基于PLC的通用型多功能电气控制实验台的研制

张凤杰

（辽宁轨道交通职业学院，沈阳 110023）

1 实验台的现状

现有教学仪器厂家的实验台大多数只展示实验台的操作面板，看不到实际使用的电气设备，无法直观地了解电气设备的使用方法。操作人员通过控制面板的接线插孔进行接线训练，而无法实现对实际电气设备的接线操作，导致无论是对企业员工的技能提升培训还是对学生的实践技能训练，都与实际生产相脱节，效果不佳。

2 研制实验台的优势

基于PLC的通用型多功能电气控制实验台是由辽宁轨道交通职业学院师生自主研发。实验台主体采用桌面与网孔板相接合的结构。网孔板开孔的大小可根据实际设备安装需要进行设计，增强了实验台的通用性和灵活性，便于维护、改造与升级。每个实验台配备PLC、变频器、伺服电机、触摸屏、步进电机、三相异步电动机、控制对象（根据用户需要选择）、接触器和继电器等常用工业控制设备。实验台安装挂件导轨，便于电气设备的维护、检修与更换。整个实验台用行线槽进行分区，便于按区域控制。按照强弱电分开的布线原则，可减少干扰，提高系统稳定性和可靠性。电气设备的接线端采用专用接线端子，可以避免电气设备重复接线，减少电气设备的损坏率。实验台还可以根据实际需要制成卧式实验台。采用型材搭建实验台本体，并将电气设备安装在搭建的平台上。根据实现功能的不同，实验台可灵活布局电气设备[1]。

实验台可根据需要灵活选用电气元件，操作方便，控制可靠。它具备面向自动化领域进行实践训练的优点，因此无论是面向企业培训还是学生实践学习，都可以使使用人员直观地认识电气设备，真正了解电气设备的结构和性能，熟悉电气设备的接线方法和控制方式。该实验台具备结构紧凑、制作简单、功能多样化和制作成本低的优点，解决了现有实验台结构复杂和成本高的问题[2]。

3 实验台研制的有力保障

该实验台的主体由学院校办工厂完成设计与制作。学院工厂具有完备的加工设施，可根据需要定做各种类型的实验台主体，为实验台的美观性和耐用性提供了有力保障。实验台的功能设计和布局设计由机电工程系专业教师与企业兼职教师共同完成，既满足培训和教学需求，又符合工业自动化控制要求。实验台电气设备的安装、接线及调试由辽宁轨道交通职业学院机电类专业现代学徒制班级学生完成。该班级学生已经经过一年的企业学徒工式教学模式的培养，在教师指导下可以独立完成实验台的安装与接线。实验台的质量与性能最终由企业、科研处和学院专家严格按照工业自动化的控制标准共同完成验收。

4 已经取得的成果

该研究项目已经与沈阳秀展科技有限公司建立服务合作模式，成功研制24台PLC实验台，用于该企业员工的技能提升培训和入职培训，且企业评价反馈效果良好。图1为企业研制的用于培训的PLC实验台。

图1 PLC实验台

该通用型实验台不仅用于辽宁轨道交通职业学院机电和电气类专业学生的实践教学，而且为中车沈阳机车车辆有限公司、沈阳格晟电力安装有限公司、沈阳东电电力设备开发公司、沈阳市万诚职业培训学校和沈阳市信息工程学校等企业事业单位300余人提供技能提升培训服务，培训效果显著，有效服务于区域经济发展。图2为辽宁轨道交通职业学院用于学生实践教学和为企业开展培训的PLC综合实验台。

图2 基于PLC的电气控制实验台

目前，学院正在与云科巨匠教育科技有限公司合作研发基于PLC的电气控制实验台。由学院专业教师根据企业拟定完成的工作任务来定做，完全满足企业的个性化需求。现阶段，合作正在推进中，学院也在加大资金投入和人才投入以更好地研发实验台，已完成实验台的设计图纸，且确定了设备的参数和型号。图3为实验台的设计图纸。

图3 最新研制实验台布局设计图

5 研究方法及进程

实验台的研究方法及相关进程如下[3]。第一，根据用户提出的需求，确定实验台实现的功能。第二，专业教师团队和企业专家共同研讨，以确定实验台的设计方案。第三，选用最优的电气元件，最大化地满足用户需求。第四，设计电气元件布局图和电路原理图。第五，采购用于制作实验台的电气设备及辅助材料。第六，与校办工厂研讨确定实验台主体的尺寸，既要经济实用，又要不失美观。第七，完成实验台的制作和电气元件的安装、接线及调试。第八，编写实验台的使用说明书。第九，由企业、科研处和学院专家组成验收团队，严格按标准完成校内验收。

6 实验台研制的成果与意义

6.1 打造职业教育特色品牌产品

该实验台的研究成果受到企业和其他兄弟院校的认可和青睐。目前，学院正在与云科巨匠教育科技有限公司确定服务合作意向，将该项目的研究成果推广到企业和其他院校，从而打造辽宁轨道交通职业学院自主研发的实验台品牌。

6.2 深入推进产教融合，培养复合型技能人才

该通用型多功能电气实验台由教师设计，学生参与，在二次开发的模式下开发产品。产品的设计过程由机械自动化、机电一体化和电气自动化等多个专业的教师共同参与，然后在教师指导下由学生完成产品的生产和组装，不仅有利于提高学生的实践能力，也有利于学院培养优秀的复合型技能人才。

6.3 对接行业和企业需求，服务区域经济发展

该通用型多功能电气实验台的研制是在行业和企业大力推动智能制造产线升级的背景下，由辽宁轨道交通职业学院主动求变，以产业需求为导向，以多方协同为切入点，以跨学科建设为依托，是积极推动教学模式改革的产物。该产品能够满足行业和企业的用人需求，为服务区域经济发展提供有力保障。

7 项目的应用价值

该实验台可面向企业开展电工、PLC、变频调速、人机界面、伺服和步进精准控制等领域的技能培训，使企业员工能系统化学习自动化设备的原理和控制方法，并将企业员工的实践技能与理论知识有机结合。

该实验台可面向高、中等职业院校提高学生的实践操作能力，还可面向机电一体化技术、电气自动化技术、智能控制技术和机械设计制造及自动化等专业开设“电气控制与PLC技术”“变频器技术与应用”“运动控制技术”“工业控制组态技术”等课程。学生可以在实验台上了解各种电气控制元件的结构、安装及接线的基本知识，掌握电气元件的使用和控制方法，完成实际工业控制系统模拟控制和操作训练，真正实现学生与企业的零距离就业。