基于PLC的通用型多功能電氣控制實驗臺的研制

張鳳杰

（遼寧軌道交通職業學院，沈陽 110023）

1 實驗臺的現狀

現有教學儀器廠家的實驗臺大多數只展示實驗臺的操作面板，看不到實際使用的電氣設備，無法直觀地了解電氣設備的使用方法。操作人員通過控制面板的接線插孔進行接線訓練，而無法實現對實際電氣設備的接線操作，導致無論是對企業員工的技能提升培訓還是對學生的實踐技能訓練，都與實際生產相脫節，效果不佳。

2 研制實驗臺的優勢

基于PLC的通用型多功能電氣控制實驗臺是由遼寧軌道交通職業學院師生自主研發。實驗臺主體采用桌面與網孔板相接合的結構。網孔板開孔的大小可根據實際設備安裝需要進行設計，增強了實驗臺的通用性和靈活性，便于維護、改造與升級。每個實驗臺配備PLC、變頻器、伺服電機、觸摸屏、步進電機、三相異步電動機、控制對象（根據用戶需要選擇）、接觸器和繼電器等常用工業控制設備。實驗臺安裝掛件導軌，便于電氣設備的維護、檢修與更換。整個實驗臺用行線槽進行分區，便于按區域控制。按照強弱電分開的布線原則，可減少干擾，提高系統穩定性和可靠性。電氣設備的接線端采用專用接線端子，可以避免電氣設備重復接線，減少電氣設備的損壞率。實驗臺還可以根據實際需要制成臥式實驗臺。采用型材搭建實驗臺本體，并將電氣設備安裝在搭建的平臺上。根據實現功能的不同，實驗臺可靈活布局電氣設備[1]。

實驗臺可根據需要靈活選用電氣元件，操作方便，控制可靠。它具備面向自動化領域進行實踐訓練的優點，因此無論是面向企業培訓還是學生實踐學習，都可以使使用人員直觀地認識電氣設備，真正了解電氣設備的結構和性能，熟悉電氣設備的接線方法和控制方式。該實驗臺具備結構緊湊、制作簡單、功能多樣化和制作成本低的優點，解決了現有實驗臺結構復雜和成本高的問題[2]。

3 實驗臺研制的有力保障

該實驗臺的主體由學院校辦工廠完成設計與制作。學院工廠具有完備的加工設施，可根據需要定做各種類型的實驗臺主體，為實驗臺的美觀性和耐用性提供了有力保障。實驗臺的功能設計和布局設計由機電工程系專業教師與企業兼職教師共同完成，既滿足培訓和教學需求，又符合工業自動化控制要求。實驗臺電氣設備的安裝、接線及調試由遼寧軌道交通職業學院機電類專業現代學徒制班級學生完成。該班級學生已經經過一年的企業學徒工式教學模式的培養，在教師指導下可以獨立完成實驗臺的安裝與接線。實驗臺的質量與性能最終由企業、科研處和學院專家嚴格按照工業自動化的控制標準共同完成驗收。

4 已經取得的成果

該研究項目已經與沈陽秀展科技有限公司建立服務合作模式，成功研制24臺PLC實驗臺，用于該企業員工的技能提升培訓和入職培訓，且企業評價反饋效果良好。圖1為企業研制的用于培訓的PLC實驗臺。

圖1 PLC實驗臺

該通用型實驗臺不僅用于遼寧軌道交通職業學院機電和電氣類專業學生的實踐教學，而且為中車沈陽機車車輛有限公司、沈陽格晟電力安裝有限公司、沈陽東電電力設備開發公司、沈陽市萬誠職業培訓學校和沈陽市信息工程學校等企業事業單位300余人提供技能提升培訓服務，培訓效果顯著，有效服務于區域經濟發展。圖2為遼寧軌道交通職業學院用于學生實踐教學和為企業開展培訓的PLC綜合實驗臺。

圖2 基于PLC的電氣控制實驗臺

目前，學院正在與云科巨匠教育科技有限公司合作研發基于PLC的電氣控制實驗臺。由學院專業教師根據企業擬定完成的工作任務來定做，完全滿足企業的個性化需求。現階段，合作正在推進中，學院也在加大資金投入和人才投入以更好地研發實驗臺，已完成實驗臺的設計圖紙，且確定了設備的參數和型號。圖3為實驗臺的設計圖紙。

圖3 最新研制實驗臺布局設計圖

5 研究方法及進程

實驗臺的研究方法及相關進程如下[3]。第一，根據用戶提出的需求，確定實驗臺實現的功能。第二，專業教師團隊和企業專家共同研討，以確定實驗臺的設計方案。第三，選用最優的電氣元件，最大化地滿足用戶需求。第四，設計電氣元件布局圖和電路原理圖。第五，采購用于制作實驗臺的電氣設備及輔助材料。第六，與校辦工廠研討確定實驗臺主體的尺寸，既要經濟實用，又要不失美觀。第七，完成實驗臺的制作和電氣元件的安裝、接線及調試。第八，編寫實驗臺的使用說明書。第九，由企業、科研處和學院專家組成驗收團隊，嚴格按標準完成校內驗收。

6 實驗臺研制的成果與意義

6.1 打造職業教育特色品牌產品

該實驗臺的研究成果受到企業和其他兄弟院校的認可和青睞。目前，學院正在與云科巨匠教育科技有限公司確定服務合作意向，將該項目的研究成果推廣到企業和其他院校，從而打造遼寧軌道交通職業學院自主研發的實驗臺品牌。

6.2 深入推進產教融合，培養復合型技能人才

該通用型多功能電氣實驗臺由教師設計，學生參與，在二次開發的模式下開發產品。產品的設計過程由機械自動化、機電一體化和電氣自動化等多個專業的教師共同參與，然后在教師指導下由學生完成產品的生產和組裝，不僅有利于提高學生的實踐能力，也有利于學院培養優秀的復合型技能人才。

6.3 對接行業和企業需求，服務區域經濟發展

該通用型多功能電氣實驗臺的研制是在行業和企業大力推動智能制造產線升級的背景下，由遼寧軌道交通職業學院主動求變，以產業需求為導向，以多方協同為切入點，以跨學科建設為依托，是積極推動教學模式改革的產物。該產品能夠滿足行業和企業的用人需求，為服務區域經濟發展提供有力保障。

7 項目的應用價值

該實驗臺可面向企業開展電工、PLC、變頻調速、人機界面、伺服和步進精準控制等領域的技能培訓，使企業員工能系統化學習自動化設備的原理和控制方法，并將企業員工的實踐技能與理論知識有機結合。

該實驗臺可面向高、中等職業院校提高學生的實踐操作能力，還可面向機電一體化技術、電氣自動化技術、智能控制技術和機械設計制造及自動化等專業開設“電氣控制與PLC技術”“變頻器技術與應用”“運動控制技術”“工業控制組態技術”等課程。學生可以在實驗臺上了解各種電氣控制元件的結構、安裝及接線的基本知識，掌握電氣元件的使用和控制方法，完成實際工業控制系統模擬控制和操作訓練，真正實現學生與企業的零距離就業。