基于实训设备的电气自动化技术综合实训教学研究

王磊

【摘要】 本文就自动化技术综合实训教学的现状做了分析，指出了当前实训教学设备不满足教学需要的原因和存在的主要问题。在详细分析了电气自动化技术综合实训所涵盖知识与技能的基础上，介绍了满足综合实训、可操作性强的实训装置及实训项目，以提高综合实训教学质量。

【关键词】 综合实训 知识与技能 实训设备 实训项目

一、引言

实训教学是职业院校实践教学环节中一个重要组成部分，为理论教学所不能替代。实训教学对学生素质及能力培养具有极其重要的作用，是学生高质量的重要保证。

电气自动化技术综合实训作为综合性实训，所要培养学生的知识与技能是比较全面和系统的，然而所涉及的可编程控制器（PLC）、变频器、步进电机、传感器、触摸屏、气动、液压控制等重要技术几乎没有实训设备与之相匹配，实训课题单一受限。由于综合实训教学设备的短缺，实训教学很难落实到实处，直接影响了人才的培养质量。为解决综合实训教学存在的问题，本文通过详细分析电气自动化技术综合实训所涵盖的的知识与技能，介绍了满足综合实训、可操作性强的实训装置与实训项目，以调高综合实训教学质量。

二、目前电气自动化技术综合实训常用的实训设备

目前，电气自动化技术综合实训常用的训练设备是以PLC为核心的编程训练台和仿真生产线简易实训平台。但是，这些设备在教学中还存在一些问题。

2.1仿真设备设计简单、可操作性差

很多仿真设备中，所有输入器件都用按钮代替，所有的输出器件都用指示灯代替，而且设计简单，操作单一，与真实生产设备差距过大。由于这些仿真实训设备的可视性和可操作性差，所以培养的学生缺乏实际生产技能，不能满足社会需求。

2.2实训项目单一、涉及领域狭窄

目前使用的实训教学设备，通常是根据某一自动控制系统，在满足基本教学要求下而仿制的。由于设备的针对性强，使得所涉及的技术领域狭窄，存在着配套实训项目单一的局限。比如一只机械手，它的基本功能就是抓紧、松开和旋转。因此，决定了所用电器类型有限，执行机构单一，控制方式固定，没有涉及更宽泛的技术如触摸屏技术、变频调速技术、气动控制技术以及组态监控技术等，不能帮助学生从更广泛的意义了解和认识工业自动化。

2.3实际操作范围有限

目前使用的实训教学设备，一般结构固定，选用的电器类型固定、接线固定，不允许学生随意拆卸或组合，否则设备将无法正常工作。这样，学生在实训时不能真正动手操作，影响技能的提高。

因此，现有实训设备满足不了综合实训的需要，制约了学生的专业发展，影响了学校教学水平的提高。

三、电气自动化技术综合实训包含的知识与技能

电气自动化技术综合实训几乎涵盖了前期所学的所有电气自动化方面的知识和技能，比如，PLC、变频器、触摸屏以及三者在步进电机、伺服系统、气动系统和液压系统中的应用。本文将按照应用模块来详细阐述每个模块应该掌握的知识和技能，以便合理设置实训课题。

