论文部分内容阅读
摘要本文所描述的PLC实验实训系统兼顾产品的先进性、平台的开放性和应用的透明性,该系统设计新颖,功能多样,适用于高职学生课程实训使用。该系统涵盖PLC控制、电气控制、调速系统控制、触摸屏等多门课程的知识内容,该系统不但适宜于以上课程的实训使用,同时可用于学生毕业设计、自主创新和教师的科研。
中图分类号:TP39文献标识码:A
高职教育重在学生动手实践能力的培养,而实现这培养目标的关键是实验实训设备。多功能一体化PLC实训系统集PLC控制、HMI人机界面组态、变频调速控制及电气控制于一体,可进行PLC应用、触摸屏、调速系统课程的实验实训,也可进行维修中级的考工和考证培训、大学生创新项目、毕业设计和教师的科研。
1 设计依据
该实验装置自主研制,设计新颖,功能多样,设计依据主要基于以下几个方面:(1)先进性。科学技术不断进步,PLC及电器元件不断的更新换代,可以说是日新月异。为了学生能跟上时代的步阀,实验系统中选用的器件均是本行业最新的产品,代表着本专业的发展趋势。(2)开放性。本系统仅提供平台和元件,用任务书代替指导书,学生可充分发挥自己的设计能力和创造能力,在这平台上按照自己的设想去组建不同的系统。被控对象亦可以根据需要进行自主设计与开发。(3)透明性。为了人生安全和设备安全考虑,过去实验常常将系统中重要的元器件封装起来,让学生用插件操作,这样学生虽然会做实验,但观察不到实验变化过程,往往是实验完成,但不知因果,不明就里。到实际工作中,往往畏首畏尾,不敢动手。本系统设计力求贴近实际工作状况,使学生通过自主接线、调试等全过程工作,既清楚的看到每个环节的工作要领和实际效果,也通过全过程的实践性工作,掌握系统运行的全过程操作,使得学生毕业后能快速融入企业。
2 实验系统硬件组成及工作原理
为了实现对各种被控对象的多样化控制,该实验系统主要由上位机、PLC控制器、人机界面HMI、变频器及被控对象等几大模块组成,实物如图1所示。组态简单控制系统可以单机工作(如图2实线部分),复杂系统也可以多机联网工作(如图2所示)。
图3工作台设计图图4供电系统原理图
3 实验台结构设计
实验台的作用是为组建各种控制系统提供一个公共的平台,学生可以将PLC、变频器、触摸屏、上位机、被控对象及相关元件,通过合理布局,组装在实验台上,从而便于操作、监控和调试。设计要考虑的因素有:实训者的可操作性和使用的舒适性、元器件的布局的合理性、被控对象的多样性、元器件安装的快速性、试验台拆装的便捷性等。本实验台设计为四个区域,如图3所示。区域1为主区域,主要安装PLC、变频器、触摸屏及相关电气元件,该区域为固定区域,为便于IEC75标准导轨及其它标准件的安装,采用固定式网孔板,网孔设计为长孔,错位布置,避免安装盲区。区域2的设计,主要用于放置被控对象,为了易于更换不同的被控对象,故设计为可拆卸网孔板,较常见的和简易的对象,可直接装于网孔板之上,若复杂对象且不易装到网孔板上的对象,则可设计与网孔板外形尺寸相同的对象,直接替换网孔板。区域3为供电系统,给PLC、变频器、电器元件等供电,同时给外接对象(如笔记本电脑等)供电。区域4为桌板,主要放置笔记本电脑及相关工具。整个实验台结构通过Solidworks三维设计和模拟装配(如图3所示)后,再转化为加工零件图,大大简化过程,缩短了设计时间。零件均选用标准型材和易购件,零件结构设计和选择时考虑易装易拆特性。
4 供电系统设计
该供电系统主要为每台实验系统单独供(下转第139页)(上接第108页)电而设计,它的作用是产生220V外接电源、24V-PLC的供电电源、380V的被控对象的供电电源等。其工作原理如图4所示。
