檢測技術實訓平臺現狀與技術改進建議

韓立星，廖金團

（柳州城市職業學院，廣西 柳州 545616）

0 引 言

高職院校重視學生動手實踐能力的訓練，實訓平臺在提升學生職業技能能力中發揮著不可或缺的作用，加深檢測技術的學習可以全面提升學生對自動控制、通信以及傳感器等知識的理解[1]。本文結合現有學院實訓室中的幾款典型檢測平臺進行介紹，分析各實訓平臺的功能、組成及特點，指出其不足。總結歸納了未來傳感器實訓平臺的開發路徑和設計框架。

1 各類檢測技術實訓平臺研發現狀

1.1 市場上主流的檢測技術實訓平臺介紹

柳州城市職業學院現有浙江亞龍公司出品的YL-335B型自動生產線實訓考核裝備如圖1所示。設備包含送料單元、加工單元、裝配單元、輸送單元以及分揀單元5個單元，其外形美觀大方，電氣設備布局合理，方便學生拆裝理解傳感器和電氣控制原理。

圖1 亞龍公司YL-335B型自動生產線實訓平臺

通過該裝備可以學習磁感應接近開關、電感式接近開關、光電傳感器以及光纖傳感器等來分辨物料，判斷機械手的狀態及物料的顏色與材質，掌握組態技術、伺服電機、變頻器控制等技術[2,3]。

亞龍公司圍繞不同實訓場景出品了多款自動生產線實訓考核裝備，設備可以充分發揮學生的編程能力，模擬小型自動化生產的全過程。缺點是不同設備都圍繞特定場景進行設計，可拓展性一般，此外設備零部件非標準件的維護維修成本較高。

杭州云創儀器生產的YC-998型傳感器系統實驗箱是一款專門針對傳感器實驗的實訓設備，該設備優化選擇了具有代表性的傳感器，實驗箱結構緊湊，方便攜帶保管，具體如圖2所示。本實驗箱包含被測體、傳感器、信號源、處理電路、儀表顯示、數據采集卡及處理軟件，構成一個完整的測試系統。

圖2 YC-998型傳感器系統實驗箱

通過實訓箱的使用可以快速掌握常見的傳感器及相應的檢測技術，開展各種驗證性實驗。通過信號檢測和儀表顯示等功能了解傳感器的作用并驗證功能，但是不能實現傳感器的替換，不能進行創新性實驗，而且不能與PLC、單片機、電動機以及繼電器等執行設備配合實訓。學生雖然可以按照實訓指導書完成實驗，但是對工作中實際幫助有效。

1.2 高校自主研發檢測實訓平臺介紹

揭陽職業技術學院開發了一款模塊化物聯網技術綜合實訓裝置，系統采用分層設計，實訓裝置分為感知層、網絡層以及應用層。其中，檢測設備、傳感器以及顯示設備處于感知層，Zigbee、WiFi、串口通信、射頻通信以及紅外通信等通信技術在網絡層進行整合，無線端通過網關接入互聯網從而在應用層實現對手機和電腦等設備的無線控制。由于采用分布式網絡設計，有效地將采集終端的數據處理與感知層數據采集相分離，因此系統更加靈活，提升了系統的拓展能力[4]。

河南大學物理與電子學院利用傳感器技術進行創新設計實驗，研發了一款傳感器實驗與創新實訓平臺。該實訓平臺采用模塊式設計思想，由電子器件設計區、光弱電信號模塊、電源模塊、鎖相環模塊、判決模塊以及光調制模塊等幾部分組成。特點是各功能模塊的輸入輸出組成部分之間留有插座，實現功能獨立，可以任意根據設計需要組合所需要的功能，為師生開展綜合性實驗和設計性實驗提供了快捷高效的途徑[5]。

2 檢測技術實訓平臺設計思路

通過分析上述實訓臺的功能和組成可以看出，以特定的應用場景集成各種傳感器檢測控制實訓平臺具有以下幾個特點。

一是模塊化自組合式設計。模塊化可以讓學生更好地理解各組成部分的功能原理，方便實訓設備的維護升級，系統的拓展和創新性設計等。二是可開展驗證性或專題實驗。由于實訓臺圍繞特定場景設計，各實訓臺在設計之處都主要考慮實現各類驗證性實驗和專題實驗，學生通過使用實訓臺可以完成教學任務，并可以理解基本的功能與原理。但是由于缺少創新性實踐，使得高耦合性的單一場景又進一步限制了實訓平臺的創新性教學。三是圍繞特定場景設計。由于檢測技術在工業控制、自動化生產、物聯網以及消費電子等各個應用領域都有廣泛應用，但如果圍繞各個場景都進行單獨設計勢必加大研發成本，從而對學校的經費造成很大壓力，不利于設備的推廣。如果可以與組態軟件和仿真平臺相結合，通過選取相應的硬件單元并完成調試。在計算機上利用組態軟件或其他仿真平臺實驗軟件仿真可以更好地實現多場景設計，既節約成本，又提升實訓臺的利用率。

開發一款自動化控制實訓臺首先需要堅持模塊化設計、分層布局、融合多場景、軟件仿真以及數據追溯等功能于一體，系統硬件構成如圖3所示。其次要與上位機聯動，通過LabVIEW等虛擬仿真軟件增加系統的可擴展性。學生根據設置要求在觸摸屏軟件或者組態軟件上實現仿真控制。再次增加數據的追溯與處理。數據是實現物聯網必不可少的元素，其采集、分析與存儲是實現智能制造的關鍵。最后支持PLC和單片機等設備聯動控制，通過數據庫實現遠程控制，實時分析學生的實驗情況和實驗數據，對學生進行考評打分，對歷史數據和成績進行追溯[6]。

圖3 典型實訓臺框架圖

3 結 論

現有高校使用的各類傳感器實訓平臺大多數圍繞特定場景研發，優點是可以學習基本功能，進行驗證性實驗。缺點是項目較為固定，可拓展性差，實訓臺一旦采購回來往往需要使用好幾年，不能與企業的需求相掛鉤，同時無特殊原因設備不會更新，淘汰率高且維護成本貴。此外，實訓設備普遍不具有數據通信、記錄、追溯以及分析等功能，不能為教師教學提供更多的數據支持。因此亟需開發一款多場景、柔性化以及高可拓展的傳感器實訓平臺，在一個實訓平臺上融入上位機、PLC、單片機等，可以進行大的系統綜合實訓。采用通用器件開發，降低維護成本，支持多種接口，提供數據分析、追溯以及顯示評價等功能,允許通過觸摸屏、PC等設備進行編程控制。在該平臺上開展傳感器驗證實驗、專題設計實驗及創新設計實驗，平臺要兼具較高可拓展性，實現強弱電的組合控制，使學生在一套實訓平臺可進行各類創新性實訓。