德州職業(yè)技術(shù)學院 閆洪猛

PLC電工實習教學裝置的研發(fā)摭談

德州職業(yè)技術(shù)學院 閆洪猛

在高職院校的教學當中，采用理論與實踐共同進行的教學模式，主要是為了培養(yǎng)更多具有操作技能、文化底蘊、高素質(zhì)的優(yōu)秀人才。但在大部分的實習教學當中，受到基地教學條件的限制，電工實習往往無法達到理想的狀態(tài)。本文通過PLC電工實習教學的特點，研發(fā)教學裝置，改善教學條件。

PLC；電工實習；教學裝置

電工實習是高職院校及工科院校中一門重要的實踐課程，主要是為了讓學生將電工理論知識很好地運用到實踐操作當中，熟練解決電氣設(shè)備及電力網(wǎng)絡(luò)在使用過程中出現(xiàn)的各類故障。隨著科技的發(fā)展，國內(nèi)對電氣控制系統(tǒng)的運用逐漸延伸到各行各業(yè)當中，PLC、觸摸屏、變頻器、智能傳感器等最新技術(shù)在電氣自動化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。為緊跟時代步伐，改變實習教學裝置滯后的問題，各大院校積極進行電工實習裝置的研發(fā)改良，以此改變電工實習現(xiàn)狀。

一、電工實習教學裝置的研發(fā)

PLC電工實習教學的對象和內(nèi)容在綜合性和專業(yè)性上強于其他專業(yè)的實習，此實習需要集中學生對電工的認識、認知、應(yīng)用、組裝、調(diào)試、設(shè)計為一體，所以在教學裝置的研發(fā)中，需要從以下幾個方面進行。

（一）教學裝置研發(fā)思路

首先是教學裝置的適用要強，能夠被應(yīng)用到不同的專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，針對不同的教學方式、教學內(nèi)容的電工實習都能駕馭，能夠進行創(chuàng)新性的實驗。其次，裝置與現(xiàn)代技術(shù)相融合，讓學生在電工實習當中掌握智能傳感器、繼電器、接觸器等這些基本的電工設(shè)備，在此基礎(chǔ)上讓其對電氣控制領(lǐng)域當中最為先進、熱門的技術(shù)，比如智能樓宇、具有CANopen（一種架構(gòu)在控制局域網(wǎng)上層的通訊協(xié)定，與通訊設(shè)備子協(xié)定常在嵌入式系統(tǒng)中使用，是工業(yè)控制常用的一種現(xiàn)場總線）通信功能的PLC、組態(tài)技術(shù)及變頻調(diào)速技術(shù)等熟練掌握，讓學生做到學以致用。當然，研發(fā)裝置時還要考慮其靈活性和延展性，這是為了在電工實習當中進行綜合性試驗時，滿足學生采用不同模型實現(xiàn)實驗場景，因此其延展性要好，所有的元件要能夠調(diào)整和認知。這樣便于學生對實際物體進行測試，能夠讓實習教學和工廠生產(chǎn)設(shè)計和操作相同。

（二）系統(tǒng)組成

明確了電工實習教學裝置的研發(fā)思路后，接下來需要對電氣裝置系統(tǒng)進行組建，常見的電氣控制系統(tǒng)是由輸入、執(zhí)行及邏輯控制三大板塊的設(shè)備組成。輸入板塊就是電氣控制系統(tǒng)內(nèi)各線路和設(shè)備的開關(guān)、觸點繼電器、傳感器等，現(xiàn)代化的智能電氣控制系統(tǒng)多采用觸屏式和組態(tài)技術(shù)的控制的人機控制界面，直接由人在觸屏上輸入相關(guān)的控制命令，中央控制系統(tǒng)直接操作。邏輯控制版塊主要任務(wù)是對輸入的命令進行整理轉(zhuǎn)換（人機控制界面的系統(tǒng)一般是將文字轉(zhuǎn)換為代碼或二進制），將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)或者信號傳送到執(zhí)行版塊實施。在這個過程當中，邏輯控制版塊主要是將繼電器的觸線段與接觸器及執(zhí)行模塊相連接，將PLC中編號的程序在發(fā)送后實現(xiàn)某種功能，其優(yōu)勢在于可靠性高，能夠被靈活使用到建筑、工業(yè)生產(chǎn)及航空等領(lǐng)域當中。執(zhí)行版塊主要是驅(qū)動負載，實現(xiàn)輸入命令，這個版塊常將接觸器、電磁閥、變頻設(shè)備及伺服控制器和顯示設(shè)備等結(jié)合為一體，通過變頻調(diào)速實現(xiàn)控制和制動作用。由此可以看出，在設(shè)計PLC電工實習教學裝置中，必須由以上幾個板塊組成。除此之外，為更好地適應(yīng)現(xiàn)代電氣自動控制系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)需要由計算機和相應(yīng)的軟件加以集中控制。

