電氣控制與PLC控制技術(shù)課程實(shí)訓(xùn)裝置研究

王　勇

電氣控制與PLC控制技術(shù)課程實(shí)訓(xùn)裝置研究

王勇

(曹妃甸職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063205)

電氣控制與PLC控制技術(shù)是我國(guó)高職院校理工科專業(yè)必修的綜合性專業(yè)課程，課程實(shí)踐性很強(qiáng)，采用傳統(tǒng)的純理論教學(xué)模式無(wú)法保證教學(xué)質(zhì)量。為了更好地滿足在不同環(huán)境之下的實(shí)踐教學(xué)需求，設(shè)計(jì)了一款電氣控制與PLC控制技術(shù)課程的實(shí)訓(xùn)裝置，利用該裝置進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)，能夠更加安全、全面、方便地展現(xiàn)出電氣控制與PLC控制的效果，保證課程的實(shí)訓(xùn)效果。

電氣控制；PLC控制；實(shí)訓(xùn)裝置

目前，我國(guó)的高職理工類院校中，電氣控制與PLC控制技術(shù)是電氣類、機(jī)電類專業(yè)的重點(diǎn)課程，該課程無(wú)論是在教學(xué)過(guò)程中，還是在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，都具備靈活性、實(shí)用性以及普遍性的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)無(wú)法滿足該門(mén)課程的教學(xué)需求。為了更好地提升電氣控制與PLC控制技術(shù)課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果，針對(duì)性地研發(fā)出了一款實(shí)訓(xùn)裝置，使學(xué)生能夠直觀地進(jìn)行電氣控制設(shè)計(jì)、PLC技術(shù)應(yīng)用以及電氣控制維修等實(shí)訓(xùn)操作，滿足了對(duì)學(xué)生專業(yè)能力培養(yǎng)的要求，為實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供了很好的平臺(tái)。

1　研發(fā)裝置的必要性

近年來(lái)，大部分職業(yè)院校都購(gòu)置了電氣控制及PLC控制技術(shù)課程的實(shí)訓(xùn)裝置，但在裝置實(shí)際的使用過(guò)程中，存在著實(shí)用性差、功能不齊全等問(wèn)題，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中只能根據(jù)實(shí)訓(xùn)目的，將現(xiàn)有的簡(jiǎn)單器件組合起來(lái)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬實(shí)訓(xùn)，在實(shí)訓(xùn)后再將各個(gè)器件逐一拆卸，無(wú)法完整地模擬整個(gè)實(shí)訓(xùn)操作流程，影響了實(shí)訓(xùn)效果。目前，市場(chǎng)上主流的實(shí)訓(xùn)裝置都是組裝好的成套設(shè)備，各種器件擺放的部位也相對(duì)固定，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中如果僅依靠簡(jiǎn)單的器件，讓學(xué)生完成單一環(huán)節(jié)的實(shí)訓(xùn)操作，學(xué)生將難以掌握整個(gè)操作流程，也無(wú)法直觀地了解裝置的運(yùn)行過(guò)程和原理，更無(wú)法對(duì)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，不利于學(xué)生進(jìn)行更深入的操作和研究[1]。目前，該門(mén)課程的實(shí)訓(xùn)裝置的市面價(jià)格普遍都比較昂貴，如果全部通過(guò)外購(gòu)，無(wú)疑會(huì)給院校帶來(lái)經(jīng)濟(jì)壓力，因此，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)一款電氣控制與PLC控制技術(shù)課程的實(shí)訓(xùn)裝置，不僅能夠保證該門(mén)課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果，同時(shí)還能讓學(xué)生更全面、深刻地了解到實(shí)訓(xùn)裝置的各項(xiàng)操作細(xì)則，幫助學(xué)生牢固掌握課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，提升動(dòng)手能力，培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)。

2　實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)的原則、思路和特點(diǎn)

2.1　設(shè)計(jì)原則

為滿足高職院校中電氣類專業(yè)、制造類專業(yè)、機(jī)電類專業(yè)的課程教學(xué)目標(biāo)和人才培養(yǎng)要求，在設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)裝置的過(guò)程中需要遵循實(shí)用、合理、便捷等原則，采用模塊化和組合設(shè)計(jì)的方式，不僅能保證裝置的單一模塊能夠進(jìn)行實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)，而且多個(gè)模塊組裝后也能進(jìn)行不同組合的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)，有利于構(gòu)建一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從入門(mén)到精通的實(shí)訓(xùn)過(guò)程，也更加方便學(xué)生順利完成實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)[2]。該實(shí)訓(xùn)裝置主要由電氣控制技術(shù)和PLC控制技術(shù)兩個(gè)部分組成，每個(gè)部分有多個(gè)模塊，既包括了基礎(chǔ)的系統(tǒng)模塊，又包含了復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

