電氣控制設(shè)備智能化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)

王權(quán)+王樹(shù)亮+寇常樂(lè)

摘要：為有效提高職業(yè)院校學(xué)生的動(dòng)手操作能力以及電氣設(shè)備控制實(shí)踐能力，鑒于此設(shè)計(jì)并研發(fā)了一款針對(duì)于電氣控制方面的智能化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。該裝置整體分為四個(gè)部分：PLC控制部分、屏幕顯示部分、電源部分和電平轉(zhuǎn)換部分。使用者在學(xué)習(xí)PLC控制器的時(shí)候可以通過(guò)屏幕顯示部分觀察被控對(duì)象的工作狀態(tài)，使用屏幕顯示的方式代替了實(shí)際被控對(duì)象電路板。減少了對(duì)于實(shí)際被控對(duì)象電路板的維護(hù)與檢修。此系統(tǒng)不僅可以作為實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置使用，還可以作為實(shí)訓(xùn)技能考核使用。結(jié)果表明： 其性能穩(wěn)定，指導(dǎo)教師工作強(qiáng)度減輕，學(xué)生訓(xùn)練效果得到較大提高。

關(guān)鍵詞：電氣控制；實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)；屏幕

1 引言

高等職業(yè)院校要辦出特色，校內(nèi)的實(shí)訓(xùn)基地和實(shí)訓(xùn)設(shè)備是必不可少的。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的更新?lián)Q代無(wú)法跟上時(shí)代的步伐，因此高等職業(yè)院校對(duì)于技術(shù)型人才培養(yǎng)方式方法相比于實(shí)際生產(chǎn)中存在一些差異，導(dǎo)致院校培養(yǎng)出來(lái)的技術(shù)型人才無(wú)法滿足企業(yè)的需要。此外，電氣控制設(shè)備的實(shí)訓(xùn)是我國(guó)維修電工職業(yè)鑒定中的一項(xiàng)傳統(tǒng)、重要的考核項(xiàng)目，是維修電工工種的一種基本技能，在針對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，一般傳統(tǒng)的方法是指導(dǎo)教師在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行操作演示，由學(xué)員跟著指導(dǎo)教師的方式方法進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)員在這種學(xué)習(xí)模式下很可能因?yàn)榭菰锞蛯?duì)此失去了興趣。指導(dǎo)教師教學(xué)也變得比較繁重。

為了使指導(dǎo)老師從繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)，同時(shí)提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，提高電氣設(shè)備控制項(xiàng)目的訓(xùn)練效率和效果，設(shè)計(jì)了一種電氣控制設(shè)備智能化實(shí)訓(xùn)及考核裝置。學(xué)員可以通過(guò)控制單元對(duì)顯示屏所顯示的被控對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。激發(fā)學(xué)員對(duì)電氣設(shè)備控制實(shí)訓(xùn)課程的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)與當(dāng)前實(shí)際社會(huì)生產(chǎn)相結(jié)合的方式進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)，最大程度的滿足用人單位對(duì)于崗位人才的需求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)多數(shù)院校電氣設(shè)備線路設(shè)計(jì)及調(diào)試課程沒(méi)有控制對(duì)象或者控制對(duì)象就針對(duì)單個(gè)電機(jī)的現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一套智能化機(jī)床電氣實(shí)訓(xùn)裝置。在物理結(jié)構(gòu)上，設(shè)計(jì)了機(jī)床線路操作實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，可供多種機(jī)床線路配線使用，并設(shè)計(jì)了完全電氣隔離的I/O端口，在智能屏上實(shí)現(xiàn)了新穎的工業(yè)控制對(duì)象，并且通過(guò)控制觸摸屏可以觀察工藝過(guò)程，讓學(xué)者在學(xué)習(xí)前也可以了解機(jī)床電氣工藝，以便更好的完成機(jī)床電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目。設(shè)備集傳統(tǒng)機(jī)床電氣實(shí)訓(xùn)和三維動(dòng)感畫(huà)面模型于一體的現(xiàn)代化裝置，可以通過(guò)畫(huà)面切換選擇控制對(duì)象。在滿足傳統(tǒng)電氣實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)上，增加了動(dòng)感多功能可視化的三維立體控制對(duì)象和智能考核系統(tǒng)平臺(tái)，結(jié)合APP教學(xué)資源平臺(tái)，體現(xiàn)了人性化和個(gè)性化的特色，實(shí)訓(xùn)設(shè)備的創(chuàng)意性和實(shí)用性體現(xiàn)了一流的實(shí)訓(xùn)水平。系統(tǒng)總體示意圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)總體示意圖

