PLC应用实训系统构建探索

张国平 王玉梅

摘要 职业院校要在教学大纲规定的时间里,完成对学生基本PLC应用能力和操作技能的培养,就必须构建一套实用、高效的PLC应用实训系统。就构建一套什么样的系统、怎样构建这样一套系统展开讨论。

关键词 PLC; 实训系统;实践能力;操作技能

中图分类号:G712 文献标识码:B 文章编号: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,可编程逻辑控制器)技术已在我国工业自动化生产中被广泛应用,取得良好的经济效益和社会效益,因而企业急需一大批掌握先进技术的高技能人才。但是许多职业技术院校培训设备陈旧、落伍,培养的学生不能适应现代工业发展的需求,造成就业困难。面对这种形势,为更好适应我国经济、科学技术和社会的发展,各职业院校在相关专业中普及PLC技术教育已极为普遍,各大中专院校都纷纷购买PLC实训设备及实训器材,建立PLC应用技术实训室。

PLC应用技术是现代控制技术的重要组成部分,企业不仅需要学生掌握好PLC专业理论知识,更需要学生对PLC应用的系统构成及实施包括整个安装、调试、运行与维护过程的全程参与,培养学生的PLC应用能力,提高操作技能。良好的PLC实训系统能够有效提升学生的PLC应用能力。按照系统获取方式,PLC实训系统一般分为2类:1)购买教学仪器厂生产的PLC试验、实训教学设备,称为A方案,目前是各地职业技术学院较多采用的一种方案;2)直接到机电市场上采购PLC实训系统所需的通用和专用型器材,根据课程实训教学方案设计的需要,构建满足课程教学,贴近工厂实际,符合工程施工模式的实训设备,称为B方案。

为分析方便,本文把由 A方案构建的系统称作A系统,由B方案构建的系统称作B系统。

1 选择实训系统的考量要素

如何从上文提到的方案中选择建设一个实用、高效、经济的PLC实训系统?笔者认为应从8个方面考虑。

1.1 实用性指系统能够满足PLC应用实训教学的功能,同时具有相对经济性(单位财力可支持性)、国内机电专业市场和现有技术市场的可支持性。

1.2 经济性指系统的实施及系统寿命周期内对资源的需求与消耗程度。如系统的立项、设计、一次性采购所需的资金支付、运行、维护及系统报废费用,系统运行所需的人力、空间、场地资源支持等。

1.3 可行性指在现有的约束条件(经济性、实用性等)下从系统的构思、系统文本、系统物化到运行维护的可操作程度。

1.4 安全性系统构建及运行过程中所涉及设备与有关人员的安全程度,如利用系统完成具体的工作任务时的安全风险的大小。

1.5 快速性指系统从构建到物化,运行过程中完成某个工作任务所需的时间。

1.6 完备性与完整性完备性是指利用系统平台能完成课程所需要的工作任务数与全部任务的比值。完整性是指利用系统平台与工厂进行实际工程实施比较,其进程环节的完整程度。

1.7 系统冗余指此系统与彼系统、系统内部各个实训工位设备软件、硬件互为备用程度。构建系统时对一些通用、易损硬件按照一定的比例备份。

1.8 生命周期指从系统构思、物化、运行到报废的全部时间。一般分为自然寿命和技术寿命2种,技术寿命要小于自然寿命。

2 实训系统方案的比较

采用A方案实施起来相对容易些,选好教学仪器厂的整机厂家(以下简称教仪厂),选好设备型号,双方签单付费购买即可,所需的软硬件,包括设备操作作用说明书都由生产厂家提供。B方案要难些,构成系统所需的材料包括电器、电料、软硬件及操作使用手册都要自行编制、采购、制作。从经济性的角度来看,B方案要好些,在具有相同功能时采用B方案采购成本约为A方案的2/3左右。笔者曾在2007年为学院首次参加新疆维吾尔自治区机电一体化技能大赛自制3套简易的光、机、电实训设备,可以实现教仪厂设备的70%～80%的功能。新疆机电市场采购材料,包括PLC、变频器、气动元件、气源、传感器和简易设备安装架等,耗资约2万多元。而教仪厂整机价格在每套2万～4万元左右。当年利用简易的自制设备培训参赛学生,在新疆区大赛中分别取得第二名和第三名的好成绩。

