電氣控制實(shí)驗室的實(shí)踐與探索

實(shí)踐教學(xué)是高校教學(xué)活動(dòng)的重要組成部分，是理論知識學(xué)習深化、學(xué)生動(dòng)手能力培養的重要途徑，也是學(xué)生獲取隱性知識的主要手段，實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量直接影響著(zhù)學(xué)生的培養質(zhì)量。實(shí)驗室是開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的主要場(chǎng)所，實(shí)驗設備又是*的重要載體。充分利用好實(shí)驗設備， 起到理實(shí)結合的橋梁和紐帶作用是實(shí)驗室建設的重要內容。通常，實(shí)驗設備多以購置為主，但外購設備價(jià)格相對較高，出現故障維護不便，不能充分與學(xué)校的教學(xué)實(shí)際相符合，在可擴展性、新技術(shù)引用的及時(shí)性等方面都存在著(zhù)不足。

電氣控制實(shí)驗室是我校的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室之一，承擔著(zhù)電氣控制技術(shù)、機電一體化技術(shù)、變頻技術(shù)、電工技術(shù)等課程的實(shí)驗以及其它相關(guān)的綜合性實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。該實(shí)驗室教學(xué)內主要是：繼電器及其控制、PLC及應用、變頻器使用、機電一體化實(shí)訓等。課程組根據學(xué)校的教學(xué)實(shí)際以及教學(xué)內容的特點(diǎn)與要求， 實(shí)踐了以自制設備為主的實(shí)驗室建設之路，取得了良好的效果。

1、自制設備的原則與技術(shù)開(kāi)發(fā)路線(xiàn)

根據電氣控制實(shí)驗室的功能要求和教學(xué)內容特點(diǎn)，課程組在具體研制時(shí)，把以下幾方面作為了自制設備的基本原則：①設備應滿(mǎn)足課程綜合性實(shí)踐教學(xué)的需求，在可以進(jìn)行課程實(shí)驗的基礎上還能開(kāi)展課程設計、畢業(yè)設計以及大學(xué)生課外創(chuàng )新設計等活動(dòng)；②設備元器件的選配應緊密結合新技術(shù)、新產(chǎn)品的要求，使教學(xué)內容及時(shí)得到更新；③設備功能單元的布局應便于學(xué)生獨立自主操作、實(shí)用靈活、安全可靠；④設備應有可擴展的余地，便于在今后能滿(mǎn)足開(kāi)出新的實(shí)驗或實(shí)踐項目。

在此基礎上，按照如圖1 所示的技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。

圖1 自制設備技術(shù)開(kāi)發(fā)路線(xiàn)

2、自制設備的實(shí)踐

2.1 自制繼電器控制展示柜

在進(jìn)行繼電器-接觸器控制方面的實(shí)驗教學(xué)時(shí)，通常是利用高性能電工綜合實(shí)驗裝置，該裝置按照實(shí)驗教學(xué)任務(wù)的要求，把傳統的實(shí)驗單元制成了便于組裝的小型掛件，加快了實(shí)驗器件的更換速度，裝置的安全性能也較好，為順利進(jìn)行實(shí)驗提供了保障。但經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的使用發(fā)現，由于該裝置上的所有教學(xué)功能單元掛件為內置元件的結構方式， 學(xué)生不能夠直接觀(guān)察到元器件的物理結構， 影響了對器件認識的學(xué)習效果；在進(jìn)行電路連接時(shí)，學(xué)生僅僅是根據實(shí)驗電路圖，在掛件面板找到標有符號的插孔式接線(xiàn)端子，直接用導線(xiàn)插接即可， 這樣就不能夠使學(xué)生真正理解實(shí)際電路的結構，對學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的培養產(chǎn)生了影響。

針對上述裝置在教學(xué)中的不足，課程組自制了繼電器控制展示柜，如圖2 所示。在該裝置上，以三相異步電動(dòng)機為控制對象，由常見(jiàn)低壓電器構建控制電路單元，把所用到的元器件安裝在了掛板前端，充分展示出了電器元件的結構形態(tài)、接線(xiàn)端子位置、線(xiàn)路連接走向、電器動(dòng)作過(guò)程、電路產(chǎn)生作用等內容和現象。該裝置為下一步學(xué)生自主連接線(xiàn)路、深刻理解電路原理起到了很好的示范與輔助作用。

