摘要：根據(jù)PLC課程教學現(xiàn)狀，針對傳統(tǒng)實驗箱內部結構封閉，實訓項目簡單、固定，輸入信號用按鈕或開關代替，輸出控制為幾個指示燈來模擬，只能驗證軟件指令的編寫，學生不能真正掌握PLC的應用技能的特點，設計與開發(fā)了基于創(chuàng)新模式的PLC實訓平臺。該平臺支持多種工業(yè)現(xiàn)場傳感器的應用，提供多元化的自主設計類綜合性實訓項目，加強了PLC應用的靈活性，鍛煉了學生分析、解決實際問題的能力，提高了學生學習的積極性，極大增強了自動化專業(yè)學生的專業(yè)技能。

關鍵詞：創(chuàng)新 實訓平臺 PLC 自主設計

1 概述

目前可編程序控制器（programmable logic controller，PLC）技術是自動控制主流技術之一。PLC課程特點是技術新、強調理論而更偏重實踐應用。以往的教學模式側重于理論教學，常規(guī)的PLC控制實驗箱，內部結構完全封閉，學生只需要對實驗箱進行插拔式的操作即可完成實驗，學生缺乏興趣和主動性，理論教育與實際工程嚴重脫節(jié)。常規(guī)的實訓箱，控制對象為固定的十字路口紅綠燈指示、指示燈式機械手和指示燈式的電梯等，實訓內容固定，只能進行驗證性的實訓[1]，實訓結果就是一些指示燈亮滅，學生缺乏興趣和主動性，理論教育與實際工程嚴重脫節(jié)。實訓模型相對效果較好，與真實設備相近，但占地面積大，費用高，維修麻煩，不能大面積推廣，學生使用率低。

以提高學生提高實踐能力為目的，以就業(yè)崗位需求為目標，緊密結合最新技術，以課程教學改革為背景開發(fā)建設PLC實訓平臺，該平臺提供了自主設計方法，滿足創(chuàng)新性的實訓項目，提高學生運用PLC的技能，為以后深入學習PLC控制系統(tǒng)打下堅實的基礎[2]，真正實現(xiàn)了學生畢業(yè)后在PLC技術應用領域“零距離上崗”的最終教學目標。該平臺采用便攜式，經(jīng)濟實用，有利于大面積推廣。

2 實訓平臺總體設計

實訓平臺按區(qū)域設計，設計了步進電機實訓區(qū)、傳感器實訓區(qū)、霓虹燈實訓區(qū)、十字路口交通指揮實訓區(qū)、脈沖信號處理實訓區(qū)、按鈕區(qū)六個自主設計實訓區(qū)，圖1為系統(tǒng)布局圖，圖2為實訓平臺圖片。

PLC實訓平臺以常見工業(yè)現(xiàn)場信號和控制設備為背景設計，其中，按鈕區(qū)、傳感器實訓區(qū)、脈沖信號處理實訓區(qū)為PLC提供各類工業(yè)現(xiàn)場信號，有開關量信號、OC門信號、模擬量信號、脈沖信號、旋轉編碼器信號；步進電機實訓區(qū)、十字路口交通指揮實訓區(qū)、霓虹燈實訓區(qū)為PLC提供多種輸出控制設備，有PTO控制、LED控制、開關量控制。以鍛煉學生對各類輸入信號、控制設備的連接及編程能力。

3 實訓平臺硬件設計

在方案設計的基礎上，利用電路設計自動化（EDA）軟件完成實訓平臺電路原理圖和PCB 圖的設計，進而完成電路板的印制。

實訓平臺中的傳感器實訓區(qū)、步進電機實訓區(qū)、脈沖信號處理實訓區(qū)的硬件設計較為特殊，具體設計如下。

3.1 傳感器實訓區(qū)硬件設計

該實訓區(qū)設計了電感接近開關、電容接近開關、光電接近開關、霍爾傳感器、熱電阻、顏色傳感器，其中前4種傳感器為NPN型OC門輸出，熱電阻為模擬量輸出，顏色傳感器為電平輸出，各傳感器沒有內部接地外，實訓時需外部用跳線接地。

