電氣控制設(shè)備智能化實訓(xùn)系統(tǒng)的研究與開發(fā)

王權(quán)+王樹亮+寇常樂

摘要：為有效提高職業(yè)院校學(xué)生的動手操作能力以及電氣設(shè)備控制實踐能力，鑒于此設(shè)計并研發(fā)了一款針對于電氣控制方面的智能化實訓(xùn)系統(tǒng)。該裝置整體分為四個部分：PLC控制部分、屏幕顯示部分、電源部分和電平轉(zhuǎn)換部分。使用者在學(xué)習(xí)PLC控制器的時候可以通過屏幕顯示部分觀察被控對象的工作狀態(tài)，使用屏幕顯示的方式代替了實際被控對象電路板。減少了對于實際被控對象電路板的維護與檢修。此系統(tǒng)不僅可以作為實訓(xùn)教學(xué)裝置使用，還可以作為實訓(xùn)技能考核使用。結(jié)果表明： 其性能穩(wěn)定，指導(dǎo)教師工作強度減輕，學(xué)生訓(xùn)練效果得到較大提高。

關(guān)鍵詞：電氣控制；實訓(xùn)系統(tǒng)；屏幕

1 引言

高等職業(yè)院校要辦出特色，校內(nèi)的實訓(xùn)基地和實訓(xùn)設(shè)備是必不可少的。社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，校內(nèi)實訓(xùn)設(shè)備的更新?lián)Q代無法跟上時代的步伐，因此高等職業(yè)院校對于技術(shù)型人才培養(yǎng)方式方法相比于實際生產(chǎn)中存在一些差異，導(dǎo)致院校培養(yǎng)出來的技術(shù)型人才無法滿足企業(yè)的需要。此外，電氣控制設(shè)備的實訓(xùn)是我國維修電工職業(yè)鑒定中的一項傳統(tǒng)、重要的考核項目，是維修電工工種的一種基本技能，在針對該項目進行培訓(xùn)時，一般傳統(tǒng)的方法是指導(dǎo)教師在實訓(xùn)室進行操作演示，由學(xué)員跟著指導(dǎo)教師的方式方法進行學(xué)習(xí)。學(xué)員在這種學(xué)習(xí)模式下很可能因為枯燥就對此失去了興趣。指導(dǎo)教師教學(xué)也變得比較繁重。

為了使指導(dǎo)老師從繁重的體力勞動中解脫出來，同時提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，提高電氣設(shè)備控制項目的訓(xùn)練效率和效果，設(shè)計了一種電氣控制設(shè)備智能化實訓(xùn)及考核裝置。學(xué)員可以通過控制單元對顯示屏所顯示的被控對象進行實時監(jiān)測。激發(fā)學(xué)員對電氣設(shè)備控制實訓(xùn)課程的學(xué)習(xí)興趣。同時與當前實際社會生產(chǎn)相結(jié)合的方式進行實訓(xùn)教學(xué)，最大程度的滿足用人單位對于崗位人才的需求。

2 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)多數(shù)院校電氣設(shè)備線路設(shè)計及調(diào)試課程沒有控制對象或者控制對象就針對單個電機的現(xiàn)象設(shè)計了一套智能化機床電氣實訓(xùn)裝置。在物理結(jié)構(gòu)上，設(shè)計了機床線路操作實訓(xùn)平臺，可供多種機床線路配線使用，并設(shè)計了完全電氣隔離的I/O端口，在智能屏上實現(xiàn)了新穎的工業(yè)控制對象，并且通過控制觸摸屏可以觀察工藝過程，讓學(xué)者在學(xué)習(xí)前也可以了解機床電氣工藝，以便更好的完成機床電路設(shè)計項目。設(shè)備集傳統(tǒng)機床電氣實訓(xùn)和三維動感畫面模型于一體的現(xiàn)代化裝置，可以通過畫面切換選擇控制對象。在滿足傳統(tǒng)電氣實訓(xùn)的基礎(chǔ)上，增加了動感多功能可視化的三維立體控制對象和智能考核系統(tǒng)平臺，結(jié)合APP教學(xué)資源平臺，體現(xiàn)了人性化和個性化的特色，實訓(xùn)設(shè)備的創(chuàng)意性和實用性體現(xiàn)了一流的實訓(xùn)水平。系統(tǒng)總體示意圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)總體示意圖

此裝置現(xiàn)代化電氣實訓(xùn)裝置可作為電氣類職業(yè)技能訓(xùn)練的教學(xué)設(shè)備，適用于相關(guān)職業(yè)技能實訓(xùn)、社會培訓(xùn)及國家職業(yè)資格鑒定等方面。教學(xué)中可以根據(jù)不同等級的學(xué)員自由選擇教學(xué)案例，在人機界面查閱教學(xué)任務(wù)和資料，根據(jù)動感控制對象進行實際配線，完成電氣安裝與調(diào)試。三維控制對象和電氣線路進行完全電氣隔離，保證電氣安全，實現(xiàn)很好的教學(xué)效果，體現(xiàn)了職業(yè)教育的技能性、知識性、職業(yè)性、完整性特點。本項目融入了現(xiàn)代化教學(xué)手段進行設(shè)計開發(fā)，具有極強的應(yīng)用和推廣價值。

4. 實訓(xùn)裝置關(guān)鍵技術(shù)

該裝置本身控制單元與顯示單元（被控對象）之間通過電平轉(zhuǎn)換部分實現(xiàn)相互的電平轉(zhuǎn)，可以模擬實際線路連接進行相應(yīng)的控制操作。實訓(xùn)中控制單元可以采用多種型號PLC進行替換使用，方便不同種類實訓(xùn)課程的需要。顯示部分由軟件設(shè)計實現(xiàn)人機交互功能。該設(shè)計的實訓(xùn)箱整體利用模塊化思維，主要部件采用模塊化形式方便調(diào)試以及后續(xù)的維護工作，其主要包括電源部分、PLC控制器部分、屏幕顯示部分以及電平轉(zhuǎn)換部分這四大部分。總體框圖如圖2所示。

（1）單片機部分：是該系統(tǒng)的控制核心。負責(zé)整個裝置系統(tǒng)的控制、信息的傳輸數(shù)據(jù)的處理以及檢測按鍵系統(tǒng)，同時還要控制顯示屏的顯示，作為主控芯片，芯片的選擇是十分重要的，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)選用STM32F103單片機能夠滿足本系統(tǒng)的功能要求。

（2）電源部分：該部分為整個系統(tǒng)提供電能，是整個系統(tǒng)裝置的能量儲存區(qū)，為整個系統(tǒng)裝置提供一個穩(wěn)定的電源，工作電源采用～220V、～380V及+24V。

（3）電平轉(zhuǎn)換單元：利用光耦以及一些外圍器件組成電平轉(zhuǎn)換單元。

（4）顯示部分：根據(jù)設(shè)計要求，顯示部分的作用是能夠讓學(xué)生直觀的觀察被控對象同時還可以與單片機部分進行通訊，因此采用工業(yè)串口屏作為此裝置的顯示部分。

（5）通訊部分：采用串口通訊與以太網(wǎng)通訊雙重通訊協(xié)議，滿足大部分通訊需求。

參考文獻：

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[2] 曹達仲，侯春萍.移動通信原理、系統(tǒng)及技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004

基金項目：天津市大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目《電氣控制設(shè)備智能化實訓(xùn)系統(tǒng)的研究與開發(fā)》，項目號：201610066106