淺論開發(fā)新電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的必要性

董亮亮 王蕊

摘要：電氣自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息科技、儀器儀表和控制理論對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制、管理和優(yōu)化，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率、提高可靠性和安全性、降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量等目的的綜合技術(shù)。目前各個(gè)高校的電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室常見的三種類型：PLC 硬件系統(tǒng)型、虛擬仿真型、網(wǎng)絡(luò)及遠(yuǎn)程型。開發(fā)新電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有其必要性。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；必要性

一、電氣自動(dòng)化簡(jiǎn)介

電氣自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息科技、儀器儀表和控制理論對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制、管理和優(yōu)化，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率、提高可靠性和安全性、降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量等目的的綜合技術(shù)。

人機(jī)界面包括觸摸屏和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。觸摸屏是近些年來市場(chǎng)上應(yīng)用越來越廣泛的一種設(shè)備，觸摸屏的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、信息直觀、安靜、省電、可靠性和穩(wěn)定性強(qiáng)。因?yàn)槠溆羞@樣的特點(diǎn)，現(xiàn)在在工業(yè)控制領(lǐng)域也得到廣泛的應(yīng)用，觸摸屏使得工業(yè)控制更加直觀和方便。觸摸屏以其可以編程的特點(diǎn)在取代傳統(tǒng)按鍵后使得整個(gè)控制系統(tǒng)在變動(dòng)和更新時(shí)變得更加方便，成本更加低廉。

在工業(yè)控制領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)也同樣得到了應(yīng)用，這就是所謂的工業(yè) PC 機(jī)?？删幊踢壿嬁刂破骱?jiǎn)稱 PLC，它與機(jī)器人和 CAD/CAM 一起被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱，而 PLC 是三大支柱之首。PLC 實(shí)際上就是一種小型的計(jì)算機(jī)，通過軟件可以進(jìn)行編程，通過程序的運(yùn)行PLC 接受輸入信號(hào)并控制輸出信號(hào)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制。工業(yè)組態(tài)軟件的應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的融合是可編程邏輯控制器近些年發(fā)展的趨勢(shì)。組態(tài)軟件的通信功能非常強(qiáng)大，幾乎所有的控制設(shè)備都可以找到能與其通信的組態(tài)軟件，這使得組態(tài)軟件的應(yīng)用范圍非常廣泛，組態(tài)軟件允許用戶自定義控制系統(tǒng)界面，可以創(chuàng)建復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控畫面，通過實(shí)時(shí)通信連接完成控制系統(tǒng)的流程實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且具有報(bào)警、記錄歷史數(shù)據(jù)、仿真等功能?，F(xiàn)在有許多可編程控制器具備現(xiàn)場(chǎng)總線主站控制功能，可以方便的總線型控制設(shè)備組建系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的布線、安裝和維護(hù)都更加簡(jiǎn)潔，同時(shí)降低成本提高穩(wěn)定性，程序開發(fā)也更加簡(jiǎn)單快捷。總線型運(yùn)動(dòng)控制器在多軸運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合有廣泛應(yīng)用價(jià)值。

二、關(guān)于電氣自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

電氣自動(dòng)化技術(shù)在現(xiàn)今自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域所起的作用之大已經(jīng)毋庸置疑，而且自動(dòng)化新技術(shù)的更新速度是非常迅速的，因此，電氣自動(dòng)化行業(yè)對(duì)人才的需求也是非常大，對(duì)人才的要求也是越來越高。近些年來，從大專、本科、碩士到博士，凡是電氣自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)生始終保持高就業(yè)率也說明了這一點(diǎn)。

目前，各個(gè)高校電氣自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的理論教學(xué)都大同小異，所開設(shè)的課程，教學(xué)的方式以及考核的方式基本都差不多。在所開設(shè)的課程方面基本上都是講了很多年的內(nèi)容，能夠加入電氣自動(dòng)化最新技術(shù)和最新硬件的教材并不多。電氣自動(dòng)化控制學(xué)科屬于工科，工科有個(gè)特點(diǎn)就是真正能學(xué)會(huì)學(xué)好這一門技術(shù)就必須動(dòng)手去做實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在的電氣自動(dòng)化設(shè)備包括 PLC、運(yùn)動(dòng)控制器、觸摸屏、變頻器和伺服系統(tǒng)等，倘若組建一個(gè)設(shè)備齊全，功能完善并且有一定規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室需要一筆不小的資金。因此，現(xiàn)在各個(gè)高校的工業(yè)控制實(shí)驗(yàn)室的差距是非常大。有些高校的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)使用過很多年，其硬件設(shè)備都是很多年前的，這個(gè)跟現(xiàn)在的新技術(shù)新設(shè)備有的會(huì)差距很大?，F(xiàn)在技術(shù)發(fā)展飛快，系統(tǒng)集成化越來越高，最新的工控硬件與實(shí)驗(yàn)室老設(shè)備相比甚至不是新舊的問題，可以說是發(fā)生了質(zhì)變，這些都大大影響了教學(xué)效果。計(jì)算機(jī)仿真在一定程度上解決了這一問題，不少高校采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬 PLC 等工控設(shè)備的運(yùn)行、編程和調(diào)試等，相比更新實(shí)驗(yàn)室硬件來說，這種方式成本更低。下面展開闡述目前各個(gè)高校的電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室常見的三種類型。

