PLC應用實訓系統(tǒng)構建探索

張國平 王玉梅

摘要 職業(yè)院校要在教學大綱規(guī)定的時間里,完成對學生基本PLC應用能力和操作技能的培養(yǎng),就必須構建一套實用、高效的PLC應用實訓系統(tǒng)。就構建一套什么樣的系統(tǒng)、怎樣構建這樣一套系統(tǒng)展開討論。

關鍵詞 PLC; 實訓系統(tǒng);實踐能力;操作技能

中圖分類號:G712 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)24-0074-02

Research on Development of PLC Training System//Zhang Guoping, Wang Yumei

Abstract Its necessary for vocational institutions to build a practical and efficient PLC training system in order to develop students capability of operating and using PLC during the period set by the syllabus. So what functions should the training system provide and how to build such training system? This paper will discuss these issues.

Key words PLC Training System; practical capability; operation skills

Authors address Xinjiang Shihezi Institute of Technology, Shihezi, Xinjiang, 832000, China

目前,PLC(Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)技術已在我國工業(yè)自動化生產(chǎn)中被廣泛應用,取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益,因而企業(yè)急需一大批掌握先進技術的高技能人才。但是許多職業(yè)技術院校培訓設備陳舊、落伍,培養(yǎng)的學生不能適應現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求,造成就業(yè)困難。面對這種形勢,為更好適應我國經(jīng)濟、科學技術和社會的發(fā)展,各職業(yè)院校在相關專業(yè)中普及PLC技術教育已極為普遍,各大中專院校都紛紛購買PLC實訓設備及實訓器材,建立PLC應用技術實訓室。

PLC應用技術是現(xiàn)代控制技術的重要組成部分,企業(yè)不僅需要學生掌握好PLC專業(yè)理論知識,更需要學生對PLC應用的系統(tǒng)構成及實施包括整個安裝、調(diào)試、運行與維護過程的全程參與,培養(yǎng)學生的PLC應用能力,提高操作技能。良好的PLC實訓系統(tǒng)能夠有效提升學生的PLC應用能力。按照系統(tǒng)獲取方式,PLC實訓系統(tǒng)一般分為2類:1)購買教學儀器廠生產(chǎn)的PLC試驗、實訓教學設備,稱為A方案,目前是各地職業(yè)技術學院較多采用的一種方案;2)直接到機電市場上采購PLC實訓系統(tǒng)所需的通用和專用型器材,根據(jù)課程實訓教學方案設計的需要,構建滿足課程教學,貼近工廠實際,符合工程施工模式的實訓設備,稱為B方案。

為分析方便,本文把由 A方案構建的系統(tǒng)稱作A系統(tǒng),由B方案構建的系統(tǒng)稱作B系統(tǒng)。

1 選擇實訓系統(tǒng)的考量要素

如何從上文提到的方案中選擇建設一個實用、高效、經(jīng)濟的PLC實訓系統(tǒng)?筆者認為應從8個方面考慮。

1.1 實用性指系統(tǒng)能夠滿足PLC應用實訓教學的功能,同時具有相對經(jīng)濟性(單位財力可支持性)、國內(nèi)機電專業(yè)市場和現(xiàn)有技術市場的可支持性。

1.2 經(jīng)濟性指系統(tǒng)的實施及系統(tǒng)壽命周期內(nèi)對資源的需求與消耗程度。如系統(tǒng)的立項、設計、一次性采購所需的資金支付、運行、維護及系統(tǒng)報廢費用,系統(tǒng)運行所需的人力、空間、場地資源支持等。

1.3 可行性指在現(xiàn)有的約束條件(經(jīng)濟性、實用性等)下從系統(tǒng)的構思、系統(tǒng)文本、系統(tǒng)物化到運行維護的可操作程度。

1.4 安全性系統(tǒng)構建及運行過程中所涉及設備與有關人員的安全程度,如利用系統(tǒng)完成具體的工作任務時的安全風險的大小。

1.5 快速性指系統(tǒng)從構建到物化,運行過程中完成某個工作任務所需的時間。

1.6 完備性與完整性完備性是指利用系統(tǒng)平臺能完成課程所需要的工作任務數(shù)與全部任務的比值。完整性是指利用系統(tǒng)平臺與工廠進行實際工程實施比較,其進程環(huán)節(jié)的完整程度。

