鄭凱 賈亞娟 謝國坤 王亞亞

摘 要：本課題基于PLC技術(shù)、傳感器技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)與三菱PLC等工業(yè)自動(dòng)化器件相結(jié)合，完成了綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。解決了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不夠直觀的問題。本課題設(shè)計(jì)的學(xué)生評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)情況的及時(shí)反饋，促進(jìn)了教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改進(jìn)。本課題的研究有利于學(xué)生對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：高職；PLC；單片機(jī)；自動(dòng)化；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.135

0 緒論

高等職業(yè)教育存在著學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)、創(chuàng)新能力不高、工程實(shí)踐能力不足等問題。我們把培養(yǎng)技能型、應(yīng)用型人才作為高等職業(yè)教育的根本目標(biāo)。這就需要我們不斷加強(qiáng)實(shí)踐技能教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)設(shè)備（平臺(tái)）的支撐，它是完成實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)與保證。所以設(shè)計(jì)一種適合自動(dòng)化專業(yè)單片機(jī)與PLC課程的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就顯得十分必要。

1 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整體設(shè)計(jì)

本課題所研究的《自動(dòng)化專業(yè)單片機(jī)與PLC綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)》（以下簡(jiǎn)稱：綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）。是以PLC和單片機(jī)兩門專業(yè)核心課程為理論基礎(chǔ)；以問卷調(diào)查法為研究手段，對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了分析。完成調(diào)查、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析等工作；得出有效、有理、有據(jù)的結(jié)論。為綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供了可靠、合理的理論依據(jù)，明確了綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的思路與方向。

1.1 問卷調(diào)查法在本課題中的應(yīng)用

問卷調(diào)查法，是一種社會(huì)調(diào)查研究中收集資料的工具。主要以問題的形式，是一種系統(tǒng)性記載調(diào)查內(nèi)容的文件，其目的是為了收集人們對(duì)于某個(gè)特定問題的態(tài)度行為特征、價(jià)值觀觀點(diǎn)等信息而設(shè)計(jì)的一系列問題。

1.2 調(diào)查問卷結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

依據(jù)調(diào)查問卷內(nèi)容，對(duì)自動(dòng)化類及相關(guān)專業(yè)，約100名學(xué)生代表及部分教師進(jìn)行了本次問卷工作，并作出了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。具體結(jié)果及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下：

1.3 調(diào)查問卷結(jié)果的分析與總結(jié)

通過對(duì)問卷結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)四個(gè)題目中均有選項(xiàng)超過了被問卷人數(shù)的50%，說明了問卷中提到的問題具有明顯的代表性，反映了調(diào)查問卷的合理性；同時(shí)也反映出這些問題在廣大師生中的突出性。主要反映了以下幾個(gè)方面的問題；第一，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不夠真實(shí)、實(shí)驗(yàn)過程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不夠直觀，很難滿足不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的需求；絕大部分師生希望實(shí)驗(yàn)過程真實(shí)、直觀、生動(dòng)。第二，學(xué)生希望能及時(shí)的對(duì)實(shí)驗(yàn)效果做出有效的反饋，需要必要的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。通過對(duì)本課題研究的前期問卷調(diào)查，我們找到了現(xiàn)有平臺(tái)的問題，了解了同學(xué)、教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的希望與要求，為新綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與構(gòu)成指明了改進(jìn)的方向。

1.4 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組成

綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主要使用對(duì)象是自動(dòng)化類專業(yè)的學(xué)生和相關(guān)任課教師，根據(jù)調(diào)查問卷結(jié)果并結(jié)合實(shí)際需求，綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可分為6個(gè)部分，如圖2所示。

2 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本課題所設(shè)計(jì)的主實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用AC220V＼50HZ的標(biāo)準(zhǔn)市電完成各單元供電，主要供電對(duì)象有：開關(guān)穩(wěn)壓電源、PLC主機(jī)、外置插座等。