2.2　設(shè)計(jì)思路

根據(jù)電氣控制及PLC控制技術(shù)課程的實(shí)訓(xùn)要求，在設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)裝置的過(guò)程中，要對(duì)低電壓電源、按鈕開(kāi)關(guān)、空氣開(kāi)關(guān)以及電動(dòng)機(jī)等基本器件進(jìn)行裝置搭建。完成基本器件的搭建之后，還需要根據(jù)實(shí)訓(xùn)裝置的控制路線來(lái)設(shè)計(jì)其他部分的重要器件，以便于實(shí)現(xiàn)對(duì)器件之間的控制和順利接線，隨后以電氣控制技術(shù)和PLC控制技術(shù)為主，完成各個(gè)系統(tǒng)控制裝置的功能設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的線路控制[3]。實(shí)訓(xùn)裝置要遵從從輸入開(kāi)關(guān)開(kāi)始，再到操作部位結(jié)束，都能實(shí)現(xiàn)有效控制的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)保證裝置中的電線和器件都可以進(jìn)行重復(fù)使用，以便于后期進(jìn)行裝置的升級(jí)和換代。實(shí)訓(xùn)裝置平臺(tái)上的各個(gè)模塊要可以隨時(shí)更換，可以對(duì)線路進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)和布局，有利于學(xué)生在實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)過(guò)程中，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，便于學(xué)生能夠更深入且全面地了解實(shí)訓(xùn)裝置的工作流程和原理。

2.3　設(shè)計(jì)特點(diǎn)

①先進(jìn)性。該新型實(shí)訓(xùn)裝置是傳統(tǒng)的電氣控制技術(shù)和PLC控制技術(shù)的結(jié)合，既能進(jìn)行傳統(tǒng)的電氣控制線路設(shè)計(jì)，又能進(jìn)行傳統(tǒng)的電氣控制線路改造，真正實(shí)現(xiàn)了電氣工程技術(shù)的完美結(jié)合[4]。②工藝性強(qiáng)。該新型實(shí)訓(xùn)裝置完全按照電氣控制及PLC控制技術(shù)應(yīng)用的要求進(jìn)行研制，較大限度地滿足了工藝對(duì)電氣控制的要求，電氣元件、連線等部件的設(shè)計(jì)和布置，完全按照電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工藝原則進(jìn)行。③綜合性強(qiáng)。該新型實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)按照實(shí)踐教學(xué)的要求，滿足了電氣控制技術(shù)及PLC控制技術(shù)課程的大部分實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)目標(biāo)。

3　實(shí)訓(xùn)裝置的構(gòu)成

新型實(shí)訓(xùn)裝置需要涵蓋電氣技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等教學(xué)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，并結(jié)合教學(xué)中涉及的工程實(shí)踐，以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和開(kāi)放實(shí)驗(yàn)為主，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和綜合性，彌補(bǔ)了原有實(shí)訓(xùn)裝置單一設(shè)備、單一實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，成功升級(jí)成為了多模塊設(shè)備、多模塊實(shí)驗(yàn)的新型多功能化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。

3.1　系統(tǒng)組成

新型實(shí)訓(xùn)裝置系統(tǒng)主要由顯示器、主機(jī)和PLC部分組成，系統(tǒng)組成如圖1所示。顯示器用于監(jiān)測(cè)整個(gè)控制流程，并檢查PLC程序的控制情況和控制結(jié)果；主機(jī)則用于安裝PLC控制編程軟件和組件軟件，PLC控制編程軟件用于編寫(xiě)程序，在程序翻譯成功后，能夠?qū)⑵湎螺d到PLC軟件中，組件軟件則用于設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)裝置的操作界面，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行有效的控制；PLC軟件用于實(shí)現(xiàn)與主機(jī)之間的相互通信，并接受來(lái)自外部的控制信號(hào)和程序，將信號(hào)和程序反饋的結(jié)果都上傳至主機(jī)。將電氣控制和PLC軟件控制相結(jié)合，通過(guò)全真模擬控制目標(biāo)，用軟件操作代替實(shí)物操作，可靈活充分利用有限的設(shè)備，完成整個(gè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)。保證整個(gè)教學(xué)實(shí)訓(xùn)中全程參照專業(yè)的生產(chǎn)流程，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)地操作真實(shí)的設(shè)備，借助全面仿真軟件完成課程的實(shí)訓(xùn)，同時(shí)也有利于新型實(shí)訓(xùn)裝置在教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用[5]。

圖1　實(shí)訓(xùn)裝置的系統(tǒng)組成

3.2　系統(tǒng)功能

新型實(shí)訓(xùn)裝置主要包括傳輸系統(tǒng)、供料系統(tǒng)等。傳輸系統(tǒng)在整個(gè)裝置中占據(jù)著重要的地位，主要起到向其他系統(tǒng)傳輸原料的作用，供料系統(tǒng)的感應(yīng)裝置可以檢測(cè)出裝置主機(jī)中的主要處理數(shù)據(jù)，隨后開(kāi)啟傳輸感應(yīng)，將感應(yīng)數(shù)據(jù)與感應(yīng)程序傳輸?shù)街鳈C(jī)中，在完成一個(gè)階段的傳輸動(dòng)作后，即可開(kāi)始準(zhǔn)備后一階段的傳輸工作[6]。傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)和程序傳輸?shù)綄?shí)訓(xùn)裝置的主機(jī)后，同時(shí)啟動(dòng)供料系統(tǒng)，開(kāi)始一下輪的工作。供料系統(tǒng)主要由傳輸帶、傳感器、變頻器、電磁閥門(mén)、電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)以及PLC系統(tǒng)控制等組成。

