基于PLC、變頻器控制技術實訓的模塊化臥式平臺設計與研制

湖南鐵道職業技術學院 嚴 俊

根據PLC、變頻器課程實踐教學現狀，針對傳統實驗箱的內部結構封閉，實訓項目簡單、固定，輸入信號用按鈕或開關代替，輸出控制為幾個指示燈來模擬，只能驗證軟件指令的編寫，學生不能真正掌握PLC控制技術；以及平臺式實訓設備遮擋視線，不便于老師觀察指導，占用面積大的問題。設計與開發了基于創新模式的PLC、變頻器控制技術臥式實訓平臺。該平臺占地面積少，可存放實訓掛件，占地面積小；提供多元化的自主設計類綜合性實訓項目，加強了PLC、變頻器應用的靈活性，鍛煉了學生分析、解決實際問題的能力，提高了學生學習的積極性，極大增強了電氣自動化技術專業學生的應用技能。

1.引言

目前PLC、變頻器控制技術是電氣自動化技術專業的專業核心課程。PLC、變頻器課程特點是強調理論而更偏重實踐應用。現有的PLC、變頻器實訓設備采用PLC控制實驗箱或者平臺式實訓設備。

PLC控制實驗箱，內部結構完全封閉，PLC的輸入和輸出公共端口固定，學生只需要對實驗箱進行插拔式的操作即可完成實驗。平臺式實訓設備采用了框架結構，實驗桌與掛件結合，整體高度較高，遮擋學生的視線，不便于實訓老師的觀察指導；并對于設備的擺放有嚴格的要求，要求有專門的講課區域和掛件存放貨架，對于實訓室面積要求較大。

以提高學生PLC、變頻器實踐能力為目的，減少實訓場地面積為背景開發建設PLC、變頻器控制技術實訓平臺。該平臺采用臥式平臺，不會遮擋學生視線，同時便于老師觀察指導；提供掛件實訓位置及存放位置，占用面積小，節省空間。

實訓平臺集可編程邏輯控制器、編程軟件、工控組態軟件、變頻器、自動化控制、電力拖動等于一體，以滿足電氣控制，PLC，變頻器調速、組態、自動檢測、畢業設計等課程為主的專業教學和綜合實訓的需要，中職教師培訓，社會培訓。

2.實訓平臺總體設計

實訓平臺按區域設計，設計了步進電機實訓區、傳感器實訓區、霓虹燈實訓區、十字路口交通指揮實訓區、脈沖信號處理實訓區、按鈕區六個自主設計實訓區，圖1為系統布局圖，圖2為實訓平臺圖片。

實訓平臺整體高度為1100mm，學生座在凳子上不會遮擋視線，也便于老師觀察指導。

3.實訓平臺硬件設計

1）硬件布局

利用電路設計自動化( EDA) 軟件完成實訓平臺電路原理圖和PCB圖的設計，進而完成電路板的印制。實訓平臺部件布局如圖3所示。

圖1 平臺布局圖

圖2 實訓平臺圖片

圖3 實訓平臺布局圖

實訓平臺采用模塊化設計，提供了PLC及接口，A/D、D/A及接口，接近開關及接口、電位器及接口、電源及接口，變頻器及接口、觸摸屏及接口區域。

2）電氣原理圖

實訓平臺的電氣原理如圖4所示。

圖4 電氣原理圖

4.實訓項目設計

該平臺可提供了7類由學生自主設計、創新綜合性實訓項目，難度逐步提升。執行“以學生為中心”的實訓教學的創新理念，結合傳統實訓項目，對不同階段、不同層次的學生因材施教。

目前，可實現20個以上自主設計、創新型、綜合性實驗項目，這些項目都可以由學生自主在實訓平臺上完成，根據自己掌握情況，可易可難，完全進行實際工程項目演練。這些項目有：

（1）開關量信號的PLC處理技術實訓；

（2）NPN型OC門信號的PLC處理技術實訓；

（3）PLC控制實訓；

（4）電壓模擬信號的PLC采集技術實訓；

（5）PLC模擬量輸出控制技術實訓；

（6）變頻器控制實訓；

（7）觸摸屏控制實訓。

5.結束語

基于該平臺和創新實驗項目設計方法，指導了兩屆高職學生完成PLC、變頻器的創新專業綜合實訓及畢業設計，學生從方案制定、原理圖繪制、I/O分配、PLC 程序編制和調試，并最終完成創新實訓項目的報告，這個完整的流程，對學生的綜合訓練取得了良好的效果。