从快速性方面考虑,选择A系统好些。系统运行,在整机设备(以下简称整机)上做部分实训任务速度要快些,在此平台硬件操作的工作量只要完成导线的接插即可。而自制系统是用散件实时组装及导线连接,操作时动作环节多,过程复杂,费时较多,而且在操作时每个动作环节的正确性、准确性等都可能出现变数,从而增大出错的概率。但正好以此训练学生的实操技能。A系统以亚龙集团的YL-335A自动生产线实训考核设备为例,在主机的输送站接线板要接76根接插线,经过多次训练后,熟练操作的学生可在5分钟内完成。B系统以电动机接触器、按钮双重联锁正反转控制接线为例,电路约有40个点。在已经安装好元件的平板上布线,熟练工约需50分钟(工艺一般),在配电盘、控制柜内安装布线约需100分钟,包括金属壳体装配在内约需3小时。可见在A、B两系统上完成相同的工作任务,时间相差很大。B系统对指导教师也提出更高的要求,没有工程实践经验的教师无法实施B系统的工作任务。二者在软件操作上所需时间没有区别。所以从快速性和安全性及对指导教师的要求来看,A方案要好些。

从实用性的角度看,A、B方案各有所长,A方案偏于认知性实验、验证性实验,实训带有较强的实验室特色;而B方案更多地带有工程实训特色,适合开发基于工作过程的实训项目,从而使实训更具完整性。在用B方案的系统完成多个实训工作任务后进入工厂,学生更易进入岗位角色,岗位适应时间大大缩短。

从完备性看二者相当,都可以完成课程规定的实训任务。从完整性看,A方案相对于B方案要差些,因为整机只是模拟一些必要的系统功能,是一种教学仿真实验与实训系统。而B方案从工程的实际出发,具有工作过程的完整性,可以进行设备结构、安装工艺、系统功能仿真及系统优化实训等。以端部接线为例,在A系统中接一根线只需在安装单元和主接线板中寻找物理定位,选取相应的连接线,最后插入插孔。而在B系统中接一根导线要进行多种选择,一是选择导线的截面、长度、端部绝缘材料的剥削长度;二是选择合适的接线耳进行压接导线端部;三是选择合适的螺杆、螺帽、垫片连接导线。完成以上各种选择,一根导线的连接工作才能实现。通过两者工作过程比较,B系统构建的是真实的工作环境,A系统构建的是仿真环境。在软件练习教学实训时2种系统功能相同,而在工艺训练方面两者相差甚远。从学生就业的岗位职能来看,有80%的学生从事机电设备或自动控制系统维护和检修,企业看重的是学生的动手能力,操作能力培养是学生就业的可靠保障。

从系统冗余来看,B方案要好些,B方案系统中的每个器件、材料等都可以互为备用,不仅可在内部系统中互配,还可以在不同实训系统如维修电工实训室、PLC控制的气动与液动实训室的互配,实现系统内、外的备用。

从系统的运行费用来看,B方案在实训过程中系统的主要耗损材料为电线和坚固件。做一个简单的分析。单台实训系统每年要净消耗2卷RV1.0 mm2铜线,市场价格按每卷50元计,每年要100元。铜线在使用一次后还可以再用,称之为复用系数,在实训室中估计在0.8左右;A方案导线复用系数在0.97以上,消耗较少(5年后导线复用系数降至0.5左右)。假设设备的寿命期为10年,则累计需投入电线费用约为1 000元。A方案购买一套整机费用比B方案多5 000～8 000元,扣除1 000元后平均每套可节约4 000～7 000元。B方案在工艺技能实训方面明显优于A方案,无论从经济性还是从实用性看都是可取的。

实训系统的安装框架亦可采用像教仪厂所用铝型材、钢型材、木板、压缩板等。笔者倾向于采用国家原机电部定型的配电、控制用金属框架,如早期的PJL,20世纪末的GGD、GCK标准安装金属壳体作系统的安装载体。这样做也可与工厂用配电、控制设备作无缝对接,通用性强,价格也不高。这种壳体目前已实现工厂化、批量化生产,在市场上很容易买到。

3 结语

综上所述,A系统对形成学生基本PLC应用能力具有快速性,但经济性稍差,对形成综合技能帮助不大;B系统完整性、经济性、完备性较好,特别是PLC综合应用能力和操作技能培养,有着A系统所不可替代的作用,但对掌握PLC基本应用能力速度慢。上述二者各有所长,又不能相互替代。若将二者兼用,共同构建PLC应用实训系统,不失为一种较好的选择。前者可用于PLC基本指令练习、梯形图编写训练、软件操作实训;后者在时间充裕时进行综合应用实训,全面提高学生的PLC综合应用能力、动手操作能力,为学生到企业顶岗实习打下良好的基础。关于实训室的整体结构和布局要有详细、周密的规划,要考虑到现在的功能和作用,还要考虑到今后的技术发展所需。建议在构建PLC应用实训系统前认真考察,最好能找到相关的参照物加以借鉴,使系统发挥最大效用。