圖2 繼電器控制展示柜

2.2 自制PLC 實(shí)驗箱

可編程控制器（PLC）是集微機技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通訊技術(shù)于一體的通用工業(yè)控制裝置， 已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域得到了極為廣泛的應用， 因此許多學(xué)校的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中都把在PLC 作為了重要的教學(xué)內容。根據教學(xué)需要， 我校購置了歐姆龍公司生產(chǎn)的CPM1A 型小型PLC，該款PLC 為一體式結構， 進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗與實(shí)踐教學(xué)時(shí)需要獨立外配電源，不斷變更端子接線(xiàn)，而且在運行狀態(tài)下僅僅依靠主機面板的LED 指示信號的變化，造成了使用不便、容易損壞主機的問(wèn)題。因此，課程組從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，研制了PLC 實(shí)驗箱，如圖3 所示。

圖3 PLC 實(shí)驗箱

利用改裝置可實(shí)現的教學(xué)任務(wù)有： 熟悉并練習PLC常用指令、開(kāi)發(fā)控制任務(wù)應用程序、訓練與外圍設備的連接等。為了方便學(xué)生引入輸入信號，實(shí)驗箱直接安裝了8個(gè)帶有動(dòng)作指示等的按鈕，同時(shí)把其余的輸入點(diǎn)內接導線(xiàn)引到了面板的接線(xiàn)端子排，增加了輸入連接的靈活性和通用性。為了更加便于觀(guān)察輸出信號的變化，在PLC 的每個(gè)輸出點(diǎn)上都安裝了小型信號指示燈，只要對應點(diǎn)出"1"，指示燈及被點(diǎn)亮，"放大"了觀(guān)察結果；由于PLC 驅動(dòng)能力有限，另外為了能驅動(dòng)較大的負載，每個(gè)輸出端子都預置了二次驅動(dòng)繼電器， 繼電器的執行觸點(diǎn)也通過(guò)內接導線(xiàn)引到了面板的端子排。

該實(shí)驗箱體積小、功能強、使用方便、提高了PLC 的安全性與可靠性，教學(xué)應用*。

2.3 自制開(kāi)放式電氣控制實(shí)訓臺

電氣控制技術(shù)領(lǐng)域包含內容廣，涉及技術(shù)手段多，特別是隨著(zhù)社會(huì )的不斷發(fā)展，新技術(shù)、新器件不斷涌現，為了更好地跟隨科技發(fā)展的步伐，使教學(xué)與實(shí)際更加緊密結合，課程組自制了開(kāi)放式電氣控制實(shí)訓臺裝置，如圖4 所示。

該裝置采用開(kāi)放式結構， 集繼電器-接觸器控制，PLC 控制，變頻控制等于一體， 不僅能實(shí)現基礎性單一實(shí)驗， 還可以完成多課程綜合性?xún)热輰?shí)踐。

圖4 開(kāi)放式電氣控制實(shí)訓臺

在設備上可以實(shí)現以下實(shí)踐教學(xué)任務(wù)：

（1）常見(jiàn)低壓電器認識實(shí)驗：

設備裝有按鈕、交流接觸器、中間繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器、低壓斷路器等， 可以開(kāi)展結構及原理實(shí)驗。

（2）常見(jiàn)電氣控制方法實(shí)驗：

可以完成點(diǎn)/長(cháng)動(dòng)控制、正反轉控制、時(shí)間控制、順序控制等。因為器件較多，便于開(kāi)展創(chuàng )新性、綜合性實(shí)驗。

（3）PLC 認識及使用實(shí)驗：
設備裝有OMRON 公司CP1E型PLC，可以開(kāi)展與PLC 相關(guān)的控制實(shí)驗和實(shí)訓。更重要的是本設備能夠在同一裝置上通過(guò)與繼電器板塊相結合實(shí)現較完整的電氣控制實(shí)驗（主電路與PLC 控制電路），克服了一般PLC 實(shí)驗箱及一些設備只能進(jìn)行控制回路實(shí)訓的缺點(diǎn)。

（4）變頻器控制實(shí)驗：
設備配有臺達VFB-D 型變頻器一臺，可以與PLC、接觸器等結合完成變頻控制實(shí)驗。

（5）工業(yè)組態(tài)技術(shù)及觸摸屏應用實(shí)驗：
設備配有歐姆龍NS8-TV00B-ECV 觸摸屏一個(gè)，可以與PLC 結合完成工業(yè)組態(tài)軟件及觸摸屏使用的實(shí)驗。

（6）電氣控制技術(shù)、機電一體化技術(shù)、變頻技術(shù)等課程的綜合性項目實(shí)訓與課程設計。

（7）控制類(lèi)題目的畢業(yè)設計

本裝置將功能類(lèi)似的元件組合在一起， 主要有控制面板組件、PLC 組件、繼電器組件、電源組件等。進(jìn)行了強、弱電分離，減少了干擾；外形整齊美觀(guān)，便于調節、維護。設備底部為儲物柜體，可以放置工具箱、導線(xiàn)、電器元件等材料，節約了實(shí)驗室空間，提高了設備利用率。