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[摘要]为满足现代气压传动技术实训教学和社会对人才的需求，设计了一种基于人机交互式的气动实训装置。该装置在硬件上集成PLC主控模块、触摸屏、气动元件及电气控制模块等硬件设备，软件上触摸屏界面包含气动基本回路训练单元和气压传动系统训练单元，所有训练单元都具有动态效果，可模拟实际的气动元件执行过程、气路的运动过程和系统的运动控制过程。此外，这种实训装置集成了无线和以太网通信技术，实现实训室设备管理的网络化。
[关键词]气压传动；PLC；实训装置；触摸屏
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0107-01
现今，中国职业技术教育正在蓬勃发展，内容单一的实训装置已不能满足各高校实训室教学的要求。从学校专业建设与企业岗位要求衔接出发，高校学生虽具有丰富的专业知识，但其进入企业却不知如何将已学的专业知识灵活的运用到企业项目当中，其中很重要的原因是，学生专业知识的学习与企业工程项目存在脱节。
本文设计了一款基于人机交互式的气动实训装置，采用触摸屏集成多个工程项目训练单元，每个训练单元都可模拟实际的运动控制过程；通过画面切换可以选择不同的工程项目训练单元。此外，每个项目按等级划分，包括基本训练、高级训练、综合训练及考核等内容，增加了该装置的适用性，满足了各类院校职业技术的发展要求。这种现代化人机交互式的气动实训装置具有广阔的市场推广前景。
1 总体方案设计
根据人机交互式气动实训装置的功能要求[1]，该系统采用S7-200 SMART PLC 作为主控模块，主要用来读电气信号、传感器信号等，并将读取的电信号利用PLC 串口通信技术来控制触摸屏画面的动态效果，以达到模拟仿真实际的气路运动控制过程[2]。此外，利用S7-200 SMART PLC 以太网通信接口实现实训设备的网络化管理[3]。该装置整体设计框图如图1所示。
2系统的硬件设计和软件设计
2.1系统的硬件设计
（1）主控模块
本系统采用S7-200 SMART PLC 作为主控模块。S7-200 SMART PLC 的单体I/O点数可达60点，可满足大部分小型自动化设备的控制要求 。实现PLC 与触摸屏之间的通信连接，模拟了实际气动元件的执行过程、气路的运动过程和系统的运动控制过程，真正实现了人机交互式的气动实训装置 。因此，S7-200 SMART PLC的这种功能特性对完成本系统的设计带来了很大的方便。
（2）触摸屏模块
本系统采用北京迪文科技有限公司DMT80600C080_02W标准型HMI。采用触摸屏技术把直观明了、浅显易懂的信息载入触摸屏，使学者可以操作触摸屏上的相关按钮观察工艺效果。通过设计并搭建相应的气动回路，通过动画可以帮助学者更加直观清晰地掌握气压传动在实际生产中的应用。
（3）气动元件与传感器
本系统采用FESTO的气动元件，主要完成气压传动系统气路的设计与搭建，具体包括安全启动回路、安全保护回路、互锁回路、双手操作回路、自动调节病床系统、气动门和气动机械手系统等。
（4）通信部分
设计中的通信主要有：串口通信、无线通信和以太网通信。
触摸屏与PLC数据之间的交互采用串口通信的方式。无线通信和以太网通信主要实现实训室设备管理的网络化。
2.2系统的软件设计
系统的软件设计包括触摸屏界面设计、PLC串口通信设计和PLC程序设计。
（1）触摸屏界面
触摸屏界面的开发是在其规定的软件环境下进行制作和设计。触摸屏画面的实现主要是基于图形界面的开发，导入的画面支持jpg格式和bmp格式，运用图形化语言可以形象而生动的实现友好的人机交互。
（2）PLC串口通信
触摸屏画面的动态效果是利用串口通信方式实现。应用PLC 串口通信技术来控制触摸屏画面的动态效果，以达到模拟仿真实际的气路运动控制过程。
PLC串口通信的程序如图2所示，程序总流程图如图3所示，。
