基于實訓設備的電氣自動化技術綜合實訓教學研究

王磊

【摘要】 本文就自動化技術綜合實訓教學的現(xiàn)狀做了分析，指出了當前實訓教學設備不滿足教學需要的原因和存在的主要問題。在詳細分析了電氣自動化技術綜合實訓所涵蓋知識與技能的基礎上，介紹了滿足綜合實訓、可操作性強的實訓裝置及實訓項目，以提高綜合實訓教學質量。

【關鍵詞】 綜合實訓 知識與技能 實訓設備 實訓項目

一、引言

實訓教學是職業(yè)院校實踐教學環(huán)節(jié)中一個重要組成部分，為理論教學所不能替代。實訓教學對學生素質及能力培養(yǎng)具有極其重要的作用，是學生高質量的重要保證。

電氣自動化技術綜合實訓作為綜合性實訓，所要培養(yǎng)學生的知識與技能是比較全面和系統(tǒng)的，然而所涉及的可編程控制器（PLC）、變頻器、步進電機、傳感器、觸摸屏、氣動、液壓控制等重要技術幾乎沒有實訓設備與之相匹配，實訓課題單一受限。由于綜合實訓教學設備的短缺，實訓教學很難落實到實處，直接影響了人才的培養(yǎng)質量。為解決綜合實訓教學存在的問題，本文通過詳細分析電氣自動化技術綜合實訓所涵蓋的的知識與技能，介紹了滿足綜合實訓、可操作性強的實訓裝置與實訓項目，以調高綜合實訓教學質量。

二、目前電氣自動化技術綜合實訓常用的實訓設備

目前，電氣自動化技術綜合實訓常用的訓練設備是以PLC為核心的編程訓練臺和仿真生產(chǎn)線簡易實訓平臺。但是，這些設備在教學中還存在一些問題。

2.1仿真設備設計簡單、可操作性差

很多仿真設備中，所有輸入器件都用按鈕代替，所有的輸出器件都用指示燈代替，而且設計簡單，操作單一，與真實生產(chǎn)設備差距過大。由于這些仿真實訓設備的可視性和可操作性差，所以培養(yǎng)的學生缺乏實際生產(chǎn)技能，不能滿足社會需求。

2.2實訓項目單一、涉及領域狹窄

目前使用的實訓教學設備，通常是根據(jù)某一自動控制系統(tǒng)，在滿足基本教學要求下而仿制的。由于設備的針對性強，使得所涉及的技術領域狹窄，存在著配套實訓項目單一的局限。比如一只機械手，它的基本功能就是抓緊、松開和旋轉。因此，決定了所用電器類型有限，執(zhí)行機構單一，控制方式固定，沒有涉及更寬泛的技術如觸摸屏技術、變頻調速技術、氣動控制技術以及組態(tài)監(jiān)控技術等，不能幫助學生從更廣泛的意義了解和認識工業(yè)自動化。

2.3實際操作范圍有限

目前使用的實訓教學設備，一般結構固定，選用的電器類型固定、接線固定，不允許學生隨意拆卸或組合，否則設備將無法正常工作。這樣，學生在實訓時不能真正動手操作，影響技能的提高。

因此，現(xiàn)有實訓設備滿足不了綜合實訓的需要，制約了學生的專業(yè)發(fā)展，影響了學校教學水平的提高。

三、電氣自動化技術綜合實訓包含的知識與技能

電氣自動化技術綜合實訓幾乎涵蓋了前期所學的所有電氣自動化方面的知識和技能，比如，PLC、變頻器、觸摸屏以及三者在步進電機、伺服系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)中的應用。本文將按照應用模塊來詳細闡述每個模塊應該掌握的知識和技能，以便合理設置實訓課題。

3.1 PLC應用所需要的知識與技能

PLC的基本邏輯指令和功能指令；PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則及一般步驟；接觸器-繼電器電氣控制線路的PLC改造；PLC控制系統(tǒng)線路的安裝、調試。

3.2變頻器應用所需要的知識與技能

變頻器的基本結構及工作原理；變頻器各參數(shù)的意義及設置方法；變頻器操作面板的基本操作；變頻器的各種工作模式操作使用方法；變頻器調速控制系統(tǒng)的設計及安裝調試。

3.3液壓與氣動應用所需要的知識與技能

液壓與氣動控制元件的選型、使用、安裝及調試；液壓與氣動控制的原理及系統(tǒng)設計方法；氣動系統(tǒng)圖的繪制及設備氣路的安裝；液壓與氣動控制系統(tǒng)的調試及維護。

