自动控制模块化实训设备应用与研究

近年来我国一些教学设备生产企业已开发了一些以PLC为核心、以实践教学为目的的自动控制实训教学设备。但是，这些实训教学设备在教学中还存在一些问题。以下是自动控制模块化实训设备应用与研究：

1．技术单一、涉及领域狭窄

目前使用的实践性的自动控制实训教学设备，通常是根据某一自动控制系统，在满足基本教学要求下而仿制的。由于实训教学设备的针对性强，使得所涉及的技术领域狭窄，存在着技术单一的局限。比如一只机械手，它的基本功能就是抓紧、松开和旋转。因此，决定了所用电器类型有限，执行机构单一，控制方式固定，没有涉及更宽泛的技术如触摸屏技术、变频调速技术、气动控制技术以及组态监控技术等．不能帮助学生从更广泛的意义了解和认识工业自动化。

2．实际操作机会有限

目前使用的实训教学设备，一般结构固定，选用的电器类型固定、接线固定，不允许学生随意拆卸或组合，否则设备将无法正常工作。这样，学生在实训时不能真正动手操作，影响技能的提高。

3．品种少、价格昂贵

将一真实的自动控制系统按一定比例缩小，仿制成相同的小系统，会受到技术保密和保护的限制。因此。现在开发出来的品种非常有限。又由于仿真产品成本高，使得售价昂贵

研制的实训教学设备的构成及应用

1．实训教学设备的基本构成

在一个有限大的平台(基板)上，集成若干种能够涵盖一般工业控制所必需的电气实训教学设备。将它们按照类型或工程上常用的组合方式构成不同的模块，在考虑控制要求、电磁干扰，操作方便以及一些布线的特殊要求下，将模块合理地固定在乎台上。平台通过安全连接插件直接与三相电源相接，并设置必要的保护电路，以保障操作者和设备的安全。该实训教学设备主要包括以下模块：PLC模块、传感器检测模块、继电－接触器控制模块、电机及控制模块、触摸屏、传送带模块、气动单元模块、电源模块等。

传感器检测模块由电容、电感、颜色、光栅传感器、旋转编码器等组成。继电一接触器控制模块由三相四线断路器、熔断器、交流接触器、按钮、行程开关、指示灯等低压电器组成。电机及控制模块由三相交流电机和变频器及步进电机和驱动器组成。传送带模块由皮带传动机构、皮带运行自动校正装置、皮带松紧装置组成。气动单元模块由二联体带气压表、圆柱气缸、电磁阀、磁性开关等组成。电源模块采用开关型电源。向整个实训平台提供24V(5A)、±12V、+5V三种DCOUT。以上电器设备均采用端口开放形式，并设置接线端子，走线线槽。学生可以在这个集多项技术的平台上，通过动手操作进行硬件设计、软件设计、系统布线以及系统调试，实现多种形式的工业自动控制。实训装置的核心模块为PLC，在PLC 的协调和控制下完成系统控制。

PLC接受输入信号，在编制好的程序控制下，对输入信号进行处理，并输出相应的信号。PLC的输出信号可以通过继电器或接触器直接控制电动机。也可以通过PLC发出的控制脉冲。经电机驱动器控制步进电动机，实现转速变化。或通过变频器平滑地改变电动机的转速。PLC的输入信号可以是开关信号。如按钮、行程开关、触摸屏及各种传感器信号。通过扩展A／D、D／A模块，PLC也可以接受和输出模拟信号。例如：接受以电压(O一5v)或电流(4—20m~)表示的压力、温度模拟信号控制空压机、水泵，用于冷库恒温制冷、纺织行业纱线烘干．完成典型的变频调速系统控制。

2．实训教学设备的应用

(1)实圳目标。

① 了解自动化系统先进理论与技术；② 掌握自动控制现代器件与设备的使用；③ 了解自动控制的实施方法和步骤；④ 初步建立自动控制系统的方案论证以及自动控制系统的工程化设计；⑤掌握简单的自动控制系统硬件设计；⑥掌握自动控制系统的编程；⑦掌握自动化系统集成、联调方法。

(2)掌握的技能。

①拟定总体设计方案；② 进行硬件设计(原理图、PCB图)；③软件设计(编程及仿真)；④ 系统制作(电气设备选择、系统布线、)；⑤ 系统调试(硬件调试、软件调试、综合调试)。

(3)实训内容

由于实训教学设备采用模块式结构设计．因此通过对模块的适当组合，可以构成不同的控制系统，可大可小、可简可繁。在触摸屏技术训练中利用触摸屏的显示功能，测试PLC各个I／0点是否正常。利用触摸屏作为输入模块控制步进电机完成速度控制和位置控制。利用触摸屏控制变频器。

在变频器技术训练中学习设置频率范围，设定上升、下降时间，将自控改为外控。最大输出电压与低速转矩设置；PLC控制变频器实现PWM 调速训练。变频器的多级速运行训练。在组态软件训练中利用组态软件上位机编程。控制皮带传送及变频调速；PLC编程利用组态软件进行上位机监控。

在传感器检测技术训练中进行电感、电容、颜色、光栅等传感器的检测训练；旋转编码器反馈速度控制、定位检测训练。货物传送输送训练。微动开关控制训练。

在电机控制训练中进行步进电机速度控制、位置控制训练。在PLC、变频器与电机控制训练中进行正反转运行、组合运行、多段速度运行、多级加减速设置操作以及PLC控制变频器启动、停止、训练。

在气动控制中学习气压传动系统的组成，学习气源装置以及气缸、阀门的使用．在PLC控制下进行气动装置自动启动和停止训练。此外，在继电一接触式控制实训中还可以进行电动机按钮联锁正反转、电动机接触器联锁正反转、电动机双重联锁正反转控制训练、工作台自动往返控制、Y一△降压启动控制以及其他复杂的控制线路的设计、安装与调试。

该实训教学设备可以将诸多电气实训教学设备集合一起。构成复杂的控制系统，并且实现多台装置的联网和通信。形成集散控制系统。

学生在这个集多项技术的平台上，通过动手操作实现各种自动控制。并通过光亮、声音以及物体的运动方向、运动速度以及运动位置去体验工程实践，感受工业现场。

3．应用价值

(1)该实训教学设备的设计在贯穿传统专业技术理论的同时，融合了的现代技术，充分体现了宽视野、高起点、新知识、应用性强的特点。这种“宽”、“高”、“新”、“用”的设计思想，为高校研发实训教学设备提供了～种借鉴，并具有一定指导意义。

(2)该实训教学设备涉及的控制技术宽泛，集继电一接触器控制技术、PLC技术、变频器技术、传感器技术、电机控制技术、气动控制技术、触摸屏技术及计算机组态软件监控技术于一身，几乎涵盖了各种加工业、制造业以及其地领域的自动控制技术，是工业自动控制的综合载体。

(3)由于采用了模块方式，具有任意组合性。因此，可以构成几十种工程训练题目，成为一套融合实验、实训及综合开发的培训系统。

(4)学生从设计、布线，到系统调试，在动手的过程中体验工程实践，从中获得对抽象概念的理解和具体的应用经验，构建起完整的理论+实践的知识体系。

(5)该实训设备在培养学生提高理论知识和动手能力的同时，也向教师提出了更高的要求，教师应具有很强的现场排除故障能力和课堂组织能力。因此，这一实训教学设备对培养双师型教师队伍、提高教师实践能力方面也能发挥重要作用。

更多内容：www.tvetlab.com.cn