基于PLC的通用型多功能電氣控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制

張鳳杰

（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，沈陽(yáng) 110023）

1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的現(xiàn)狀

現(xiàn)有教學(xué)儀器廠家的實(shí)驗(yàn)臺(tái)大多數(shù)只展示實(shí)驗(yàn)臺(tái)的操作面板，看不到實(shí)際使用的電氣設(shè)備，無(wú)法直觀地了解電氣設(shè)備的使用方法。操作人員通過(guò)控制面板的接線插孔進(jìn)行接線訓(xùn)練，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際電氣設(shè)備的接線操作，導(dǎo)致無(wú)論是對(duì)企業(yè)員工的技能提升培訓(xùn)還是對(duì)學(xué)生的實(shí)踐技能訓(xùn)練，都與實(shí)際生產(chǎn)相脫節(jié)，效果不佳。

2 研制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

基于PLC的通用型多功能電氣控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)是由遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院師生自主研發(fā)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體采用桌面與網(wǎng)孔板相接合的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)孔板開孔的大小可根據(jù)實(shí)際設(shè)備安裝需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的通用性和靈活性，便于維護(hù)、改造與升級(jí)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)配備PLC、變頻器、伺服電機(jī)、觸摸屏、步進(jìn)電機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)、控制對(duì)象（根據(jù)用戶需要選擇）、接觸器和繼電器等常用工業(yè)控制設(shè)備。實(shí)驗(yàn)臺(tái)安裝掛件導(dǎo)軌，便于電氣設(shè)備的維護(hù)、檢修與更換。整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)用行線槽進(jìn)行分區(qū)，便于按區(qū)域控制。按照強(qiáng)弱電分開的布線原則，可減少干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。電氣設(shè)備的接線端采用專用接線端子，可以避免電氣設(shè)備重復(fù)接線，減少電氣設(shè)備的損壞率。實(shí)驗(yàn)臺(tái)還可以根據(jù)實(shí)際需要制成臥式實(shí)驗(yàn)臺(tái)。采用型材搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體，并將電氣設(shè)備安裝在搭建的平臺(tái)上。根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能的不同，實(shí)驗(yàn)臺(tái)可靈活布局電氣設(shè)備[1]。

實(shí)驗(yàn)臺(tái)可根據(jù)需要靈活選用電氣元件，操作方便，控制可靠。它具備面向自動(dòng)化領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練的優(yōu)點(diǎn)，因此無(wú)論是面向企業(yè)培訓(xùn)還是學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)，都可以使使用人員直觀地認(rèn)識(shí)電氣設(shè)備，真正了解電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能，熟悉電氣設(shè)備的接線方法和控制方式。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)具備結(jié)構(gòu)緊湊、制作簡(jiǎn)單、功能多樣化和制作成本低的優(yōu)點(diǎn)，解決了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本高的問(wèn)題[2]。

3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)研制的有力保障

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主體由學(xué)院校辦工廠完成設(shè)計(jì)與制作。學(xué)院工廠具有完備的加工設(shè)施，可根據(jù)需要定做各種類型的實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體，為實(shí)驗(yàn)臺(tái)的美觀性和耐用性提供了有力保障。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能設(shè)計(jì)和布局設(shè)計(jì)由機(jī)電工程系專業(yè)教師與企業(yè)兼職教師共同完成，既滿足培訓(xùn)和教學(xué)需求，又符合工業(yè)自動(dòng)化控制要求。實(shí)驗(yàn)臺(tái)電氣設(shè)備的安裝、接線及調(diào)試由遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院機(jī)電類專業(yè)現(xiàn)代學(xué)徒制班級(jí)學(xué)生完成。該班級(jí)學(xué)生已經(jīng)經(jīng)過(guò)一年的企業(yè)學(xué)徒工式教學(xué)模式的培養(yǎng)，在教師指導(dǎo)下可以獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)的安裝與接線。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的質(zhì)量與性能最終由企業(yè)、科研處和學(xué)院專家嚴(yán)格按照工業(yè)自動(dòng)化的控制標(biāo)準(zhǔn)共同完成驗(yàn)收。

4 已經(jīng)取得的成果

該研究項(xiàng)目已經(jīng)與沈陽(yáng)秀展科技有限公司建立服務(wù)合作模式，成功研制24臺(tái)PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)，用于該企業(yè)員工的技能提升培訓(xùn)和入職培訓(xùn)，且企業(yè)評(píng)價(jià)反饋效果良好。圖1為企業(yè)研制的用于培訓(xùn)的PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

圖1 PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)

