郭寶林

【摘 要】電氣自動化技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的重要性非常明顯，對于人才的需求量也在不斷擴大。作為電氣自動化專業(yè)的技術(shù)人員經(jīng)常需要在高校的培養(yǎng)基地被培養(yǎng)，自動化實驗平臺的建立是非常有必要的，這個平臺可以提高教學效果。當前國內(nèi)電氣自動化教學平臺建設(shè)參差不急，課題研究重點分析電氣自動化實驗平臺的開發(fā)與實現(xiàn)，滿足不同層次學生主干課程需求。隨著電氣自動化技術(shù)的發(fā)展，社會中大量需求有專業(yè)技術(shù)知識和復合型技術(shù)人才，學?，F(xiàn)有的自動化實驗平臺僅僅能夠滿足教學需求，無法滿足社會對新人才的高水平需求。電氣創(chuàng)新能力與應(yīng)用能力在學生身上的體現(xiàn)能夠在此平臺上被培養(yǎng)，使學生去主動接觸該領(lǐng)域最先進的技術(shù)，鍛煉學生的工程實踐能力。

【關(guān)鍵詞】電氣自動化；實驗平臺；開發(fā)

1引言

電氣自動化技術(shù)是將計算機、信息技術(shù)以及控制理論對生產(chǎn)過程中控制優(yōu)化的綜合技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高。想要實現(xiàn)電氣自動化技術(shù)，需要自動化硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等，當前應(yīng)用最為廣泛的電氣自動化主要是人際界面、運動控制器、接觸器、可編程邏輯控制器、變頻器、傳感器、斷路器、電源和變壓器等，在此平臺中的硬件部分以外，電氣自動化系統(tǒng)還被應(yīng)用其中。觸摸屏和被工業(yè)控制的計算機統(tǒng)稱為人機界面，作為近幾年使用最為廣泛的設(shè)備之一的觸摸屏，如手機屏幕，操作簡單、信息直觀、穩(wěn)定性強，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛使用。工作控制計算機也可以簡稱為 IPC，根據(jù)用途不同，所采用的設(shè)備也不同。可編程邏輯控制機簡稱為 PLC（可編程邏輯控制器），是現(xiàn)代工業(yè)自動化支柱之一，可以理解為小型計算機，能夠通過軟件編程。隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，自動化實驗平臺建設(shè)也逐漸成熟，實驗平臺構(gòu)建中已經(jīng)開始有很多模塊組和而成?，F(xiàn)階段，國內(nèi)電氣自動化實驗平臺更加先進，功能相對健全，集成化程度也比較高，在科研領(lǐng)域、教學以及項目開發(fā)領(lǐng)域方面均得到廣泛應(yīng)用。

2電氣自動化實驗平臺研究現(xiàn)狀

當前高校自動化專業(yè)主干課程主要是測控實驗、數(shù)字處理實驗、虛擬儀器、數(shù)據(jù)庫、檢驗技術(shù)等，這些內(nèi)容的開展對于學習都有一定的幫助，但是無法涵蓋自動化專業(yè)的所有課程，而且存在片面化特點，實驗平臺可重復利用程度低。在電氣自動化實驗平臺方面，國內(nèi)開展的實驗室大致可以歸為三類，分別是可編程邏輯控制器硬件系統(tǒng)、虛擬仿真型、網(wǎng)絡(luò)和遠程型。可編程邏輯控制器硬件系統(tǒng)型主要開發(fā)可編程邏輯控制器實驗平臺被應(yīng)用在教學當中，作為被支持的計算機技術(shù)是以虛擬的仿真做基礎(chǔ)的，虛擬仿真被軟件開發(fā)進行實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)及遠程型賦予電氣自動化控制系統(tǒng)更多新的功能。

可編程邏輯控制器硬件系統(tǒng)型是高校最常設(shè)置的一類實驗平臺，能夠直接延時被控對象，了解可編程邏輯控制器原理，缺點在于開發(fā)能力差，只能夠形成簡單的邏輯控制實驗。中南大學設(shè)置的可編程邏輯控制器實驗平臺較為復雜，采用多門子可編程邏輯控制器組成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建生產(chǎn)線系統(tǒng)，能夠延時可編程邏輯控制器的控制效果，但是限制了其他被控對象。浙江大學設(shè)置的是邏輯控制器的可編程被網(wǎng)絡(luò)化在實驗室中被實現(xiàn)，在實驗平臺處在硬件集中實驗室建設(shè)的基礎(chǔ)上，以太網(wǎng)通信被融合當中，可以被實現(xiàn)編程邏輯控制器之間、與其他執(zhí)行部件、與工作站等的通信。

