電氣自動化實驗平臺的開發實現

郭寶林

【摘 要】電氣自動化技術在現代工業生產領域中的重要性非常明顯，對于人才的需求量也在不斷擴大。作為電氣自動化專業的技術人員經常需要在高校的培養基地被培養，自動化實驗平臺的建立是非常有必要的，這個平臺可以提高教學效果。當前國內電氣自動化教學平臺建設參差不急，課題研究重點分析電氣自動化實驗平臺的開發與實現，滿足不同層次學生主干課程需求。隨著電氣自動化技術的發展，社會中大量需求有專業技術知識和復合型技術人才，學校現有的自動化實驗平臺僅僅能夠滿足教學需求，無法滿足社會對新人才的高水平需求。電氣創新能力與應用能力在學生身上的體現能夠在此平臺上被培養，使學生去主動接觸該領域最先進的技術，鍛煉學生的工程實踐能力。

【關鍵詞】電氣自動化；實驗平臺；開發

1引言

電氣自動化技術是將計算機、信息技術以及控制理論對生產過程中控制優化的綜合技術，實現生產效率的提高。想要實現電氣自動化技術，需要自動化硬件系統、軟件系統等，當前應用最為廣泛的電氣自動化主要是人際界面、運動控制器、接觸器、可編程邏輯控制器、變頻器、傳感器、斷路器、電源和變壓器等，在此平臺中的硬件部分以外，電氣自動化系統還被應用其中。觸摸屏和被工業控制的計算機統稱為人機界面，作為近幾年使用最為廣泛的設備之一的觸摸屏，如手機屏幕，操作簡單、信息直觀、穩定性強，在工業控制領域得到廣泛使用。工作控制計算機也可以簡稱為 IPC，根據用途不同，所采用的設備也不同。可編程邏輯控制機簡稱為 PLC（可編程邏輯控制器），是現代工業自動化支柱之一，可以理解為小型計算機，能夠通過軟件編程。隨著電子信息技術的高速發展，自動化實驗平臺建設也逐漸成熟，實驗平臺構建中已經開始有很多模塊組和而成。現階段，國內電氣自動化實驗平臺更加先進，功能相對健全，集成化程度也比較高，在科研領域、教學以及項目開發領域方面均得到廣泛應用。

2電氣自動化實驗平臺研究現狀

當前高校自動化專業主干課程主要是測控實驗、數字處理實驗、虛擬儀器、數據庫、檢驗技術等，這些內容的開展對于學習都有一定的幫助，但是無法涵蓋自動化專業的所有課程，而且存在片面化特點，實驗平臺可重復利用程度低。在電氣自動化實驗平臺方面，國內開展的實驗室大致可以歸為三類，分別是可編程邏輯控制器硬件系統、虛擬仿真型、網絡和遠程型。可編程邏輯控制器硬件系統型主要開發可編程邏輯控制器實驗平臺被應用在教學當中，作為被支持的計算機技術是以虛擬的仿真做基礎的，虛擬仿真被軟件開發進行實現，網絡及遠程型賦予電氣自動化控制系統更多新的功能。

可編程邏輯控制器硬件系統型是高校最常設置的一類實驗平臺，能夠直接延時被控對象，了解可編程邏輯控制器原理，缺點在于開發能力差，只能夠形成簡單的邏輯控制實驗。中南大學設置的可編程邏輯控制器實驗平臺較為復雜，采用多門子可編程邏輯控制器組成網絡，構建生產線系統，能夠延時可編程邏輯控制器的控制效果，但是限制了其他被控對象。浙江大學設置的是邏輯控制器的可編程被網絡化在實驗室中被實現，在實驗平臺處在硬件集中實驗室建設的基礎上，以太網通信被融合當中，可以被實現編程邏輯控制器之間、與其他執行部件、與工作站等的通信。

虛擬仿真型是在可編程邏輯控制器傳統技術上誕生的，采用軟件虛擬仿真技術代替硬件設計，脫離了電氣自動化控制硬件，組件思路與傳統完全相反。虛擬仿真型可編程邏輯控制器實驗平臺包括硬件結合被控對象的軟阿金虛擬仿真和可編程邏輯控制器聯通其他被控對象的系統仿真。虛擬仿真實驗室平臺理論上能夠實現無限種類的被控對象，成本低，移植性高，能夠避免強電、機械等引起的實驗危害，能夠滿足使用者每人一個實驗平臺，但是沒有真實硬件教學系統好。

