电气控制与PLC控制技术课程实训装置研究

王　勇

电气控制与PLC控制技术课程实训装置研究

王勇

(曹妃甸职业技术学院，河北 唐山 063205)

电气控制与PLC控制技术是我国高职院校理工科专业必修的综合性专业课程，课程实践性很强，采用传统的纯理论教学模式无法保证教学质量。为了更好地满足在不同环境之下的实践教学需求，设计了一款电气控制与PLC控制技术课程的实训装置，利用该装置进行实训教学，能够更加安全、全面、方便地展现出电气控制与PLC控制的效果，保证课程的实训效果。

电气控制；PLC控制；实训装置

目前，我国的高职理工类院校中，电气控制与PLC控制技术是电气类、机电类专业的重点课程，该课程无论是在教学过程中，还是在实训过程中，都具备灵活性、实用性以及普遍性的特点，传统的教学模式已经无法满足该门课程的教学需求。为了更好地提升电气控制与PLC控制技术课程的实训教学效果，针对性地研发出了一款实训装置，使学生能够直观地进行电气控制设计、PLC技术应用以及电气控制维修等实训操作，满足了对学生专业能力培养的要求，为实训教学提供了很好的平台。

1　研发装置的必要性

近年来，大部分职业院校都购置了电气控制及PLC控制技术课程的实训装置，但在装置实际的使用过程中，存在着实用性差、功能不齐全等问题，在实训教学中只能根据实训目的，将现有的简单器件组合起来，进行简单的模拟实训，在实训后再将各个器件逐一拆卸，无法完整地模拟整个实训操作流程，影响了实训效果。目前，市场上主流的实训装置都是组装好的成套设备，各种器件摆放的部位也相对固定，在实训教学中如果仅依靠简单的器件，让学生完成单一环节的实训操作，学生将难以掌握整个操作流程，也无法直观地了解装置的运行过程和原理，更无法对装置的内部结构进行了解，不利于学生进行更深入的操作和研究[1]。目前，该门课程的实训装置的市面价格普遍都比较昂贵，如果全部通过外购，无疑会给院校带来经济压力，因此，有针对性地设计一款电气控制与PLC控制技术课程的实训装置，不仅能够保证该门课程的实训教学效果，同时还能让学生更全面、深刻地了解到实训装置的各项操作细则，帮助学生牢固掌握课程的重点和难点，提升动手能力，培养专业素质。

2　实训装置设计的原则、思路和特点

2.1　设计原则

为满足高职院校中电气类专业、制造类专业、机电类专业的课程教学目标和人才培养要求，在设计实训装置的过程中需要遵循实用、合理、便捷等原则，采用模块化和组合设计的方式，不仅能保证装置的单一模块能够进行实训实验，而且多个模块组装后也能进行不同组合的实训实验，有利于构建一个从简单到复杂，从入门到精通的实训过程，也更加方便学生顺利完成实训学习[2]。该实训装置主要由电气控制技术和PLC控制技术两个部分组成，每个部分有多个模块，既包括了基础的系统模块，又包含了复杂的实验模块。

2.2　设计思路

根据电气控制及PLC控制技术课程的实训要求，在设计实训装置的过程中，要对低电压电源、按钮开关、空气开关以及电动机等基本器件进行装置搭建。完成基本器件的搭建之后，还需要根据实训装置的控制路线来设计其他部分的重要器件，以便于实现对器件之间的控制和顺利接线，随后以电气控制技术和PLC控制技术为主，完成各个系统控制装置的功能设计，从而实现对各个系统的线路控制[3]。实训装置要遵从从输入开关开始，再到操作部位结束，都能实现有效控制的设计原则，同时保证装置中的电线和器件都可以进行重复使用，以便于后期进行装置的升级和换代。实训装置平台上的各个模块要可以随时更换，可以对线路进行灵活设计和布局，有利于学生在实训学习过程中，发挥主观能动性，培养学生的动手能力，便于学生能够更深入且全面地了解实训装置的工作流程和原理。

2.3　设计特点

①先进性。该新型实训装置是传统的电气控制技术和PLC控制技术的结合，既能进行传统的电气控制线路设计，又能进行传统的电气控制线路改造，真正实现了电气工程技术的完美结合[4]。②工艺性强。该新型实训装置完全按照电气控制及PLC控制技术应用的要求进行研制，较大限度地满足了工艺对电气控制的要求，电气元件、连线等部件的设计和布置，完全按照电气控制系统设计的工艺原则进行。③综合性强。该新型实训装置的设计按照实践教学的要求，满足了电气控制技术及PLC控制技术课程的大部分实验、实训课程的教学目标。

3　实训装置的构成

新型实训装置需要涵盖电气技术、自动化技术、机械技术、计算机技术等教学实训内容，并结合教学中涉及的工程实践，以设计实验和开放实验为主，具有较强的应用性和综合性，弥补了原有实训装置单一设备、单一实验的缺点，成功升级成为了多模块设备、多模块实验的新型多功能化实训平台。

3.1　系统组成

新型实训装置系统主要由显示器、主机和PLC部分组成，系统组成如图1所示。显示器用于监测整个控制流程，并检查PLC程序的控制情况和控制结果；主机则用于安装PLC控制编程软件和组件软件，PLC控制编程软件用于编写程序，在程序翻译成功后，能够将其下载到PLC软件中，组件软件则用于设计实训装置的操作界面，并对数据库进行有效的控制；PLC软件用于实现与主机之间的相互通信，并接受来自外部的控制信号和程序，将信号和程序反馈的结果都上传至主机。将电气控制和PLC软件控制相结合，通过全真模拟控制目标，用软件操作代替实物操作，可灵活充分利用有限的设备，完成整个实训教学。保证整个教学实训中全程参照专业的生产流程，让学生通过实地操作真实的设备，借助全面仿真软件完成课程的实训，同时也有利于新型实训装置在教学过程中的应用[5]。