虛擬仿真型是在可編程邏輯控制器傳統(tǒng)技術(shù)上誕生的，采用軟件虛擬仿真技術(shù)代替硬件設(shè)計，脫離了電氣自動化控制硬件，組件思路與傳統(tǒng)完全相反。虛擬仿真型可編程邏輯控制器實驗平臺包括硬件結(jié)合被控對象的軟阿金虛擬仿真和可編程邏輯控制器聯(lián)通其他被控對象的系統(tǒng)仿真。虛擬仿真實驗室平臺理論上能夠?qū)崿F(xiàn)無限種類的被控對象，成本低，移植性高，能夠避免強電、機械等引起的實驗危害，能夠滿足使用者每人一個實驗平臺，但是沒有真實硬件教學系統(tǒng)好。

網(wǎng)絡(luò)和遠程型硬件實驗室平臺建設(shè)也較常使用，搭建服務(wù)器和局域網(wǎng)，設(shè)計學校自身的網(wǎng)站，將實驗室連接到網(wǎng)絡(luò)，提高開放性和共享性，學生能夠通過網(wǎng)絡(luò)訪問實驗室平臺，并開展實驗。當前南京理工大學自動化平臺設(shè)計中采用的是這種模式，在硬件實驗平臺基礎(chǔ)上，添加數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、視頻監(jiān)控服務(wù)器以及 Web服務(wù)器等，提供遠程網(wǎng)絡(luò)訪問。

3 電氣自動化實驗平臺總體設(shè)計

3.1總體結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)更多的功能，設(shè)計的電氣自動化試驗平臺分為了不同的配置，分別包括電氣自動化基本實驗平臺和綜合實驗平臺設(shè)計。為充分體現(xiàn)學習由簡單到復雜的過程，設(shè)計電氣自動化實驗平臺分為了電氣自動化化基本實驗平臺和自動化專業(yè)綜合實驗。變頻器、觸摸屏、繼電器、接觸器、觸摸屏伺服驅(qū)動器、可編程控制器等作為實驗平臺中的電氣自動化專業(yè)方向的主要設(shè)備，除了可編程邏輯控制器基本邏輯控制之外，還需要實現(xiàn)通信功能、智能電機控制功能、接觸器電機啟動控制等?？删幊炭刂破髂軌蚺c組態(tài)軟件通過串口連接，實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的監(jiān)控。變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)對交流電機的控制，也能夠由可編程控制器進行控制。

3.2基本實驗平臺開發(fā)

電氣自動化基本實驗平臺建設(shè)采用HMI+ATV312+M218架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)組態(tài)軟件教學、計算機控制技術(shù)、可編程控制器等教學?？删幊踢壿嬁刂破髯鳛楸粚嶒炗肞LC，數(shù)字量為14組作為內(nèi)部設(shè)置，4組的快速輸出和10組的繼電器輸出，快速輸入為4點的計數(shù)功能被采用，可以實現(xiàn)控制多軸定位。通信接口用于RTS-485標準接口、Mini-USB接口，支持ASCII協(xié)議通信，能夠?qū)崿F(xiàn)與變頻器和觸摸屏的通信。采用標準以太網(wǎng)接口實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)通信?？梢灾С肿疃?52個擴展輸入輸出點。作為可編程邏輯控制器擴展模塊與兼容模塊TM2DOCKN是專用的，主要實現(xiàn)擴展模塊的兼容。主要通過TM218實現(xiàn)本實驗平臺的擴展功能。TM2ALM3LT是模擬量輸入輸出混合擴展模塊，能夠輸出0～10V電壓，輸入0～20m A電流。變頻器的輸出頻率范圍0～500Hz，內(nèi)置CANopen通信協(xié)議，實現(xiàn)與其他控制設(shè)備的通信，能夠?qū)崿F(xiàn)啟動和調(diào)速實現(xiàn)電機控制，也可以通過外來的電壓或者電流信號交流電機能夠被良好控制。電機保護、電機啟動集于一體可以被實現(xiàn)，通過模塊化和高度集成化的啟動電機設(shè)備通過工業(yè)電腦控制的啟動器得以實現(xiàn)，占用空間小，能夠保護電機，避免電機運行時間過長、短路、欠載、相電流不均衡等，同時可以實現(xiàn)Modbus、Device Net可擴展通信模塊。交通電機的控制也可以由變頻器控制。觸摸屏軟件可以通過編程實現(xiàn)，具有Mini USB接口程序下載，配置了兩個窗口通信功能，可以實現(xiàn)與多種控制器的通信連接。

結(jié)束語

綜上所述，自動化實驗平臺屬于自主創(chuàng)新實驗教學平臺，繼承現(xiàn)今高新技術(shù)技術(shù)和設(shè)備等，知識覆蓋面更廣，具有一定的自主性、先進性和綜合性特點。實驗平臺建設(shè)采用模塊化設(shè)計，具有很高集成度，能夠為學生提供更大的實驗平臺，不僅能夠支持基本教學，同時也能夠為學生提供個性化實驗，有助于自主課外活動的開展。設(shè)計電氣自動化實驗平臺開發(fā)有助于相關(guān)課程的開展。通過實驗平臺，能夠增強學生的實踐意識，激勵學生主動參與學習，逐漸提高學生的學習思維能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。通過針對不同人群學生開展實驗，也能夠培養(yǎng)學生動手操作能力、分析能力等。

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