此裝置現(xiàn)代化電氣實(shí)訓(xùn)裝置可作為電氣類職業(yè)技能訓(xùn)練的教學(xué)設(shè)備，適用于相關(guān)職業(yè)技能實(shí)訓(xùn)、社會(huì)培訓(xùn)及國(guó)家職業(yè)資格鑒定等方面。教學(xué)中可以根據(jù)不同等級(jí)的學(xué)員自由選擇教學(xué)案例，在人機(jī)界面查閱教學(xué)任務(wù)和資料，根據(jù)動(dòng)感控制對(duì)象進(jìn)行實(shí)際配線，完成電氣安裝與調(diào)試。三維控制對(duì)象和電氣線路進(jìn)行完全電氣隔離，保證電氣安全，實(shí)現(xiàn)很好的教學(xué)效果，體現(xiàn)了職業(yè)教育的技能性、知識(shí)性、職業(yè)性、完整性特點(diǎn)。本項(xiàng)目融入了現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，具有極強(qiáng)的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

4. 實(shí)訓(xùn)裝置關(guān)鍵技術(shù)

該裝置本身控制單元與顯示單元（被控對(duì)象）之間通過(guò)電平轉(zhuǎn)換部分實(shí)現(xiàn)相互的電平轉(zhuǎn)，可以模擬實(shí)際線路連接進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。實(shí)訓(xùn)中控制單元可以采用多種型號(hào)PLC進(jìn)行替換使用，方便不同種類實(shí)訓(xùn)課程的需要。顯示部分由軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。該設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)箱整體利用模塊化思維，主要部件采用模塊化形式方便調(diào)試以及后續(xù)的維護(hù)工作，其主要包括電源部分、PLC控制器部分、屏幕顯示部分以及電平轉(zhuǎn)換部分這四大部分?？傮w框圖如圖2所示。

（1）單片機(jī)部分：是該系統(tǒng)的控制核心。負(fù)責(zé)整個(gè)裝置系統(tǒng)的控制、信息的傳輸數(shù)據(jù)的處理以及檢測(cè)按鍵系統(tǒng)，同時(shí)還要控制顯示屏的顯示，作為主控芯片，芯片的選擇是十分重要的，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)選用STM32F103單片機(jī)能夠滿足本系統(tǒng)的功能要求。

（2）電源部分：該部分為整個(gè)系統(tǒng)提供電能，是整個(gè)系統(tǒng)裝置的能量?jī)?chǔ)存區(qū)，為整個(gè)系統(tǒng)裝置提供一個(gè)穩(wěn)定的電源，工作電源采用～220V、～380V及+24V。

（3）電平轉(zhuǎn)換單元：利用光耦以及一些外圍器件組成電平轉(zhuǎn)換單元。

（4）顯示部分：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，顯示部分的作用是能夠讓學(xué)生直觀的觀察被控對(duì)象同時(shí)還可以與單片機(jī)部分進(jìn)行通訊，因此采用工業(yè)串口屏作為此裝置的顯示部分。

（5）通訊部分：采用串口通訊與以太網(wǎng)通訊雙重通訊協(xié)議，滿足大部分通訊需求。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：天津市大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《電氣控制設(shè)備智能化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)》，項(xiàng)目號(hào)：201610066106