該通用型實(shí)驗(yàn)臺(tái)不僅用于遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院機(jī)電和電氣類專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)，而且為中車沈陽(yáng)機(jī)車車輛有限公司、沈陽(yáng)格晟電力安裝有限公司、沈陽(yáng)東電電力設(shè)備開發(fā)公司、沈陽(yáng)市萬(wàn)誠(chéng)職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校和沈陽(yáng)市信息工程學(xué)校等企業(yè)事業(yè)單位300余人提供技能提升培訓(xùn)服務(wù)，培訓(xùn)效果顯著，有效服務(wù)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。圖2為遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院用于學(xué)生實(shí)踐教學(xué)和為企業(yè)開展培訓(xùn)的PLC綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

圖2 基于PLC的電氣控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)

目前，學(xué)院正在與云科巨匠教育科技有限公司合作研發(fā)基于PLC的電氣控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)。由學(xué)院專業(yè)教師根據(jù)企業(yè)擬定完成的工作任務(wù)來(lái)定做，完全滿足企業(yè)的個(gè)性化需求?，F(xiàn)階段，合作正在推進(jìn)中，學(xué)院也在加大資金投入和人才投入以更好地研發(fā)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，已完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)圖紙，且確定了設(shè)備的參數(shù)和型號(hào)。圖3為實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)圖紙。

圖3 最新研制實(shí)驗(yàn)臺(tái)布局設(shè)計(jì)圖

5 研究方法及進(jìn)程

實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究方法及相關(guān)進(jìn)程如下[3]。第一，根據(jù)用戶提出的需求，確定實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)的功能。第二，專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)和企業(yè)專家共同研討，以確定實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。第三，選用最優(yōu)的電氣元件，最大化地滿足用戶需求。第四，設(shè)計(jì)電氣元件布局圖和電路原理圖。第五，采購(gòu)用于制作實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電氣設(shè)備及輔助材料。第六，與校辦工廠研討確定實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體的尺寸，既要經(jīng)濟(jì)實(shí)用，又要不失美觀。第七，完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作和電氣元件的安裝、接線及調(diào)試。第八，編寫實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用說(shuō)明書。第九，由企業(yè)、科研處和學(xué)院專家組成驗(yàn)收?qǐng)F(tuán)隊(duì)，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)完成校內(nèi)驗(yàn)收。

6 實(shí)驗(yàn)臺(tái)研制的成果與意義

6.1 打造職業(yè)教育特色品牌產(chǎn)品

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究成果受到企業(yè)和其他兄弟院校的認(rèn)可和青睞。目前，學(xué)院正在與云科巨匠教育科技有限公司確定服務(wù)合作意向，將該項(xiàng)目的研究成果推廣到企業(yè)和其他院校，從而打造遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院自主研發(fā)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)品牌。

6.2 深入推進(jìn)產(chǎn)教融合，培養(yǎng)復(fù)合型技能人才

該通用型多功能電氣實(shí)驗(yàn)臺(tái)由教師設(shè)計(jì)，學(xué)生參與，在二次開發(fā)的模式下開發(fā)產(chǎn)品。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程由機(jī)械自動(dòng)化、機(jī)電一體化和電氣自動(dòng)化等多個(gè)專業(yè)的教師共同參與，然后在教師指導(dǎo)下由學(xué)生完成產(chǎn)品的生產(chǎn)和組裝，不僅有利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力，也有利于學(xué)院培養(yǎng)優(yōu)秀的復(fù)合型技能人才。

6.3 對(duì)接行業(yè)和企業(yè)需求，服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展

該通用型多功能電氣實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制是在行業(yè)和企業(yè)大力推動(dòng)智能制造產(chǎn)線升級(jí)的背景下，由遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院主動(dòng)求變，以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，以多方協(xié)同為切入點(diǎn)，以跨學(xué)科建設(shè)為依托，是積極推動(dòng)教學(xué)模式改革的產(chǎn)物。該產(chǎn)品能夠滿足行業(yè)和企業(yè)的用人需求，為服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力保障。

7 項(xiàng)目的應(yīng)用價(jià)值

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)可面向企業(yè)開展電工、PLC、變頻調(diào)速、人機(jī)界面、伺服和步進(jìn)精準(zhǔn)控制等領(lǐng)域的技能培訓(xùn)，使企業(yè)員工能系統(tǒng)化學(xué)習(xí)自動(dòng)化設(shè)備的原理和控制方法，并將企業(yè)員工的實(shí)踐技能與理論知識(shí)有機(jī)結(jié)合。

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)可面向高、中等職業(yè)院校提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，還可面向機(jī)電一體化技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、智能控制技術(shù)和機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化等專業(yè)開設(shè)“電氣控制與PLC技術(shù)”“變頻器技術(shù)與應(yīng)用”“運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)”“工業(yè)控制組態(tài)技術(shù)”等課程。學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上了解各種電氣控制元件的結(jié)構(gòu)、安裝及接線的基本知識(shí)，掌握電氣元件的使用和控制方法，完成實(shí)際工業(yè)控制系統(tǒng)模擬控制和操作訓(xùn)練，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生與企業(yè)的零距離就業(yè)。