3.1 PLC应用所需要的知识与技能

PLC的基本逻辑指令和功能指令；PLC控制系统设计的基本原则及一般步骤；接触器-继电器电气控制线路的PLC改造；PLC控制系统线路的安装、调试。

3.2变频器应用所需要的知识与技能

变频器的基本结构及工作原理；变频器各参数的意义及设置方法；变频器操作面板的基本操作；变频器的各种工作模式操作使用方法；变频器调速控制系统的设计及安装调试。

3.3液压与气动应用所需要的知识与技能

液压与气动控制元件的选型、使用、安装及调试；液压与气动控制的原理及系统设计方法；气动系统图的绘制及设备气路的安装；液压与气动控制系统的调试及维护。

3.4人机界面应用所需要的知识与技能

触摸屏组态软件的安装与使用；组态画面的设计及动画设置；触摸屏与PLC的通讯设置和变量的连接；控制系统的人机界面设计与调试。

3.5步进、伺服系统应用的知识与技能

步进电机工作原理；步进电机驱动器工作原理；使用步进驱动器驱动步进电机实操；伺服电机分类及原理；伺服控制器控制原理；使用伺服控制器控制伺服电机实操。

四、建议实训设备及典型实训项目

由以上分析可见，电气自动化技术综合实训集继电-接触器控制技术、PLC技术、变频器技术、传感器技术、电机控制技术、气动控制技术、触摸屏技术及计算机组态软件监控技术于一身。 电气自动化技术综合实训要达到培养高技能人才的教学效果，合理配置实训设备是非常关键的。本文倡导实训设备模块化，可实现任意组合，可操作性强，同时开发了典型实训项目，基本涵盖了学生所要掌握的知识与技能。

4.1建议实训设备

1、控制柜。金属基板国标控制柜（类似于YL-158GA），用于PLC、变频器、继电控制线路等的安装。控制柜可以分成多个模块，每个模块要求相对独立，可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标。

图1 YL-158GA控制柜外观

2、工作台。一个铝合金导轨工作台（类似于YL-235A）上，集成若干种能够涵盖一般工业控制所必需的电气设备。将它们按照类型或工程上常用的组合方式构成不同的模块，在考虑控制要求、电磁干扰，操作方便以及一些布线的特殊要求下，将模块合理地固定在平台上。平台通过安全连接插件直接与三相电源相接，并设置必要的保护电路，以保障操作者和设备的安全。

3、控制套件。上述工作臺上所配置的控制套件，主要包括以下模块：PLC模块、变频器模块、传感器检测模块、继电-接触器控制模块、电机（伺服电机、步进电机）及控制模块、触摸屏、传送带模块、气动单元模块、电源模块等。

4、执行器。上述工作台上所配置的执行器，主要包括：基于传送带的分拣系统（电气、气动各一套）、机械手搬运站（电气、气动和液压各一套）、工业机器人搬运站、加工站1（伺服或步进驱动十字滑台、Z向主轴高速变频器驱动）、加工站2（液压滑台，主轴变频驱动）、下料站（盘式旋转，直线型各一套）、立体仓库系统。

4.2建議实训项目

（1）PLC控制系统

① 多种液体自动混合装置的PLC控制系统设计；② 交通灯的PLC控制系统设计；③ 电镀生产线的PLC控制系统设计；④ 基于PLC的多层电梯控制系统设计；⑤ 普通机床控制线路的PLC改造。

（2）PLC、变频器控制系统

① 基于PLC、变频器的电动机正反向多段速运行控制设计；② 基于PLC、变频器的工业洗衣机程序控制系统设计；③ 基于PLC的变频恒压供水系统设计。

（3）PLC、气动控制系统（含组态软件和人机界面）

① 基于PLC的气动机械手控制系统设计；② 基于PLC的物料分拣控制系统设计。

（4）PLC、液压控制系统（含组态软件和人机界面）

① 液压控制机床滑台运动的PLC控制；② 基于PLC的挖掘机液压控制系统设计。

（5）PLC、伺服控制系统（含组态软件和人机界面）

① 基于PLC的伺服电机-位置模式控制；② 基于PLC的伺服电机-转矩模式控制。

（6）PLC、步进控制系统（含组态软件和人机界面）

① 基于PLC与步进电机的小车自动往返控制（开环）；② 基于PLC与步进电机的位置闭环控制。

五、结论

电气自动化技术综合实训集继电-接触器控制技术、PLC技术、变频器技术、传感器技术、电机控制技术、气动控制技术、触摸屏技术及计算机组态软件监控技术于一身，所涵盖的知识与技能是比较全面和系统的。本文在明确综合实训所涵盖的知识与技能的基础上，阐述了如何合理选购实训设备和设置实训课题。本文倡导实训设备模块化，可实现任意组合，可操作性强，同时开发了典型的实训项目，对提高实训教学质量，培养高技能人才具有深远的意义。

参 考 文 献

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