3 结论
本文介绍了人机交互式气动实训装置软硬件的整体设计。该装置与传统的实训装置相比有许多的优势，具体表现在：
（1）直观上，采用箱体式结构具有体积小，易于维护，动画形象直观等优点。
（2）内容上，利用触摸屏界面，灵活加入了训练引导和知识检索；训练项目包括气动基本回路训练单元和气压传动系统训练单元，并且每一个训练单元按照等级难度划分，适用于不同等级考核鉴定和社会培训等方面。
（3）成本上，采用触摸屏控制，显示屏上的按键、灯虚拟器件代替了实际的按钮、灯，降低了设备的成本。
（4）学习效果上，学者通过搭建相应的气路，通过触摸屏可以更加直观的观察并掌握整个生产控制过程。
（5）性能上，采用无线、以太网等通讯技术，实现设备的网络化管理。
目前中国职业技术教育正在蓬勃发展，各类院校都在都在建设工程技能训练中心，气压传动技术是工科类院校不能缺少的课题，此外，学校专业建设与企业岗位需求要求衔接，所以，实训装置的开发理念必须转向企业，这是职教的必经之路。由此看来，开发此产品市场前景一片光明，现代化气动实训装置具有很大发展前景。
参考文献：
[1]郑亮. 高职院校实训室建设与管理的问题分析及对策研究[J]. 科教导刊， 2014，3（1）：242-252.
[2] 熊宁， 李贤宁.S7-200 SMART在化成生产线上的应用[J].可编程控制器与工厂自动化， 2015，1（7）：20-21.
[3]张延华，祁会东.基于物联网的升降机远程监控平台[J].计算機系统应用，2016，1（2）： 278-281.
[4]郭福田， 刘心红等.监控系统中S7-200系列PLC的通信协议设计[J].大庆师范学院学报， 2014，3（3）：5-9.
[5]廖常初. S7-200 SMART 与 S7-200的比较[J]. 电工技术， 2013，12（11）：52-53.
[6]沃玉报， 王玉明. S7-200 PLC 自由口通信在监控系统的应用[J].水利建设与管理， 2016，3（1）：65-68.
作者简介：
王二敏（1988—），女，助理实验师，本科，研究方向为可编程序控制技术、液压与气压传动技术、电气自动化等。
基金项目：2016年天津职业技术师范大学“大学生创新创业训练计划项目”（201610066110）。
[关键词]气压传动；PLC；实训装置；触摸屏
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0107-01
现今，中国职业技术教育正在蓬勃发展，内容单一的实训装置已不能满足各高校实训室教学的要求。从学校专业建设与企业岗位要求衔接出发，高校学生虽具有丰富的专业知识，但其进入企业却不知如何将已学的专业知识灵活的运用到企业项目当中，其中很重要的原因是，学生专业知识的学习与企业工程项目存在脱节。
本文设计了一款基于人机交互式的气动实训装置，采用触摸屏集成多个工程项目训练单元，每个训练单元都可模拟实际的运动控制过程；通过画面切换可以选择不同的工程项目训练单元。此外，每个项目按等级划分，包括基本训练、高级训练、综合训练及考核等内容，增加了该装置的适用性，满足了各类院校职业技术的发展要求。这种现代化人机交互式的气动实训装置具有广阔的市场推广前景。
1 总体方案设计
根据人机交互式气动实训装置的功能要求[1]，该系统采用S7-200 SMART PLC 作为主控模块，主要用来读电气信号、传感器信号等，并将读取的电信号利用PLC 串口通信技术来控制触摸屏画面的动态效果，以达到模拟仿真实际的气路运动控制过程[2]。此外，利用S7-200 SMART PLC 以太网通信接口实现实训设备的网络化管理[3]。该装置整体设计框图如图1所示。
2系统的硬件设计和软件设计
2.1系统的硬件设计
（1）主控模块
