電氣自動化實驗平臺的開發(fā)實現(xiàn)

馬亮

遼西技師學(xué)院 遼寧阜新 123000

1 電氣自動化實驗平臺開發(fā)實現(xiàn)的必要性

隨著電氣自動化技術(shù)的發(fā)展，社會中大量需求有專業(yè)技術(shù)知識和復(fù)合型技術(shù)人才，學(xué)校現(xiàn)有的自動化實驗平臺僅僅能夠滿足教學(xué)需求，無法滿足社會對新人才的高水平需求。電氣創(chuàng)新能力與應(yīng)用能力在學(xué)生身上的體現(xiàn)能夠在此平臺上被培養(yǎng)，使學(xué)生去主動接觸該領(lǐng)域最先進的技術(shù)，鍛煉學(xué)生的工程實踐能力。當(dāng)前學(xué)校設(shè)置的電氣自動化實驗平臺就是可編程邏輯控制器實驗室，僅僅開展了簡單邏輯控制實驗，與真實工作環(huán)境差距較大，無法體現(xiàn)現(xiàn)在可編程邏輯控制器的功能。原有設(shè)備較為陳舊，無法開展新型自動化控制技術(shù)實驗，影響教學(xué)效果。另外電氣自動化課程涉及到的設(shè)備有很多，僅僅是可編程邏輯控制器設(shè)備難以對學(xué)生帶來很多支持，影響教學(xué)效果，因此有必要開發(fā)電氣自動化實驗平臺[1]。

2 電氣自動化實驗平臺的構(gòu)架

在實際工作開展進程中，之所以要建立電氣自動化實驗平臺，就是為了能實現(xiàn)更多的關(guān)聯(lián)功能，也為了有效體現(xiàn)出學(xué)習(xí)過程是從簡單逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜的循序漸進的過程，要結(jié)合自動化實驗平臺建立差異化配置機制，并且整合管理流程。分別為：（1）電氣自動化基本實驗平臺A；（2）電氣自動化基本實驗平臺B；（3）綜合自動化實驗平臺；（4）運動控制實驗平臺。

第一，電氣自動化基本實驗平臺A。整個系統(tǒng)中涉及的設(shè)備主要依托可編程控制器S7-200、觸摸屏以及變頻器等，實驗平臺自身除了能有效完成PLC邏輯編程工作外，也能合理性實現(xiàn)觸屏和PLC通信，具有一定的應(yīng)用價值。最重要的是，在實際應(yīng)用體系內(nèi)，能實現(xiàn)S7-200和串口組態(tài)軟件的連接，實現(xiàn)監(jiān)控。第二，電氣自動化基本實驗平臺B。涉及可編程控制器S7-200、觸摸屏、伺服驅(qū)動器等，實驗重點就在于能實現(xiàn)PLC脈沖控制伺服系統(tǒng)，借助控制機制就能合理性優(yōu)化精確速度控制和位置控制工作。第三，綜合自動化實驗平臺，主要包括可編程控制器S7-200、觸摸屏、伺服驅(qū)動器以及電機等，是基于總線結(jié)構(gòu)建立的總線通信技術(shù)研究結(jié)構(gòu)，能精確地對速度進行合理性控制，完善位置監(jiān)管機制和扭矩控制機制，實現(xiàn)以太網(wǎng)通信。第四，運動控制實驗平臺，利用伺服電機能對三個基礎(chǔ)軸結(jié)構(gòu)進行驅(qū)動處理，實現(xiàn)三維環(huán)境中多軸聯(lián)動控制的目的，并且能維護同步控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電子凸輪處理和虛軸處理目標(biāo)[2]。

3 電氣自動化教學(xué)實驗的開發(fā)

3.1 硬件建設(shè)