1.7 系統(tǒng)冗余指此系統(tǒng)與彼系統(tǒng)、系統(tǒng)內(nèi)部各個實訓工位設備軟件、硬件互為備用程度。構建系統(tǒng)時對一些通用、易損硬件按照一定的比例備份。

1.8 生命周期指從系統(tǒng)構思、物化、運行到報廢的全部時間。一般分為自然壽命和技術壽命2種,技術壽命要小于自然壽命。

2 實訓系統(tǒng)方案的比較

采用A方案實施起來相對容易些,選好教學儀器廠的整機廠家(以下簡稱教儀廠),選好設備型號,雙方簽單付費購買即可,所需的軟硬件,包括設備操作作用說明書都由生產(chǎn)廠家提供。B方案要難些,構成系統(tǒng)所需的材料包括電器、電料、軟硬件及操作使用手冊都要自行編制、采購、制作。從經(jīng)濟性的角度來看,B方案要好些,在具有相同功能時采用B方案采購成本約為A方案的2/3左右。筆者曾在2007年為學院首次參加新疆維吾爾自治區(qū)機電一體化技能大賽自制3套簡易的光、機、電實訓設備,可以實現(xiàn)教儀廠設備的70%～80%的功能。新疆機電市場采購材料,包括PLC、變頻器、氣動元件、氣源、傳感器和簡易設備安裝架等,耗資約2萬多元。而教儀廠整機價格在每套2萬～4萬元左右。當年利用簡易的自制設備培訓參賽學生,在新疆區(qū)大賽中分別取得第二名和第三名的好成績。

從快速性方面考慮,選擇A系統(tǒng)好些。系統(tǒng)運行,在整機設備(以下簡稱整機)上做部分實訓任務速度要快些,在此平臺硬件操作的工作量只要完成導線的接插即可。而自制系統(tǒng)是用散件實時組裝及導線連接,操作時動作環(huán)節(jié)多,過程復雜,費時較多,而且在操作時每個動作環(huán)節(jié)的正確性、準確性等都可能出現(xiàn)變數(shù),從而增大出錯的概率。但正好以此訓練學生的實操技能。A系統(tǒng)以亞龍集團的YL-335A自動生產(chǎn)線實訓考核設備為例,在主機的輸送站接線板要接76根接插線,經(jīng)過多次訓練后,熟練操作的學生可在5分鐘內(nèi)完成。B系統(tǒng)以電動機接觸器、按鈕雙重聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制接線為例,電路約有40個點。在已經(jīng)安裝好元件的平板上布線,熟練工約需50分鐘(工藝一般),在配電盤、控制柜內(nèi)安裝布線約需100分鐘,包括金屬殼體裝配在內(nèi)約需3小時?？梢娫贏、B兩系統(tǒng)上完成相同的工作任務,時間相差很大。B系統(tǒng)對指導教師也提出更高的要求,沒有工程實踐經(jīng)驗的教師無法實施B系統(tǒng)的工作任務。二者在軟件操作上所需時間沒有區(qū)別。所以從快速性和安全性及對指導教師的要求來看,A方案要好些。

從實用性的角度看,A、B方案各有所長,A方案偏于認知性實驗、驗證性實驗,實訓帶有較強的實驗室特色;而B方案更多地帶有工程實訓特色,適合開發(fā)基于工作過程的實訓項目,從而使實訓更具完整性。在用B方案的系統(tǒng)完成多個實訓工作任務后進入工廠,學生更易進入崗位角色,崗位適應時間大大縮短。