本系统采用S7-200 SMART PLC 作为主控模块。S7-200 SMART PLC 的单体I/O点数可达60点，可满足大部分小型自动化设备的控制要求 。实现PLC 与触摸屏之间的通信连接，模拟了实际气动元件的执行过程、气路的运动过程和系统的运动控制过程，真正实现了人机交互式的气动实训装置 。因此，S7-200 SMART PLC的这种功能特性对完成本系统的设计带来了很大的方便。
（2）触摸屏模块
本系统采用北京迪文科技有限公司DMT80600C080_02W标准型HMI。采用触摸屏技术把直观明了、浅显易懂的信息载入触摸屏，使学者可以操作触摸屏上的相关按钮观察工艺效果。通过设计并搭建相应的气动回路，通过动画可以帮助学者更加直观清晰地掌握气压传动在实际生产中的应用。
（3）气动元件与传感器
本系统采用FESTO的气动元件，主要完成气压传动系统气路的设计与搭建，具体包括安全启动回路、安全保护回路、互锁回路、双手操作回路、自动调节病床系统、气动门和气动机械手系统等。
（4）通信部分
设计中的通信主要有：串口通信、无线通信和以太网通信。
触摸屏与PLC数据之间的交互采用串口通信的方式。无线通信和以太网通信主要实现实训室设备管理的网络化。
2.2系统的软件设计
系统的软件设计包括触摸屏界面设计、PLC串口通信设计和PLC程序设计。
（1）触摸屏界面
触摸屏界面的开发是在其规定的软件环境下进行制作和设计。触摸屏画面的实现主要是基于图形界面的开发，导入的画面支持jpg格式和bmp格式，运用图形化语言可以形象而生动的实现友好的人机交互。
（2）PLC串口通信
触摸屏画面的动态效果是利用串口通信方式实现。应用PLC 串口通信技术来控制触摸屏画面的动态效果，以达到模拟仿真实际的气路运动控制过程。
PLC串口通信的程序如图2所示，程序总流程图如图3所示，。
3 结论
本文介绍了人机交互式气动实训装置软硬件的整体设计。该装置与传统的实训装置相比有许多的优势，具体表现在：
（1）直观上，采用箱体式结构具有体积小，易于维护，动画形象直观等优点。
（2）内容上，利用触摸屏界面，灵活加入了训练引导和知识检索；训练项目包括气动基本回路训练单元和气压传动系统训练单元，并且每一个训练单元按照等级难度划分，适用于不同等级考核鉴定和社会培训等方面。
（3）成本上，采用触摸屏控制，显示屏上的按键、灯虚拟器件代替了实际的按钮、灯，降低了设备的成本。
（4）学习效果上，学者通过搭建相应的气路，通过触摸屏可以更加直观的观察并掌握整个生产控制过程。
（5）性能上，采用无线、以太网等通讯技术，实现设备的网络化管理。
目前中国职业技术教育正在蓬勃发展，各类院校都在都在建设工程技能训练中心，气压传动技术是工科类院校不能缺少的课题，此外，学校专业建设与企业岗位需求要求衔接，所以，实训装置的开发理念必须转向企业，这是职教的必经之路。由此看来，开发此产品市场前景一片光明，现代化气动实训装置具有很大发展前景。
参考文献：
[1]郑亮. 高职院校实训室建设与管理的问题分析及对策研究[J]. 科教导刊， 2014，3（1）：242-252.
[2] 熊宁， 李贤宁.S7-200 SMART在化成生产线上的应用[J].可编程控制器与工厂自动化， 2015，1（7）：20-21.
[3]张延华，祁会东.基于物联网的升降机远程监控平台[J].计算機系统应用，2016，1（2）： 278-281.
[4]郭福田， 刘心红等.监控系统中S7-200系列PLC的通信协议设计[J].大庆师范学院学报， 2014，3（3）：5-9.
[5]廖常初. S7-200 SMART 与 S7-200的比较[J]. 电工技术， 2013，12（11）：52-53.
[6]沃玉报， 王玉明. S7-200 PLC 自由口通信在监控系统的应用[J].水利建设与管理， 2016，3（1）：65-68.
作者简介：
王二敏（1988—），女，助理实验师，本科，研究方向为可编程序控制技术、液压与气压传动技术、电气自动化等。
基金项目：2016年天津职业技术师范大学“大学生创新创业训练计划项目”（201610066110）。