電氣自動化開放實驗平臺中心由多個專業(yè)實驗室構(gòu)成，共同完成實踐能力培養(yǎng)。

（1）PLC控制技術(shù)實驗室。用于完成“可編程序控制器技術(shù)”和“伺服運動控制技術(shù)”等實驗，主要設(shè)備是可編程序控制器訓(xùn)練裝置、工控機、顯示屏和變頻器等。（2）過程控制系統(tǒng)實驗室。用于模擬工業(yè)現(xiàn)場過程控制實際，可進行溫度、壓力和流量等變送器的應(yīng)用實驗。主要硬件設(shè)備包括高級過程控制裝置和數(shù)字示波器等。（3）測試測量與控制實驗室。測控是自動化系統(tǒng)的核心和靈魂，用于學(xué)生掌握傳感器的組成結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換電路原理。主要硬件設(shè)備包括傳感器實驗儀和信號發(fā)生器等。（4）繼電保護實驗室。用于電力系統(tǒng)繼電保護方面訓(xùn)練，測試電力系統(tǒng)故障和危及安全的異常工況。主要硬件設(shè)備包括電流繼電器、防護繼電器和單相調(diào)壓器等。（5）電子設(shè)計自動化實驗室。培養(yǎng)學(xué)生在電子設(shè)計自動化與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計等方向的基本實驗技能。主要硬件設(shè)備包括電子設(shè)計自動化實驗箱及配套設(shè)備和儀器儀表。

3.2 軟件建設(shè)

實驗平臺建設(shè)包括軟件建設(shè)和硬件建設(shè)，硬件都是比較成型的設(shè)備，硬件技術(shù)更為成熟和穩(wěn)定，與硬件相比，軟件建設(shè)較為復(fù)雜。本文研究的平臺軟件建設(shè)包括四方面內(nèi)容：第一，實驗平臺用戶分析。主要包括學(xué)生、教師和管理員等三類用戶，學(xué)生使用平臺完成實驗，教師通過平臺指導(dǎo)實驗，管理員負責(zé)平臺的運行和維護。第二，實驗平臺業(yè)務(wù)流程。每類用戶具有不同的操作流程。以學(xué)生用戶為例，包括選擇實驗項目、提交實驗方案、預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容、預(yù)約實驗室、進行實驗操作、提交實驗結(jié)果和查看評價結(jié)果等。第三，實驗平臺架構(gòu)設(shè)計。采用目前最為流行的MVC三層架構(gòu)模式進行設(shè)計，表現(xiàn)層完成用戶與系統(tǒng)間的信息交互，應(yīng)用層用于負責(zé)具體的業(yè)務(wù)處理，數(shù)據(jù)層完成表現(xiàn)層和數(shù)據(jù)庫的輸入和輸出。

3.3 電氣自動化實驗平臺應(yīng)用策略

加快實驗平臺改革和實驗室建設(shè)，促進優(yōu)質(zhì)資源整合和共享，提升辦學(xué)水平和教育質(zhì)量，開放實驗的作用和地位日益顯現(xiàn)，實驗平臺應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生的獨立工作能力、提高了學(xué)生的擇業(yè)能力、發(fā)展了虛擬實驗平臺、提高了實驗室管理水平，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。除了加強硬件建設(shè)和軟件建設(shè)外，還需要運用創(chuàng)新策略，保障實驗平臺運行。本文提出的應(yīng)用策略如下：（1）制定嚴(yán)格可執(zhí)行的規(guī)章制度和管理辦法。針對教師制定考核制度和指導(dǎo)原則；針對學(xué)生制定使用規(guī)定和操作規(guī)程；針對管理員制定設(shè)備儀器維護和管理辦法。（2）建立實驗平臺質(zhì)量的監(jiān)控和評估機制。開放實驗平臺提高了學(xué)生的自主性，但也必須加強管理，對學(xué)生的實驗過程進行監(jiān)控，對學(xué)生的實驗結(jié)果進行評估。（3）加強開放實驗平臺師資隊伍建設(shè)及管理。開放實驗平臺離不開教師的指導(dǎo)，要建設(shè)穩(wěn)定的教師隊伍，不斷提高專業(yè)教師素質(zhì)，同時注重雙師型教師培養(yǎng)[3]。

4 結(jié)語

總之，自動化實驗平臺建設(shè)中，采用由易到難的原則，分析自動化實驗平臺的設(shè)計與開發(fā)，需要注意以下幾點：（1）以電氣自動化基本實驗平臺為背景，變頻器實驗的控制。（2）綜合實驗平臺設(shè)置了各類信號調(diào)理電路和控制電路等，并開發(fā)實驗平臺軟件系統(tǒng)，基于觸摸屏設(shè)計人機交互界面。課題研究也存在一定不足，在實驗平臺建設(shè)中，沒有進一步分析可編程邏輯控制器、變頻器、運動控制器的控制，在設(shè)計中，還需要在PID模擬量調(diào)節(jié)、高速計數(shù)輸入方面做出更加深入的研究。