從完備性看二者相當,都可以完成課程規(guī)定的實訓任務。從完整性看,A方案相對于B方案要差些,因為整機只是模擬一些必要的系統(tǒng)功能,是一種教學仿真實驗與實訓系統(tǒng)。而B方案從工程的實際出發(fā),具有工作過程的完整性,可以進行設備結(jié)構、安裝工藝、系統(tǒng)功能仿真及系統(tǒng)優(yōu)化實訓等。以端部接線為例,在A系統(tǒng)中接一根線只需在安裝單元和主接線板中尋找物理定位,選取相應的連接線,最后插入插孔。而在B系統(tǒng)中接一根導線要進行多種選擇,一是選擇導線的截面、長度、端部絕緣材料的剝削長度;二是選擇合適的接線耳進行壓接導線端部;三是選擇合適的螺桿、螺帽、墊片連接導線。完成以上各種選擇,一根導線的連接工作才能實現(xiàn)。通過兩者工作過程比較,B系統(tǒng)構建的是真實的工作環(huán)境,A系統(tǒng)構建的是仿真環(huán)境。在軟件練習教學實訓時2種系統(tǒng)功能相同,而在工藝訓練方面兩者相差甚遠。從學生就業(yè)的崗位職能來看,有80%的學生從事機電設備或自動控制系統(tǒng)維護和檢修,企業(yè)看重的是學生的動手能力,操作能力培養(yǎng)是學生就業(yè)的可靠保障。

從系統(tǒng)冗余來看,B方案要好些,B方案系統(tǒng)中的每個器件、材料等都可以互為備用,不僅可在內(nèi)部系統(tǒng)中互配,還可以在不同實訓系統(tǒng)如維修電工實訓室、PLC控制的氣動與液動實訓室的互配,實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)、外的備用。

從系統(tǒng)的運行費用來看,B方案在實訓過程中系統(tǒng)的主要耗損材料為電線和堅固件。做一個簡單的分析。單臺實訓系統(tǒng)每年要凈消耗2卷RV1.0 mm2銅線,市場價格按每卷50元計,每年要100元。銅線在使用一次后還可以再用,稱之為復用系數(shù),在實訓室中估計在0.8左右;A方案導線復用系數(shù)在0.97以上,消耗較少(5年后導線復用系數(shù)降至0.5左右)。假設設備的壽命期為10年,則累計需投入電線費用約為1 000元。A方案購買一套整機費用比B方案多5 000～8 000元,扣除1 000元后平均每套可節(jié)約4 000～7 000元。B方案在工藝技能實訓方面明顯優(yōu)于A方案,無論從經(jīng)濟性還是從實用性看都是可取的。

實訓系統(tǒng)的安裝框架亦可采用像教儀廠所用鋁型材、鋼型材、木板、壓縮板等。筆者傾向于采用國家原機電部定型的配電、控制用金屬框架,如早期的PJL,20世紀末的GGD、GCK標準安裝金屬殼體作系統(tǒng)的安裝載體。這樣做也可與工廠用配電、控制設備作無縫對接,通用性強,價格也不高。這種殼體目前已實現(xiàn)工廠化、批量化生產(chǎn),在市場上很容易買到。

3 結(jié)語

綜上所述,A系統(tǒng)對形成學生基本PLC應用能力具有快速性,但經(jīng)濟性稍差,對形成綜合技能幫助不大;B系統(tǒng)完整性、經(jīng)濟性、完備性較好,特別是PLC綜合應用能力和操作技能培養(yǎng),有著A系統(tǒng)所不可替代的作用,但對掌握PLC基本應用能力速度慢。上述二者各有所長,又不能相互替代。若將二者兼用,共同構建PLC應用實訓系統(tǒng),不失為一種較好的選擇。前者可用于PLC基本指令練習、梯形圖編寫訓練、軟件操作實訓;后者在時間充裕時進行綜合應用實訓,全面提高學生的PLC綜合應用能力、動手操作能力,為學生到企業(yè)頂崗實習打下良好的基礎。關于實訓室的整體結(jié)構和布局要有詳細、周密的規(guī)劃,要考慮到現(xiàn)在的功能和作用,還要考慮到今后的技術發(fā)展所需。建議在構建PLC應用實訓系統(tǒng)前認真考察,最好能找到相關的參照物加以借鑒,使系統(tǒng)發(fā)揮最大效用。