基于PLC的电气实训考核平台的设计

于琼

摘 要：针对当前科技的不断进步，社会对专业技术人才需求不断加大，为更好地培养数控机床电气装调专业技术人才，开发了基于PLC的电气实训考核平台。该平台的设计是以培养学生的综合职业素质、职业能力为目标，包括了完整实验装置，以及与之配套的实训教材、考核题库等，并取得了良好的实践效果。

关键词：实训考核平台；PLC；实验装置

引言：本文介绍了基于PLC的电气实训考核平台的设计，包括考核平台的硬件、软件、在线教学等设计开发。本平台电气部分组成模块有：主电路和控制电路模块、主轴变频模块、X/Y轴步进模块、Z 轴伺服模块、输入输出模块等。故障设置程序在电脑中完成，可采用人工设置或者自动随机选择两种方法为故障出题，故障设置程序根据学员排除故障的多少进行智能化自动评分。

一、考核平台的构建分析

系统的主要组成部分包括：学生机、教师机、主机、单片机硬件控制系统及实训考核平台。其中，实训考核平台又包括：PLC控制单元、电子控制电路、运动控制机构。其中：（1） 学生机、教师机、主机相互之间通过连网实现通信，学生机始终受制于教师机；（2） 教师机除控制学生机，还可进行实故虚排；（3） 主机除了负责跟教师机通信外，还负责与单片机硬件控制系统通信，在主机上可进行实故实排和实故虚排；（4） 单片机硬件控制系统，通过串口通讯接收主机指令，并根据主机指令控制电子控制电路，同时将电子控制电路现场数据实时反馈给主机；（5） PLC单元主要是编程控制电子控制电路，进而控制运动机构。

二、系统的硬件设计

由于设备线路比较多，要求的故障类型也多，这对单片机的IO口点数要求较高，因此，本硬件系统采用多块单片机系统组成，每个单片机系统独立形成一个模块，单片机系统与单片机系统之间通过485总线进行通信。这样组成的硬件控制系统，不仅满足了IO点数的设计要求，而且还可以随着系统的扩大而进行扩展，实现模块化控制。

三、系统的软件设计

（一）在线教学模块。（1）实时电压测量。单片机硬件控制系统不断采集设备线路上各点的电压，并将采集到的实时电压值上传主机，由数据库中进行存储。软件通过查询数据库中的电压，可以在软件设计的电压表中显示两点之间的电压差。（2）在线故障设置。点击需要设置故障的线路，弹出故障设置对话框，选择相应故障类型后按对话框中的确认键，对应的故障就被设置在发动机控制系统中。（3）在线故障排除。经过诊断并确认设置的故障所在部位后，点击原先设置故障的线路，弹出故障排除对话框，选择相应故障类型并按下对话框中的确认键，设置在设备控制系统中的故障就被排除。

（二）在线考试模块。考生点击开始考试按键，考试正式开始，系统开始计时并显示剩余的考试时间。考生可点击考核提示按钮来查看考试规则。考生可利用系统提供的数字万用表来测量各线路的电压，以确保正确地排除故障。考试时间到，系统将强制考生交卷，每位考生在考试期间只能登录一次。

（三）主机与学生机的设计。教师机的功能基本和主机一致，但差异主要体现在教学功能和在线考试功能上。在线教学主要的差异有：（1）通信状态指示：主机指示的是主控机COM端口与故障测控装置的通信状况；教师机通信状态指示的是网络的通信状况。（2）教师机的网络设置功能（在线教学时使用）；主要由教师讲解、实故虚排、实故实排。其中教师讲解状态时，网络中的学生机可使用万用表与教师机一样检测相应的电压，但是无法查看故障设置点及进行故障的设置、排除控制；此时教师机是主控。当处于排故练习的实故虚排时，表示教师机已经设置了相应的故障，学生机可使用自身电脑进行故障的排除练习，但学生的排故结果并不作用于台架的实际故障，即学生只是对实际故障进行虚拟排除。当处于排故练习的实故实排时，学生机依然是实故虚排，但是教师机上的排除结果会作用于台架的实际故障。（3）学生学习情况：对学生的学习情况进行监控，在列表中选择指定的学生，即可查看其练习排故的过程。

学生机的功能主要是在线教学练习和进行在线考试。教师登陆时可以进行考卷管理，学生登录时主要是在线教学练习和在线考试。

结论：该平台根据2007年实施的《数控机床装调维修工》国家职业标准设计，经样机调试试验和教学实践，具有一定的精度等级，使该考核平台对于学生电子实践能力提升有显著的效果。学生可学习步进电机、伺服电机、变频器等常见电机控制单元的控制原理和接线方法，也可进行伺服驱动器参数、变频器参数、CNC参数等参数设置，另外本实训台还可进行简单编程和加工练习，具有一定的加工操作实训功能。同时，平台有着良好的通用性、易用性以及可靠性。

参考文献：

[1] 彭为，黄科，雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲[D].电子工业出版社，2006.