PLC電工實習教學裝置的研發摭談

德州職業技術學院 閆洪猛

PLC電工實習教學裝置的研發摭談

德州職業技術學院 閆洪猛

在高職院校的教學當中，采用理論與實踐共同進行的教學模式，主要是為了培養更多具有操作技能、文化底蘊、高素質的優秀人才。但在大部分的實習教學當中，受到基地教學條件的限制，電工實習往往無法達到理想的狀態。本文通過PLC電工實習教學的特點，研發教學裝置，改善教學條件。

PLC；電工實習；教學裝置

電工實習是高職院校及工科院校中一門重要的實踐課程，主要是為了讓學生將電工理論知識很好地運用到實踐操作當中，熟練解決電氣設備及電力網絡在使用過程中出現的各類故障。隨著科技的發展，國內對電氣控制系統的運用逐漸延伸到各行各業當中，PLC、觸摸屏、變頻器、智能傳感器等最新技術在電氣自動化系統中得到廣泛應用。為緊跟時代步伐，改變實習教學裝置滯后的問題，各大院校積極進行電工實習裝置的研發改良，以此改變電工實習現狀。

一、電工實習教學裝置的研發

PLC電工實習教學的對象和內容在綜合性和專業性上強于其他專業的實習，此實習需要集中學生對電工的認識、認知、應用、組裝、調試、設計為一體，所以在教學裝置的研發中，需要從以下幾個方面進行。

（一）教學裝置研發思路

首先是教學裝置的適用要強，能夠被應用到不同的專業領域內，針對不同的教學方式、教學內容的電工實習都能駕馭，能夠進行創新性的實驗。其次，裝置與現代技術相融合，讓學生在電工實習當中掌握智能傳感器、繼電器、接觸器等這些基本的電工設備，在此基礎上讓其對電氣控制領域當中最為先進、熱門的技術，比如智能樓宇、具有CANopen（一種架構在控制局域網上層的通訊協定，與通訊設備子協定常在嵌入式系統中使用，是工業控制常用的一種現場總線）通信功能的PLC、組態技術及變頻調速技術等熟練掌握，讓學生做到學以致用。當然，研發裝置時還要考慮其靈活性和延展性，這是為了在電工實習當中進行綜合性試驗時，滿足學生采用不同模型實現實驗場景，因此其延展性要好，所有的元件要能夠調整和認知。這樣便于學生對實際物體進行測試，能夠讓實習教學和工廠生產設計和操作相同。

（二）系統組成

明確了電工實習教學裝置的研發思路后，接下來需要對電氣裝置系統進行組建，常見的電氣控制系統是由輸入、執行及邏輯控制三大板塊的設備組成。輸入板塊就是電氣控制系統內各線路和設備的開關、觸點繼電器、傳感器等，現代化的智能電氣控制系統多采用觸屏式和組態技術的控制的人機控制界面，直接由人在觸屏上輸入相關的控制命令，中央控制系統直接操作。邏輯控制版塊主要任務是對輸入的命令進行整理轉換（人機控制界面的系統一般是將文字轉換為代碼或二進制），將轉換后的數據或者信號傳送到執行版塊實施。在這個過程當中，邏輯控制版塊主要是將繼電器的觸線段與接觸器及執行模塊相連接，將PLC中編號的程序在發送后實現某種功能，其優勢在于可靠性高，能夠被靈活使用到建筑、工業生產及航空等領域當中。執行版塊主要是驅動負載，實現輸入命令，這個版塊常將接觸器、電磁閥、變頻設備及伺服控制器和顯示設備等結合為一體，通過變頻調速實現控制和制動作用。由此可以看出，在設計PLC電工實習教學裝置中，必須由以上幾個板塊組成。除此之外，為更好地適應現代電氣自動控制系統的發展，系統需要由計算機和相應的軟件加以集中控制。