图1　实训装置的系统组成

3.2　系统功能

新型实训装置主要包括传输系统、供料系统等。传输系统在整个装置中占据着重要的地位，主要起到向其他系统传输原料的作用，供料系统的感应装置可以检测出装置主机中的主要处理数据，随后开启传输感应，将感应数据与感应程序传输到主机中，在完成一个阶段的传输动作后，即可开始准备后一阶段的传输工作[6]。传输系统将数据和程序传输到实训装置的主机后，同时启动供料系统，开始一下轮的工作。供料系统主要由传输带、传感器、变频器、电磁阀门、电磁感应开关以及PLC系统控制等组成。

3.3　界面设计

新型实训装置的界面，可以利用组件软件进行设计，先在系统中建立好图形界面，再根据组态软件中所提供的图形元件，进行电机、按钮、开关等界面的设计，整个过程简单、高效。实训装置的界面包括操作界面和控制系统，操作界面包括开关按钮、手动按钮、自动按钮、复位按钮、停止按钮、指示灯等，控制系统包括主机、传输带、检测传感器、工作传感器等[7]。

3.4　动画连接

动画连接是指在界面画面中的图形与系统之间建立连接关系，系统在工作过程中一旦发生变化，则会在界面的图形画面中相应展现，随后即可制作出装置的动画连接[8]。一旦实训装置的图形建立成功，形成动画将更加方便、快捷。以实训装置运行为例，当PLC控制软件得到了运行指令后，代表PLC软件系统的图形会发生位移变化，通过观察图形的位移变化，操作者就能够有效判断PLC控制软件是否应该进行退出操作和返回操作，从而将改变的量值重新传输给PLC软件控制系统，随后开启下一周期的运行。

3.5　调试运行

新型实训装置设计完成后，只需要使用一台装有PLC控制软件的设备，就能够完成对整个控制系统的调试工作。先在PLC控制器中编写操作程序，再连接装置的组态系统和PLC控制软件，调试实训装置的运行程序至组态画面，当初始化的图形位置和界面有了变化后，随后可与PLC控制软件数据进行交互处理，重新控制设备，并接收到相应的控制信号，根据实际的情况发出结束信号，一旦结束信号发出后则表明系统运行结束，控制程序流程如图2所示。通过不断的调试，可以判定装置系统与实际系统的操作运行效果，从而验证装置系统运行的有效性[9]。

图2　实训装置程序调试流程

4　结语

为保证电气控制与PLC控制技术课程的教学实训效果，设计了一款新型实训装置，可满足该课程教学的大部分实验、实训需求。学生通过操作该装置可完成实训课程中的各类模拟操作，包括线路调试、线路接线、故障诊断等，在满足教师能全面、直观地进行电气控制技术、PLC应用技术等课程的教学演示的同时，还能够让学生真正学习和掌握电气控制及PLC控制技术的整个操作流程，有利于提高学生的知识水平和操作能力。

[1] 胡建平.电气控制及PLC技术实训装置的研制与应用[J].新教育时代电子杂志(学生版),2017(9):193.

[2] 伍懿美,周旭华,郑镇峰.基于PLC的电梯电气控制柜实训装置的设计与实现[J].科技风,2021(21):5-6.

[3] 王博,祁广利,张航伟,等.电气控制与PLC工程实训项目研究[J].教育教学论坛,2020(21):281-282.

[4] 王军.基于THWEEA-1型现代电气控制系统实训考核装置电气控制系统的关键技术[J].电子测试,2021(14): 101-102.

[5] 姜银秀.电气控制PLC实训平台的设计和实现[D].广东:广东工业大学,2017.

[6] 宋云清.触摸屏和PLC的液位自动控制在实践教学中的应用[J].电子测试,2021(5):17-19.

[7] 路泽永.一种基于PLC的电机转速控制教学装置的设计[J].承德石油高等专科学校学报,2017,19(2):29-32,37.

[8] 刘宇,李海军,王威.电气控制实验室自制设备的实践与探索[J].机电产品开发与创新,2016,29(5):89-91.

[9] 唐飘逸.PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用[J].现代制造技术与装备,2021,57(6):196-197,200.

Research on the training device for “Electric Control and PLC Technology” course

WANG Yong

(Caofeidian Vocational and Technical College, Tangshan, Hebei 063205, China)

In higher vocational education, “Electrical Control and PLC Technology” is a comprehensive professional course for science and engineering majors in higher vocational colleges in China. The course of study is very practical. The traditional pure theory teaching mode can not guarantee teaching quality. To meet the practical teaching requirements under different environments, a training device for the course “Electrical Control and PLC Technology” is designed. The use of the equipment can be more safe, comprehensive, and more convenient to display the effect of electrical control and PLC, to ensure the training effect of the course.

electrical control; PLC control; training device

G642

A

2096–8736(2022)03–0043–03

王勇(1977—)，男，河北唐山人，大学本科，讲师，主要研究方向为电气自动化、机电一体化。

责任编辑：阳湘晖

英文编辑：唐琦军