5 主模块的硬件配置
该实验系统的主要模块为PLC、变频器及HMI人机界面三大模块,考虑产品的先进性和性价比,这三大模块的硬件配置如表1所示。
表1主模塊硬件配置
PLC主要采用西门子最新产品及趋势产品S7-1200,自带1路模拟量输出,增加一个8路数字量输出扩展模块,通讯方式用4口以太网通讯,支持profinet通讯。人机界面采用西门子KTP600 mono系列,与S7-1200能很好的结合,可联机在线调试,也可离线模拟仿真调试。
6 实验对象开发
本实验台的被控对象可按不同的使用要求开发设计,仅要求统一的安装尺寸。最简单的可采用LED指示灯来模拟其它实物对象,随着课程开发的深入,可开发像交通灯、抢答器、工作台往复循环等常见的实验系统;可以结合液气压实验系统进行电、气、液综合项目的实训;可开发温度、压力、流量、液位等过程控制实验系统,有助于学生掌握更深的知识,也便于学生自主创新和毕业设计,本实验系统拟逐步实现以上被控对象的开发。
7 结语
该多功能一体化PLC实验系统,解决了学生以往的实验教学内容和工程应用脱节的矛盾,做到了使学生从实践中学习和内化所学理论知识,给学生提供了锻炼理论和实践协调发展的机会,培养了学生理论知识的工程应用意识,同时为提高教师的科研能力提供了多功能应用平台。该系统不仅可用于PLC控制技术课程的教学实验和课程设计综合实验,而且可用于与PLC有关的科研项目的用户程序模拟调试,借助于该实验系统可有效缩短科研项目的研发周期,优化控制系统的设计,保证了系统的可靠运行。
参考文献
[1]章丽芙.PLC自动控制综合实验系统开发与实践.张家口职业技术学院学报,2007.20(4): 43-44.
[2]冯刘中等.基于PLC的开放式综合实验系统设计.实验科学与技术,2007.5(4):153-155.
[3]李世伟等.基于PLC的现代大综合试验系统的设计与实现.中国现代教育装备,2007.11:75-77.
中图分类号:TP39文献标识码:A
高职教育重在学生动手实践能力的培养,而实现这培养目标的关键是实验实训设备。多功能一体化PLC实训系统集PLC控制、HMI人机界面组态、变频调速控制及电气控制于一体,可进行PLC应用、触摸屏、调速系统课程的实验实训,也可进行维修中级的考工和考证培训、大学生创新项目、毕业设计和教师的科研。
1 设计依据
该实验装置自主研制,设计新颖,功能多样,设计依据主要基于以下几个方面:(1)先进性。科学技术不断进步,PLC及电器元件不断的更新换代,可以说是日新月异。为了学生能跟上时代的步阀,实验系统中选用的器件均是本行业最新的产品,代表着本专业的发展趋势。(2)开放性。本系统仅提供平台和元件,用任务书代替指导书,学生可充分发挥自己的设计能力和创造能力,在这平台上按照自己的设想去组建不同的系统。被控对象亦可以根据需要进行自主设计与开发。(3)透明性。为了人生安全和设备安全考虑,过去实验常常将系统中重要的元器件封装起来,让学生用插件操作,这样学生虽然会做实验,但观察不到实验变化过程,往往是实验完成,但不知因果,不明就里。到实际工作中,往往畏首畏尾,不敢动手。本系统设计力求贴近实际工作状况,使学生通过自主接线、调试等全过程工作,既清楚的看到每个环节的工作要领和实际效果,也通过全过程的实践性工作,掌握系统运行的全过程操作,使得学生毕业后能快速融入企业。
2 实验系统硬件组成及工作原理
为了实现对各种被控对象的多样化控制,该实验系统主要由上位机、PLC控制器、人机界面HMI、变频器及被控对象等几大模块组成,实物如图1所示。组态简单控制系统可以单机工作(如图2实线部分),复杂系统也可以多机联网工作(如图2所示)。