3.3　界面設(shè)計(jì)

新型實(shí)訓(xùn)裝置的界面，可以利用組件軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，先在系統(tǒng)中建立好圖形界面，再根據(jù)組態(tài)軟件中所提供的圖形元件，進(jìn)行電機(jī)、按鈕、開(kāi)關(guān)等界面的設(shè)計(jì)，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單、高效。實(shí)訓(xùn)裝置的界面包括操作界面和控制系統(tǒng)，操作界面包括開(kāi)關(guān)按鈕、手動(dòng)按鈕、自動(dòng)按鈕、復(fù)位按鈕、停止按鈕、指示燈等，控制系統(tǒng)包括主機(jī)、傳輸帶、檢測(cè)傳感器、工作傳感器等[7]。

3.4　動(dòng)畫(huà)連接

動(dòng)畫(huà)連接是指在界面畫(huà)面中的圖形與系統(tǒng)之間建立連接關(guān)系，系統(tǒng)在工作過(guò)程中一旦發(fā)生變化，則會(huì)在界面的圖形畫(huà)面中相應(yīng)展現(xiàn)，隨后即可制作出裝置的動(dòng)畫(huà)連接[8]。一旦實(shí)訓(xùn)裝置的圖形建立成功，形成動(dòng)畫(huà)將更加方便、快捷。以實(shí)訓(xùn)裝置運(yùn)行為例，當(dāng)PLC控制軟件得到了運(yùn)行指令后，代表PLC軟件系統(tǒng)的圖形會(huì)發(fā)生位移變化，通過(guò)觀察圖形的位移變化，操作者就能夠有效判斷PLC控制軟件是否應(yīng)該進(jìn)行退出操作和返回操作，從而將改變的量值重新傳輸給PLC軟件控制系統(tǒng)，隨后開(kāi)啟下一周期的運(yùn)行。

3.5　調(diào)試運(yùn)行

新型實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)完成后，只需要使用一臺(tái)裝有PLC控制軟件的設(shè)備，就能夠完成對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的調(diào)試工作。先在PLC控制器中編寫(xiě)操作程序，再連接裝置的組態(tài)系統(tǒng)和PLC控制軟件，調(diào)試實(shí)訓(xùn)裝置的運(yùn)行程序至組態(tài)畫(huà)面，當(dāng)初始化的圖形位置和界面有了變化后，隨后可與PLC控制軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行交互處理，重新控制設(shè)備，并接收到相應(yīng)的控制信號(hào)，根據(jù)實(shí)際的情況發(fā)出結(jié)束信號(hào)，一旦結(jié)束信號(hào)發(fā)出后則表明系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束，控制程序流程如圖2所示。通過(guò)不斷的調(diào)試，可以判定裝置系統(tǒng)與實(shí)際系統(tǒng)的操作運(yùn)行效果，從而驗(yàn)證裝置系統(tǒng)運(yùn)行的有效性[9]。

圖2　實(shí)訓(xùn)裝置程序調(diào)試流程

4　結(jié)語(yǔ)

為保證電氣控制與PLC控制技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)訓(xùn)效果，設(shè)計(jì)了一款新型實(shí)訓(xùn)裝置，可滿足該課程教學(xué)的大部分實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)需求。學(xué)生通過(guò)操作該裝置可完成實(shí)訓(xùn)課程中的各類模擬操作，包括線路調(diào)試、線路接線、故障診斷等，在滿足教師能全面、直觀地進(jìn)行電氣控制技術(shù)、PLC應(yīng)用技術(shù)等課程的教學(xué)演示的同時(shí)，還能夠讓學(xué)生真正學(xué)習(xí)和掌握電氣控制及PLC控制技術(shù)的整個(gè)操作流程，有利于提高學(xué)生的知識(shí)水平和操作能力。

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Research on the training device for “Electric Control and PLC Technology” course

WANG Yong

(Caofeidian Vocational and Technical College, Tangshan, Hebei 063205, China)

In higher vocational education, “Electrical Control and PLC Technology” is a comprehensive professional course for science and engineering majors in higher vocational colleges in China. The course of study is very practical. The traditional pure theory teaching mode can not guarantee teaching quality. To meet the practical teaching requirements under different environments, a training device for the course “Electrical Control and PLC Technology” is designed. The use of the equipment can be more safe, comprehensive, and more convenient to display the effect of electrical control and PLC, to ensure the training effect of the course.

electrical control; PLC control; training device

G642

A

2096–8736(2022)03–0043–03

王勇(1977—)，男，河北唐山人，大學(xué)本科，講師，主要研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化、機(jī)電一體化。

責(zé)任編輯：陽(yáng)湘暉

英文編輯：唐琦軍