處都主要考慮實(shí)現(xiàn)各類驗證性實(shí)驗和專題實(shí)驗，學(xué)生通過使用實(shí)訓(xùn)臺可以完成教學(xué)任務(wù)，并可以理解基本的功能與原理。但是由于缺少創(chuàng)新性實(shí)踐，使得高耦合性的單一場景又進(jìn)一步限制了實(shí)訓(xùn)平臺的創(chuàng)新性教學(xué)。三是圍繞特定場景設(shè)計。由于檢測技術(shù)在工業(yè)控制、自動化生產(chǎn)、物聯(lián)網(wǎng)以及消費(fèi)電子等各個應(yīng)用領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，但如果圍繞各個場景都進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計勢必加大研發(fā)成本，從而對學(xué)校的經(jīng)費(fèi)造成很大壓力，不利于設(shè)備的推廣。如果可以與組態(tài)軟件和仿真平臺相結(jié)合，通過選取相應(yīng)的硬件單元并完成調(diào)試。在計算機(jī)上利用組態(tài)軟件或其他仿真平臺實(shí)驗軟件仿真可以更好地實(shí)現(xiàn)多場景設(shè)計，既節(jié)約成本，又提升實(shí)訓(xùn)臺的利用率。

開發(fā)一款自動化控制實(shí)訓(xùn)臺首先需要堅持模塊化設(shè)計、分層布局、融合多場景、軟件仿真以及數(shù)據(jù)追溯等功能于一體，系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖3所示。其次要與上位機(jī)聯(lián)動，通過LabVIEW等虛擬仿真軟件增加系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。學(xué)生根據(jù)設(shè)置要求在觸摸屏軟件或者組態(tài)軟件上實(shí)現(xiàn)仿真控制。再次增加數(shù)據(jù)的追溯與處理。數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)必不可少的元素，其采集、分析與存儲是實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵。最后支持PLC和單片機(jī)等設(shè)備聯(lián)動控制，通過數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，實(shí)時分析學(xué)生的實(shí)驗情況和實(shí)驗數(shù)據(jù)，對學(xué)生進(jìn)行考評打分，對歷史數(shù)據(jù)和成績進(jìn)行追溯[6]。

圖3 典型實(shí)訓(xùn)臺框架圖

3 結(jié) 論

現(xiàn)有高校使用的各類傳感器實(shí)訓(xùn)平臺大多數(shù)圍繞特定場景研發(fā)，優(yōu)點(diǎn)是可以學(xué)習(xí)基本功能，進(jìn)行驗證性實(shí)驗。缺點(diǎn)是項目較為固定，可拓展性差，實(shí)訓(xùn)臺一旦采購回來往往需要使用好幾年，不能與企業(yè)的需求相掛鉤，同時無特殊原因設(shè)備不會更新，淘汰率高且維護(hù)成本貴。此外，實(shí)訓(xùn)設(shè)備普遍不具有數(shù)據(jù)通信、記錄、追溯以及分析等功能，不能為教師教學(xué)提供更多的數(shù)據(jù)支持。因此亟需開發(fā)一款多場景、柔性化以及高可拓展的傳感器實(shí)訓(xùn)平臺，在一個實(shí)訓(xùn)平臺上融入上位機(jī)、PLC、單片機(jī)等，可以進(jìn)行大的系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)。采用通用器件開發(fā)，降低維護(hù)成本，支持多種接口，提供數(shù)據(jù)分析、追溯以及顯示評價等功能,允許通過觸摸屏、PC等設(shè)備進(jìn)行編程控制。在該平臺上開展傳感器驗證實(shí)驗、專題設(shè)計實(shí)驗及創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗，平臺要兼具較高可拓展性，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電的組合控制，使學(xué)生在一套實(shí)訓(xùn)平臺可進(jìn)行各類創(chuàng)新性實(shí)訓(xùn)。