（三）裝置構建

實習教學裝置要實現高性能，除了系統的設計需要采用現代技術和設備外，要將柜架、接觸面板、DIN導軌、線槽、接線端子、繼電器元件、PLC、變頻器、計算機和相關軟件組成電氣元件柜，線槽將設備連接線規范整理，防止出現短路的問題，所以排布上要按照統一的方向。裝置當中由線槽將其分成四個部分（按照功能區分），第一部分是熔斷器和開關、PLC板塊；第二個部分則是繼電器；第三部分則是變頻器和按鈕指示燈；第四個部分是系統接線端子排，形成開關、接近傳感器及三相交流電機。裝置側面的橫梁上安裝有電源開關、插座及筆記本電腦等輔助性元器件。因裝置內全部是電氣設備及電源線，所以選用的裝置柜需要具有高絕緣的面板，將其與設備架焊接為一體，方便元器件和線槽的安裝固定，在焊接和安裝固定時最好是讓學生來完成，便于提高學生動手操作的能力，熟練安裝規范與步驟，明確焊接要求。因為裝置中大部分元器件采用的是導軌及機架固定的方式，這是為了幫助學生快速地組建安裝和拆卸，對于后期創新設計也能夠進行一定程度的擴展。在這個過程中讓學生能夠識別電氣控制設備當中的元器件，了解相應的參數，這樣才能正確地將元器件的輸入和輸出端引至正確的接線端子排，從而保護元件接口壽命。由于裝置內接線端子過多，采用不同顏色或分別標注區分即可。

在選擇裝置元器件時需要根據設計要求和元器件規格、廠家、質量等方面進行考慮，其大小還要符合整體結構，保證布局整齊美觀條理。

（四）實習教學特點

將裝置設計完好后需要進行檢測，查看系統在使用的過程中是否滿足正常運行的要求，在輸入控制命令后能否快速有效地執行，檢測完成后便可進行電工實習教學。因為裝置內的元器件都是實體，即使學生不能動手操作，教師在講解時學生也能直觀地了解元件的形態和功能。并且因為教學裝置是教師和學生共同完成的，在元件安裝和排布線的過程中，學生能夠掌握元件基本的控制原理和安裝流程，甚至可以繪制接線圖。對PLC軟件的編程和組態設計、通信連接及調試都能在實際操作中熟悉掌握。能夠很好地將電工理論知識運用到實操中，做到學以致用。因為裝置是正反兩面開放性的控制箱，學生在操作中能夠根據不同的要求進行擴展和延伸，并且裝置是采用PLC軟件控制，能夠給予學生創新的空間較大，學生在掌握了PLC和電氣控制系統基本的設計和調試后，將創新活動實踐到裝置當中。

二、PLC電工實踐

因為本文中設計的裝置將三相異步交流電動機作為控制的對象，所以在電工實習教學當中，可以進行繼電接觸器為主的硬接線邏輯訓練，以及PLC、變頻器為核心的軟硬件及組態軟件為核心的監控訓練、以PLC、變頻器、組態技術、工業網絡的綜合創新訓練，要求學生能夠設計、創新與工藝技能之間相互交叉融合。比如在某次實習當中，讓學生設計、安裝、調試出能夠正反轉的星型三角啟動的PLC控制系統。這是為了幫助學生鞏固在理論中學習到的PLC原理和編程的電氣控制系統的綜合能力訓練。某位學生設計的控制線路圖和PLC控制器中，因為這個實驗綜合性較強，學生需要編寫復雜的PLC梯形圖程序和組態軟件監控畫面，讓兩者在系統中協同工作，讓控制工作更加完善。在學生設計前，教師需要對程序編寫和軟件設計進行詳細的講解，讓學生合作設計和組裝，教師針對不同的問題加以講解和引導，從而完成此次實習教學。

三、結語

由此可知，在PLC的電工實習教學裝置的研發當中，需要緊靠最新科技發展需求與未來趨勢，讓學生參與到研發當中，讓學生在實際操作中掌握設備安裝、調試等技能。

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閆洪猛，德州職業技術學院電氣工程系講師。