網絡和遠程型硬件實驗室平臺建設也較常使用，搭建服務器和局域網，設計學校自身的網站，將實驗室連接到網絡，提高開放性和共享性，學生能夠通過網絡訪問實驗室平臺，并開展實驗。當前南京理工大學自動化平臺設計中采用的是這種模式，在硬件實驗平臺基礎上，添加數據庫服務器、視頻監控服務器以及 Web服務器等，提供遠程網絡訪問。

3 電氣自動化實驗平臺總體設計

3.1總體結構

為實現更多的功能，設計的電氣自動化試驗平臺分為了不同的配置，分別包括電氣自動化基本實驗平臺和綜合實驗平臺設計。為充分體現學習由簡單到復雜的過程，設計電氣自動化實驗平臺分為了電氣自動化化基本實驗平臺和自動化專業綜合實驗。變頻器、觸摸屏、繼電器、接觸器、觸摸屏伺服驅動器、可編程控制器等作為實驗平臺中的電氣自動化專業方向的主要設備，除了可編程邏輯控制器基本邏輯控制之外，還需要實現通信功能、智能電機控制功能、接觸器電機啟動控制等。可編程控制器能夠與組態軟件通過串口連接，實現對整個控制系統的監控。變頻器能夠實現對交流電機的控制，也能夠由可編程控制器進行控制。

3.2基本實驗平臺開發

電氣自動化基本實驗平臺建設采用HMI+ATV312+M218架構，能夠實現組態軟件教學、計算機控制技術、可編程控制器等教學。可編程邏輯控制器作為被實驗用PLC，數字量為14組作為內部設置，4組的快速輸出和10組的繼電器輸出，快速輸入為4點的計數功能被采用，可以實現控制多軸定位。通信接口用于RTS-485標準接口、Mini-USB接口，支持ASCII協議通信，能夠實現與變頻器和觸摸屏的通信。采用標準以太網接口實現與上位機的數據通信。可以支持最多152個擴展輸入輸出點。作為可編程邏輯控制器擴展模塊與兼容模塊TM2DOCKN是專用的，主要實現擴展模塊的兼容。主要通過TM218實現本實驗平臺的擴展功能。TM2ALM3LT是模擬量輸入輸出混合擴展模塊，能夠輸出0～10V電壓，輸入0～20m A電流。變頻器的輸出頻率范圍0～500Hz，內置CANopen通信協議，實現與其他控制設備的通信，能夠實現啟動和調速實現電機控制，也可以通過外來的電壓或者電流信號交流電機能夠被良好控制。電機保護、電機啟動集于一體可以被實現，通過模塊化和高度集成化的啟動電機設備通過工業電腦控制的啟動器得以實現，占用空間小，能夠保護電機，避免電機運行時間過長、短路、欠載、相電流不均衡等，同時可以實現Modbus、Device Net可擴展通信模塊。交通電機的控制也可以由變頻器控制。觸摸屏軟件可以通過編程實現，具有Mini USB接口程序下載，配置了兩個窗口通信功能，可以實現與多種控制器的通信連接。

結束語

綜上所述，自動化實驗平臺屬于自主創新實驗教學平臺，繼承現今高新技術技術和設備等，知識覆蓋面更廣，具有一定的自主性、先進性和綜合性特點。實驗平臺建設采用模塊化設計，具有很高集成度，能夠為學生提供更大的實驗平臺，不僅能夠支持基本教學，同時也能夠為學生提供個性化實驗，有助于自主課外活動的開展。設計電氣自動化實驗平臺開發有助于相關課程的開展。通過實驗平臺，能夠增強學生的實踐意識，激勵學生主動參與學習，逐漸提高學生的學習思維能力，培養學生的創新精神和實踐能力。通過針對不同人群學生開展實驗，也能夠培養學生動手操作能力、分析能力等。

參考文獻：

[1]翟文權.基于 PLC 和運動控制器的電氣自動化實驗平臺的設計[J].自動化與儀器儀表，2015（12）：28 - 29.

[2]劉鳳碩，劉威.論電氣自動化實驗平臺的設計與開發[J].城市建設理論研究：電子版，2015（29）.

[3]任志斌，劉細平，梁建偉.基于創新培養的電氣自動化專業實驗平臺的建設[J].中國教育技術裝備，2010（27）：107 - 109.