3.4人機界面應用所需要的知識與技能

觸摸屏組態(tài)軟件的安裝與使用；組態(tài)畫面的設計及動畫設置；觸摸屏與PLC的通訊設置和變量的連接；控制系統(tǒng)的人機界面設計與調試。

3.5步進、伺服系統(tǒng)應用的知識與技能

步進電機工作原理；步進電機驅動器工作原理；使用步進驅動器驅動步進電機實操；伺服電機分類及原理；伺服控制器控制原理；使用伺服控制器控制伺服電機實操。

四、建議實訓設備及典型實訓項目

由以上分析可見，電氣自動化技術綜合實訓集繼電-接觸器控制技術、PLC技術、變頻器技術、傳感器技術、電機控制技術、氣動控制技術、觸摸屏技術及計算機組態(tài)軟件監(jiān)控技術于一身。 電氣自動化技術綜合實訓要達到培養(yǎng)高技能人才的教學效果，合理配置實訓設備是非常關鍵的。本文倡導實訓設備模塊化，可實現(xiàn)任意組合，可操作性強，同時開發(fā)了典型實訓項目，基本涵蓋了學生所要掌握的知識與技能。

4.1建議實訓設備

1、控制柜。金屬基板國標控制柜（類似于YL-158GA），用于PLC、變頻器、繼電控制線路等的安裝。控制柜可以分成多個模塊，每個模塊要求相對獨立，可根據(jù)實訓需要或工作任務的不同進行不同的組合、安裝和調試，達到模擬生產(chǎn)性功能和整合學習功能的目標。

圖1 YL-158GA控制柜外觀

2、工作臺。一個鋁合金導軌工作臺（類似于YL-235A）上，集成若干種能夠涵蓋一般工業(yè)控制所必需的電氣設備。將它們按照類型或工程上常用的組合方式構成不同的模塊，在考慮控制要求、電磁干擾，操作方便以及一些布線的特殊要求下，將模塊合理地固定在平臺上。平臺通過安全連接插件直接與三相電源相接，并設置必要的保護電路，以保障操作者和設備的安全。

3、控制套件。上述工作臺上所配置的控制套件，主要包括以下模塊：PLC模塊、變頻器模塊、傳感器檢測模塊、繼電-接觸器控制模塊、電機（伺服電機、步進電機）及控制模塊、觸摸屏、傳送帶模塊、氣動單元模塊、電源模塊等。

4、執(zhí)行器。上述工作臺上所配置的執(zhí)行器，主要包括：基于傳送帶的分揀系統(tǒng)（電氣、氣動各一套）、機械手搬運站（電氣、氣動和液壓各一套）、工業(yè)機器人搬運站、加工站1（伺服或步進驅動十字滑臺、Z向主軸高速變頻器驅動）、加工站2（液壓滑臺，主軸變頻驅動）、下料站（盤式旋轉，直線型各一套）、立體倉庫系統(tǒng)。

4.2建議實訓項目

（1）PLC控制系統(tǒng)

① 多種液體自動混合裝置的PLC控制系統(tǒng)設計；② 交通燈的PLC控制系統(tǒng)設計；③ 電鍍生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)設計；④ 基于PLC的多層電梯控制系統(tǒng)設計；⑤ 普通機床控制線路的PLC改造。

（2）PLC、變頻器控制系統(tǒng)

① 基于PLC、變頻器的電動機正反向多段速運行控制設計；② 基于PLC、變頻器的工業(yè)洗衣機程序控制系統(tǒng)設計；③ 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設計。

（3）PLC、氣動控制系統(tǒng)（含組態(tài)軟件和人機界面）

① 基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設計；② 基于PLC的物料分揀控制系統(tǒng)設計。

（4）PLC、液壓控制系統(tǒng)（含組態(tài)軟件和人機界面）

① 液壓控制機床滑臺運動的PLC控制；② 基于PLC的挖掘機液壓控制系統(tǒng)設計。

（5）PLC、伺服控制系統(tǒng)（含組態(tài)軟件和人機界面）

① 基于PLC的伺服電機-位置模式控制；② 基于PLC的伺服電機-轉矩模式控制。

（6）PLC、步進控制系統(tǒng)（含組態(tài)軟件和人機界面）

① 基于PLC與步進電機的小車自動往返控制（開環(huán)）；② 基于PLC與步進電機的位置閉環(huán)控制。

五、結論

電氣自動化技術綜合實訓集繼電-接觸器控制技術、PLC技術、變頻器技術、傳感器技術、電機控制技術、氣動控制技術、觸摸屏技術及計算機組態(tài)軟件監(jiān)控技術于一身，所涵蓋的知識與技能是比較全面和系統(tǒng)的。本文在明確綜合實訓所涵蓋的知識與技能的基礎上，闡述了如何合理選購實訓設備和設置實訓課題。本文倡導實訓設備模塊化，可實現(xiàn)任意組合，可操作性強，同時開發(fā)了典型的實訓項目，對提高實訓教學質量，培養(yǎng)高技能人才具有深遠的意義。

參 考 文 獻

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