直流穩(wěn)壓電源部分：本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用了DC12V/5A/40W、DC24V/10A/60W穩(wěn)壓開關(guān)電源各兩個(gè)，分別向直流可調(diào)電源、直流固定電源、儀表部分、學(xué)生評(píng)價(jià)單元、設(shè)備管理單元供電?？芍€(wěn)壓電源部分額定總功率為200W。PLC主機(jī)部分：本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用了FX2N-48系列PLC，該P(yáng)LC可直接用交流220V供電。FX2N-48系列PLC，額定功率為100W。外置插座部分：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了3組外置插座，額定總功率為400W。由前3項(xiàng)可知電氣系統(tǒng)的額定總功率約為700W，為了安全起見平臺(tái)總功率設(shè)定在1kW。

空氣開關(guān)與熔斷器的選?。阂罁?jù)系統(tǒng)總功率可知電氣系統(tǒng)的工作電流約為5A所以選用了220V/5A帶漏電保護(hù)裝置的交流空氣開關(guān)及熔斷器。開關(guān)電源的選取：根據(jù)上文可知，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用了DC12V、DC24V開關(guān)電源各兩個(gè)，分別向直流可調(diào)電源、直流固定電源、儀表部分、學(xué)生評(píng)價(jià)單元、設(shè)備管理單元供電，因?yàn)榇嬖趽p耗所以額定總功率應(yīng)略大于200W。外置插座的選?。簽榱吮阌趯W(xué)生或設(shè)備使用人員給外部電器供電，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了3組外置插座。額定總功率為400W。

電源線（纜）的選用原則：一般執(zhí)行國家GB5013標(biāo)準(zhǔn)《額定電壓450/750V級(jí)以下橡皮絕緣電纜》標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備額定電流的取值范圍：電流不大于3A的（功率不大于660W），同時(shí)電源線（銅芯）的標(biāo)稱橫截面積的取值應(yīng)大于0.5 平方毫米。

3 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)前文所述需要滿足1-2人同時(shí)使用，所以主實(shí)驗(yàn)臺(tái)總尺寸：長(zhǎng)1840×寬750×高1400mm；為了便于組裝和維護(hù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以臺(tái)面為基準(zhǔn)可以設(shè)計(jì)為上下兩部分；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)臺(tái)面鋼板厚度為不小于2mm。（1）柜體鋼板厚度為：1.2mm，噴塑處理，顏色灰色。（2）電源、PLC主機(jī)控制屏、按鈕控制屏為鋁板厚度各為：3mm。（3）模板箱為1.2mm鋼板，模塊箱面板厚度為3mm鋁板、面板貼膜處理（顏色根據(jù)設(shè)計(jì)確定）。

綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)與組成：分為PLC主機(jī)控制箱、單片機(jī)主控制箱、按鈕模塊、電源、評(píng)價(jià)模塊、設(shè)備管理模塊、實(shí)驗(yàn)?zāi)K箱等。各部分均使用螺絲固定在操作臺(tái)上。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K箱由變頻器、主令電器、硬件電氣、傳感器、液壓與氣壓傳動(dòng)、三相異步電機(jī)等6

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個(gè)模塊組成。為了便于實(shí)驗(yàn)每個(gè)功能模塊箱可拆卸，實(shí)驗(yàn)?zāi)K箱的外形尺寸都相同，只需保證面板內(nèi)容不同。同時(shí)保留計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線的串線孔。綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示。

4 總結(jié)

綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要功能包括：PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、學(xué)生評(píng)價(jià)系統(tǒng)。主要完成的工作如下：（1）以三菱PLC為控制核心結(jié)合工業(yè)級(jí)自動(dòng)化器件，完成了PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。以51單片機(jī)為控制核心結(jié)合工業(yè)級(jí)電子元器件，完成了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。（2）以51單片機(jī)為控制核心完成了學(xué)生評(píng)價(jià)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，學(xué)生評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)情況的及時(shí)反饋，促進(jìn)了教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改進(jìn)，滿足了學(xué)校、學(xué)生、教師的實(shí)際需求。（3）完成了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相關(guān)模塊的電路設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制、程序編寫及調(diào)試。

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基金：西安交通工程學(xué)院中青年基金資助項(xiàng)目（編號(hào)：17K-24）研究成果

作者簡(jiǎn)介：鄭凱（1986-），男，陜西戶縣人，工程師，研究方向：控制類。