淺論開發新電氣自動化實驗平臺的必要性

董亮亮 王蕊

摘要：電氣自動化技術是一種運用計算機技術、信息科技、儀器儀表和控制理論對整個工業生產過程進行控制、管理和優化，以達到提高生產效率、提高可靠性和安全性、降低成本和提高產品質量等目的的綜合技術。目前各個高校的電氣自動化實驗室常見的三種類型：PLC 硬件系統型、虛擬仿真型、網絡及遠程型。開發新電氣自動化實驗平臺有其必要性。

關鍵詞：電氣自動化；實驗平臺；必要性

一、電氣自動化簡介

電氣自動化技術是一種運用計算機技術、信息科技、儀器儀表和控制理論對整個工業生產過程進行控制、管理和優化，以達到提高生產效率、提高可靠性和安全性、降低成本和提高產品質量等目的的綜合技術。

人機界面包括觸摸屏和工業控制計算機。觸摸屏是近些年來市場上應用越來越廣泛的一種設備，觸摸屏的特點是操作簡單、信息直觀、安靜、省電、可靠性和穩定性強。因為其有這樣的特點，現在在工業控制領域也得到廣泛的應用，觸摸屏使得工業控制更加直觀和方便。觸摸屏以其可以編程的特點在取代傳統按鍵后使得整個控制系統在變動和更新時變得更加方便，成本更加低廉。

在工業控制領域，計算機也同樣得到了應用，這就是所謂的工業 PC 機。可編程邏輯控制器簡稱 PLC，它與機器人和 CAD/CAM 一起被公認為現代工業自動化的三大支柱，而 PLC 是三大支柱之首。PLC 實際上就是一種小型的計算機，通過軟件可以進行編程，通過程序的運行PLC 接受輸入信號并控制輸出信號來實現工業控制。工業組態軟件的應用和現場總線控制技術的融合是可編程邏輯控制器近些年發展的趨勢。組態軟件的通信功能非常強大，幾乎所有的控制設備都可以找到能與其通信的組態軟件，這使得組態軟件的應用范圍非常廣泛，組態軟件允許用戶自定義控制系統界面，可以創建復雜的實時控制系統動態監控畫面，通過實時通信連接完成控制系統的流程實時監控，并且具有報警、記錄歷史數據、仿真等功能。現在有許多可編程控制器具備現場總線主站控制功能，可以方便的總線型控制設備組建系統，使得系統的布線、安裝和維護都更加簡潔，同時降低成本提高穩定性，程序開發也更加簡單快捷?？偩€型運動控制器在多軸運動控制場合有廣泛應用價值。

二、關于電氣自動化的實驗教學現狀

電氣自動化技術在現今自動化生產領域所起的作用之大已經毋庸置疑，而且自動化新技術的更新速度是非常迅速的，因此，電氣自動化行業對人才的需求也是非常大，對人才的要求也是越來越高。近些年來，從大專、本科、碩士到博士，凡是電氣自動化相關專業的畢業生始終保持高就業率也說明了這一點。

目前，各個高校電氣自動化相關專業的理論教學都大同小異，所開設的課程，教學的方式以及考核的方式基本都差不多。在所開設的課程方面基本上都是講了很多年的內容，能夠加入電氣自動化最新技術和最新硬件的教材并不多。電氣自動化控制學科屬于工科，工科有個特點就是真正能學會學好這一門技術就必須動手去做實驗?，F在的電氣自動化設備包括 PLC、運動控制器、觸摸屏、變頻器和伺服系統等，倘若組建一個設備齊全，功能完善并且有一定規模的實驗室需要一筆不小的資金。因此，現在各個高校的工業控制實驗室的差距是非常大。有些高校的實驗室已經使用過很多年，其硬件設備都是很多年前的，這個跟現在的新技術新設備有的會差距很大。現在技術發展飛快，系統集成化越來越高，最新的工控硬件與實驗室老設備相比甚至不是新舊的問題，可以說是發生了質變，這些都大大影響了教學效果。計算機仿真在一定程度上解決了這一問題，不少高校采用計算機仿真技術模擬 PLC 等工控設備的運行、編程和調試等，相比更新實驗室硬件來說，這種方式成本更低。下面展開闡述目前各個高校的電氣自動化實驗室常見的三種類型。

第一，PLC 硬件系統型。整個實驗系統均采用實際硬件組成，主要包括 PLC 和有指示功能的被控對象。此種類型是最傳統的，也是目前各學校最為常見的類型，其優點是基本能夠直觀的對被控對象效果進行演示，通過實驗清晰的理解 PLC 的原理和應用方法，不足之處是實驗被控對象較為固定且種類較少，二次開發能力較弱，實驗臺之間以及實驗臺和外界少有通信。

第二，虛擬仿真型。這種類型的平臺是在傳統的 PLC 硬件系統型實驗平臺逐漸暴露出局限性時誕生的，它的組建思路完全與硬件型系統相反，即采用軟件虛擬仿真來代替硬件，最終實現硬件系統所能達到的實驗效果。虛擬仿真型 PLC 實驗平臺大體可以分為兩種。一種采用 PLC 硬件結合被控對象的軟件虛擬仿真，這種情況虛擬的對象主要是 PLC 的被控對象；另一種采用計算機軟件技術將 PLC 連同其被控對象等整個系統進行虛擬仿真，此時實驗平臺完全脫離電氣自動化控制硬件，只需要軟件即可虛擬仿真出硬件系統的實驗效果。

第三，網絡及遠程型。此類型的實驗平臺主要是將硬件實驗平臺做了進一步的開發，搭建了本地局域網和服務器，并設計了自己的網站，就將整個實驗室的在線狀態連接到了Internet 互聯網。

三、開發新電氣自動化實驗平臺的必要性

電氣工程、自動化技術的發展需要大量的既適應時代特點的具有專業理論知識，又具有專業操作技能的復合型、實用型、現代型專業技術人員。目前，學?，F有的電氣傳統實驗室、電力工程實驗室、計算機控制實驗室等專業實驗室只能滿足基本教學的要求，需要建立與社會對人才的要求相適應的高水平實驗室。

把培養工程應用能力和創新能力貫穿于實踐教學的全過程，讓學生接觸到電氣工程及電氣自動化領域的最先進技術，給他們帶來更多寶貴的培訓、實習和實踐機會，可有效鍛煉學生的工程實踐能力和專業綜合能力，有助于培養學生的創新精神和綜合素質，使在校學生在走向社會之前擁有實際系統設計及應用的經驗，為學生將來走上工作崗位打下堅實的基礎。既保證學生接受厚基礎寬口徑的扎實的基礎理論教育，又受到良好的工程師的訓練?？膳囵B出創新型電氣及自動化高素質高級工程應用人才。

電氣自動化控制所涉及的設備很多，僅僅是 PLC 的實驗并不能給學生帶來更多的認識。運動控制器可以實現多軸運動控制、電子凸輪、電子齒輪和虛軸等復雜控制，現場總線技術可以輕松簡單的組建多電機伺服系統，以太網通信組網可以構建網絡實現PLC 群控，高度集成的智能電機啟動器可以實現智能電機啟動等等。隨著計算機技術和數字網絡通訊技術的發展，網絡通訊的速度和安全可靠性越來越高，具備了全面實現電氣自動化的條件，實現系統自動化，并與 DCS系統實現信息、資源共享，提高了運行人員對電氣系統參數的集中監視和控制手段，此外，這些也是適應市場、提高經濟運行水平和自動化水平的必然趨勢。

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