顏色傳感器實訓時，對光照強度要求比較嚴格，必須在合適的光線照射下才能使用，如光線較暗時，通過濾光片的光量不夠，將檢測不出正確的顏色。此時的現(xiàn)象是，R、G、B端口輸出的電平狀態(tài)不是對應的顏色值或輸出全是低電平。

3.2 脈沖信號處理實訓區(qū)硬件設計

該實訓區(qū)設計了兩路方波輸出，用來模擬脈沖式信號和旋轉編碼器信號，兩路方波輸出頻率范圍是30HZ到30KHZ，峰峰值為+24V，占空比是1到254個等級可調。要改變占空比，需將開關置于OFF位置，數(shù)碼管顯示頻率，當改變占空比時，數(shù)碼管會顯示當前占空比等級，顯示時間為3S，然后返回到顯示當前頻率；將開關打到ON位置，兩路方波相位相差90度，此時占空比不可調，恒為50%，頻率可調。

3.3 步進電機實訓區(qū)硬件設計

該實訓區(qū)設計了步進電機及驅動器，提供四個PLC控制端口，分別為OPTO、CP、DIR、FREE四個端口。OPTO為接地端口；CP為控制脈沖輸入口，脈沖幅值為+24V，每來一個脈沖，步進電機轉動7.5個角度，轉一周需48個脈沖；DIR為步進電機方向控制口，低電平時正轉，高電平時反轉；FREE步進電機使能接口，高電平有效使能，步進電機處于自由狀態(tài)，不斷電的情況下，人工可轉動。

4 實訓項目設計

該平臺提供了10個以上由學生自主設計、創(chuàng)新綜合性實訓項目，難度逐步提升。執(zhí)行“以學生為中心”的實訓教學的創(chuàng)新理念，結合傳統(tǒng)實訓項目，對不同階段、不同層次的學生因材施教。目前，可實現(xiàn)10個以上自主設計、創(chuàng)新型、綜合性實驗項目[2]，這些項目都可以由學生自主在實訓平臺上完成，根據(jù)自己掌握情況，可易可難，完全進行實際工程項目演練。這些項目有：

①開關量信號的PLC處理技術實訓；

②NPN型OC門信號的PLC處理技術實訓；

③物料傳感器檢測實訓；

④電壓模擬信號的PLC采集技術實訓；

⑤高速脈沖的PLC采集技術實訓；

⑥旋轉編碼器的PLC采集技術實訓；

⑦PLC驅動LED數(shù)據(jù)顯示實訓；

⑧PLC對步進電機的控制方案與實施實訓；

⑨十字路口交通指揮系統(tǒng)實訓；

⑩PLC驅動霓虹燈實訓；

PLC繼電器控制技術實訓；

PLC晶體管輸出控制實訓。

5 結束語

設計了12個PLC實訓項目，根據(jù)安排的基本流程，學生可自主創(chuàng)新設計實訓內容，并完成整個實訓過程的創(chuàng)新訓練，有利于培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

基于該平臺和創(chuàng)新實驗項目設計方法，作者指導了兩屆高職學生完成PLC的創(chuàng)新實訓項目，學生從方案制定、原理圖繪制、I/O分配、PLC 程序編制和調試，并最終完成創(chuàng)新實訓項目的報告，這個完整的流程，對學生的綜合訓練取得了良好的效果。

參考文獻：

[1]胡兆勇，劉漫丹，郭鐘寧，成思源.基于虛擬PLC的創(chuàng)新實驗項目[J].實驗室研究與探索，2012（11）：89-91.

[2]許建鳳，傅永鋒.多模式PLC實訓平臺設計與研制[J].實驗技術與管理，2012（11）：65-67.

[3]梁偉宏.PLC程序設計方法的探索與實踐[J].價值工程，2011（06）.

作者簡介：嚴俊，男，四川宣漢人，湖南鐵道職業(yè)技術學院教師，講師，工程師，研究方向為自動控制技術。