第一，PLC 硬件系統(tǒng)型。整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)均采用實(shí)際硬件組成，主要包括 PLC 和有指示功能的被控對(duì)象。此種類型是最傳統(tǒng)的，也是目前各學(xué)校最為常見的類型，其優(yōu)點(diǎn)是基本能夠直觀的對(duì)被控對(duì)象效果進(jìn)行演示，通過實(shí)驗(yàn)清晰的理解 PLC 的原理和應(yīng)用方法，不足之處是實(shí)驗(yàn)被控對(duì)象較為固定且種類較少，二次開發(fā)能力較弱，實(shí)驗(yàn)臺(tái)之間以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)和外界少有通信。

第二，虛擬仿真型。這種類型的平臺(tái)是在傳統(tǒng)的 PLC 硬件系統(tǒng)型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)逐漸暴露出局限性時(shí)誕生的，它的組建思路完全與硬件型系統(tǒng)相反，即采用軟件虛擬仿真來代替硬件，最終實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)所能達(dá)到的實(shí)驗(yàn)效果。虛擬仿真型 PLC 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)大體可以分為兩種。一種采用 PLC 硬件結(jié)合被控對(duì)象的軟件虛擬仿真，這種情況虛擬的對(duì)象主要是 PLC 的被控對(duì)象；另一種采用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)將 PLC 連同其被控對(duì)象等整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真，此時(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完全脫離電氣自動(dòng)化控制硬件，只需要軟件即可虛擬仿真出硬件系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)效果。

第三，網(wǎng)絡(luò)及遠(yuǎn)程型。此類型的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要是將硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)做了進(jìn)一步的開發(fā)，搭建了本地局域網(wǎng)和服務(wù)器，并設(shè)計(jì)了自己的網(wǎng)站，就將整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的在線狀態(tài)連接到了Internet 互聯(lián)網(wǎng)。

三、開發(fā)新電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的必要性

電氣工程、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展需要大量的既適應(yīng)時(shí)代特點(diǎn)的具有專業(yè)理論知識(shí)，又具有專業(yè)操作技能的復(fù)合型、實(shí)用型、現(xiàn)代型專業(yè)技術(shù)人員。目前，學(xué)?，F(xiàn)有的電氣傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、電力工程實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)室等專業(yè)實(shí)驗(yàn)室只能滿足基本教學(xué)的要求，需要建立與社會(huì)對(duì)人才的要求相適應(yīng)的高水平實(shí)驗(yàn)室。

把培養(yǎng)工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力貫穿于實(shí)踐教學(xué)的全過程，讓學(xué)生接觸到電氣工程及電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的最先進(jìn)技術(shù)，給他們帶來更多寶貴的培訓(xùn)、實(shí)習(xí)和實(shí)踐機(jī)會(huì)，可有效鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力和專業(yè)綜合能力，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)，使在校學(xué)生在走向社會(huì)之前擁有實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)生將來走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。既保證學(xué)生接受厚基礎(chǔ)寬口徑的扎實(shí)的基礎(chǔ)理論教育，又受到良好的工程師的訓(xùn)練。可培養(yǎng)出創(chuàng)新型電氣及自動(dòng)化高素質(zhì)高級(jí)工程應(yīng)用人才。

電氣自動(dòng)化控制所涉及的設(shè)備很多，僅僅是 PLC 的實(shí)驗(yàn)并不能給學(xué)生帶來更多的認(rèn)識(shí)。運(yùn)動(dòng)控制器可以實(shí)現(xiàn)多軸運(yùn)動(dòng)控制、電子凸輪、電子齒輪和虛軸等復(fù)雜控制，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以輕松簡(jiǎn)單的組建多電機(jī)伺服系統(tǒng)，以太網(wǎng)通信組網(wǎng)可以構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)PLC 群控，高度集成的智能電機(jī)啟動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)智能電機(jī)啟動(dòng)等等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通訊的速度和安全可靠性越來越高，具備了全面實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的條件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化，并與 DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息、資源共享，提高了運(yùn)行人員對(duì)電氣系統(tǒng)參數(shù)的集中監(jiān)視和控制手段，此外，這些也是適應(yīng)市場(chǎng)、提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平和自動(dòng)化水平的必然趨勢(shì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]姜維芳.高職電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)建設(shè)與改革的探討[J].才智.2008（03）

[2]丁紅，李慶國(guó).電氣自動(dòng)化專業(yè)課程備課工作問題探析[J].湖南農(nóng)機(jī)，2008（03）

[3]張?zhí)鞎F.電氣自動(dòng)化研究進(jìn)展[J].黑龍江科技信息，2009（06）

[4]裴幫富，韓金玲.由驗(yàn)證性到創(chuàng)新性——電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2009（03）

[5]徐梅.高職電氣自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的探索[J].中國(guó)電力教育，2009（19）