图3工作台设计图图4供电系统原理图
3 实验台结构设计
实验台的作用是为组建各种控制系统提供一个公共的平台,学生可以将PLC、变频器、触摸屏、上位机、被控对象及相关元件,通过合理布局,组装在实验台上,从而便于操作、监控和调试。设计要考虑的因素有:实训者的可操作性和使用的舒适性、元器件的布局的合理性、被控对象的多样性、元器件安装的快速性、试验台拆装的便捷性等。本实验台设计为四个区域,如图3所示。区域1为主区域,主要安装PLC、变频器、触摸屏及相关电气元件,该区域为固定区域,为便于IEC75标准导轨及其它标准件的安装,采用固定式网孔板,网孔设计为长孔,错位布置,避免安装盲区。区域2的设计,主要用于放置被控对象,为了易于更换不同的被控对象,故设计为可拆卸网孔板,较常见的和简易的对象,可直接装于网孔板之上,若复杂对象且不易装到网孔板上的对象,则可设计与网孔板外形尺寸相同的对象,直接替换网孔板。区域3为供电系统,给PLC、变频器、电器元件等供电,同时给外接对象(如笔记本电脑等)供电。区域4为桌板,主要放置笔记本电脑及相关工具。整个实验台结构通过Solidworks三维设计和模拟装配(如图3所示)后,再转化为加工零件图,大大简化过程,缩短了设计时间。零件均选用标准型材和易购件,零件结构设计和选择时考虑易装易拆特性。
4 供电系统设计
该供电系统主要为每台实验系统单独供(下转第139页)(上接第108页)电而设计,它的作用是产生220V外接电源、24V-PLC的供电电源、380V的被控对象的供电电源等。其工作原理如图4所示。
5 主模块的硬件配置
该实验系统的主要模块为PLC、变频器及HMI人机界面三大模块,考虑产品的先进性和性价比,这三大模块的硬件配置如表1所示。
表1主模塊硬件配置
PLC主要采用西门子最新产品及趋势产品S7-1200,自带1路模拟量输出,增加一个8路数字量输出扩展模块,通讯方式用4口以太网通讯,支持profinet通讯。人机界面采用西门子KTP600 mono系列,与S7-1200能很好的结合,可联机在线调试,也可离线模拟仿真调试。
6 实验对象开发
本实验台的被控对象可按不同的使用要求开发设计,仅要求统一的安装尺寸。最简单的可采用LED指示灯来模拟其它实物对象,随着课程开发的深入,可开发像交通灯、抢答器、工作台往复循环等常见的实验系统;可以结合液气压实验系统进行电、气、液综合项目的实训;可开发温度、压力、流量、液位等过程控制实验系统,有助于学生掌握更深的知识,也便于学生自主创新和毕业设计,本实验系统拟逐步实现以上被控对象的开发。
7 结语
该多功能一体化PLC实验系统,解决了学生以往的实验教学内容和工程应用脱节的矛盾,做到了使学生从实践中学习和内化所学理论知识,给学生提供了锻炼理论和实践协调发展的机会,培养了学生理论知识的工程应用意识,同时为提高教师的科研能力提供了多功能应用平台。该系统不仅可用于PLC控制技术课程的教学实验和课程设计综合实验,而且可用于与PLC有关的科研项目的用户程序模拟调试,借助于该实验系统可有效缩短科研项目的研发周期,优化控制系统的设计,保证了系统的可靠运行。
参考文献
[1]章丽芙.PLC自动控制综合实验系统开发与实践.张家口职业技术学院学报,2007.20(4): 43-44.
[2]冯刘中等.基于PLC的开放式综合实验系统设计.实验科学与技术,2007.5(4):153-155.
[3]李世伟等.基于PLC的现代大综合试验系统的设计与实现.中国现代教育装备,2007.11:75-77.