（三）裝置構(gòu)建

實習教學裝置要實現(xiàn)高性能，除了系統(tǒng)的設(shè)計需要采用現(xiàn)代技術(shù)和設(shè)備外，要將柜架、接觸面板、DIN導軌、線槽、接線端子、繼電器元件、PLC、變頻器、計算機和相關(guān)軟件組成電氣元件柜，線槽將設(shè)備連接線規(guī)范整理，防止出現(xiàn)短路的問題，所以排布上要按照統(tǒng)一的方向。裝置當中由線槽將其分成四個部分（按照功能區(qū)分），第一部分是熔斷器和開關(guān)、PLC板塊；第二個部分則是繼電器；第三部分則是變頻器和按鈕指示燈；第四個部分是系統(tǒng)接線端子排，形成開關(guān)、接近傳感器及三相交流電機。裝置側(cè)面的橫梁上安裝有電源開關(guān)、插座及筆記本電腦等輔助性元器件。因裝置內(nèi)全部是電氣設(shè)備及電源線，所以選用的裝置柜需要具有高絕緣的面板，將其與設(shè)備架焊接為一體，方便元器件和線槽的安裝固定，在焊接和安裝固定時最好是讓學生來完成，便于提高學生動手操作的能力，熟練安裝規(guī)范與步驟，明確焊接要求。因為裝置中大部分元器件采用的是導軌及機架固定的方式，這是為了幫助學生快速地組建安裝和拆卸，對于后期創(chuàng)新設(shè)計也能夠進行一定程度的擴展。在這個過程中讓學生能夠識別電氣控制設(shè)備當中的元器件，了解相應(yīng)的參數(shù)，這樣才能正確地將元器件的輸入和輸出端引至正確的接線端子排，從而保護元件接口壽命。由于裝置內(nèi)接線端子過多，采用不同顏色或分別標注區(qū)分即可。

在選擇裝置元器件時需要根據(jù)設(shè)計要求和元器件規(guī)格、廠家、質(zhì)量等方面進行考慮，其大小還要符合整體結(jié)構(gòu)，保證布局整齊美觀條理。

（四）實習教學特點

將裝置設(shè)計完好后需要進行檢測，查看系統(tǒng)在使用的過程中是否滿足正常運行的要求，在輸入控制命令后能否快速有效地執(zhí)行，檢測完成后便可進行電工實習教學。因為裝置內(nèi)的元器件都是實體，即使學生不能動手操作，教師在講解時學生也能直觀地了解元件的形態(tài)和功能。并且因為教學裝置是教師和學生共同完成的，在元件安裝和排布線的過程中，學生能夠掌握元件基本的控制原理和安裝流程，甚至可以繪制接線圖。對PLC軟件的編程和組態(tài)設(shè)計、通信連接及調(diào)試都能在實際操作中熟悉掌握。能夠很好地將電工理論知識運用到實操中，做到學以致用。因為裝置是正反兩面開放性的控制箱，學生在操作中能夠根據(jù)不同的要求進行擴展和延伸，并且裝置是采用PLC軟件控制，能夠給予學生創(chuàng)新的空間較大，學生在掌握了PLC和電氣控制系統(tǒng)基本的設(shè)計和調(diào)試后，將創(chuàng)新活動實踐到裝置當中。

二、PLC電工實踐

因為本文中設(shè)計的裝置將三相異步交流電動機作為控制的對象，所以在電工實習教學當中，可以進行繼電接觸器為主的硬接線邏輯訓練，以及PLC、變頻器為核心的軟硬件及組態(tài)軟件為核心的監(jiān)控訓練、以PLC、變頻器、組態(tài)技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的綜合創(chuàng)新訓練，要求學生能夠設(shè)計、創(chuàng)新與工藝技能之間相互交叉融合。比如在某次實習當中，讓學生設(shè)計、安裝、調(diào)試出能夠正反轉(zhuǎn)的星型三角啟動的PLC控制系統(tǒng)。這是為了幫助學生鞏固在理論中學習到的PLC原理和編程的電氣控制系統(tǒng)的綜合能力訓練。某位學生設(shè)計的控制線路圖和PLC控制器中，因為這個實驗綜合性較強，學生需要編寫復(fù)雜的PLC梯形圖程序和組態(tài)軟件監(jiān)控畫面，讓兩者在系統(tǒng)中協(xié)同工作，讓控制工作更加完善。在學生設(shè)計前，教師需要對程序編寫和軟件設(shè)計進行詳細的講解，讓學生合作設(shè)計和組裝，教師針對不同的問題加以講解和引導，從而完成此次實習教學。

三、結(jié)語

由此可知，在PLC的電工實習教學裝置的研發(fā)當中，需要緊靠最新科技發(fā)展需求與未來趨勢，讓學生參與到研發(fā)當中，讓學生在實際操作中掌握設(shè)備安裝、調(diào)試等技能。

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閆洪猛，德州職業(yè)技術(shù)學院電氣工程系講師。