电气控制与PLC工程实训项目研究

王博 祁广利 张航伟 杨立军 向金龙

摘要：工程训练是高等教育的重要环节，目前在电气控制方面的训练以普通的继电接触器控制为主，难以满足当今工业自动化技术进步对实训项目的要求。我校开发了一种以PLC为控制主机的实训装置，探究了新实训项目。实训装置具有价格低廉、开放性好的特点，实训项目也具有较强的可操作性，为高等学校的工程训练提供了理论及技术参考。

关键词：电气控制与PLC;工程实训项目;实践教学;自动化控制系统

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2020）21-0281-02

一、引言

工程训练是高等教育的重要环节，多数高校均开设了关于电气控制方面的训练项目，目前以普通的继电接触器控制为主，其典型项目为三相异步电机启动停止及正反转控制。随着自动化技术的广泛应用，在工程训练中增加相关的实训项目的必要性突显[1-3]。为了解决这一问题，有必要研制适合高校自己特色的实训装置，并研究教学的实现方法。

二、实训装置的设计

结合我校实际，根据实训大纲中关于电气控制与PLC的实训内容，实训安排4天，每天1个实训项目，有三相异步电机启动及正反转控制、三相异步电机Y-Δ启动控制、液体混合PLC控制、十字路口交通灯控制，设计的实训装置能够满足实训内容。装置分为对应的4个区域，每个区域相对独立[4]。研制的电气控制与PLC实训装置样机如图所示。箱内安装了大量的端子排，供學生做实验接线用，PLC与输入输出设备的连接都是通过接线端在控制柜中连接的，因此这就增加了实验操作的灵活性，锻炼了学生的动手动脑能力。

本实训装置仅根据实训科目的要求设计制作，没有无关的其他实验项目，选用通用工业元件组装实验装置，设备的造价低廉，单台造价在3千元左右，相比3—4万的实验台具有明显的价格优势，装备一个班级（30人）需要9万元。

实训装置面板及内部布局

三、实训教学过程设计

（一）教师讲授基础知识（30—40分钟）

教师简要的讲授PLC的基本原理和PLC控制系统的组成，教学方法：项目教学法[5]。（10—15分钟）

教师讲解基础知识力求简明扼要，区别于电气控制与PLC的课程教学或实验教学，课程或实验教学是一个系统的体系，从PLC工作原理、组成、接口电路、硬件软件设计、程序调试均需要详细的讲解，并介绍实训所用到的低压电器元件的基本动作原理[6，7]。通过这种方法让学生通过实训了解PLC控制系统的设计、调试流程，对电气控制与PLC系统有一感性认识，而不是掌握复杂的编程知识，为创新创业训练中的相关自动化控制知识打下基础，同时为后续自动化相关课程的学习增加知识储备。

（二）教师示范教学（30—40分钟）

以三相异步电机控制项目为例，教师将4个按钮端子排和PLC输入端子排互联，接触器、指示灯端子排和PLC输出端子排互联，定义SB1为正转启动按钮、SB2为反转启动按钮、SB3为停止按钮，将按钮接入PLC输入端子排;将KM1、KM2、KM3、KM4线圈端子排接入PLC输出信号端子排;使用手持编程器将程序编写三相电机正反转的程序入PLC，将PLC切换到运行状态，按下正转SB1按钮，电动机将正转;按下反转按钮，电机将反转;按下停止按钮，电机将会自由减速停止。在原系统接线不发生变化的情况下，定义SB1为启动按钮、SB3为停止按钮，教师编写三相电机Y-Δ启动控制的程序，按下启动按钮SB1，电机将进入Y-Δ启动控制流程。教师借此现象向学生介绍PLC控制系统和传统继电器接触器控制系统的不同，PLC控制系统仅仅需要改变控制程序，无须改变外部线路即可实现不同的控制功能;然而继电器基础器控制系统往往需要重新更改外部线路来实现控制功能的变更，这也是PLC控制系统的优点之一。

（三）学生实践（120—160分钟）

学生在教师的指导下进行实践，实训时将按钮端子排X1，接触器线圈端子排X2，经过导线分别接入PLC的输入信号端子排和输出信号端子排。学生使用CPM1-CIF01 RS232适配器连接电脑和PLC检查程序是否正确。具体步骤如下：

1.根据实验原理分析被控对象的工艺条件和控制要求。

2.分配输入/输出接口电路，列出I/O分配表，并根据I/O分配表进行接线，指导教师检查学生符号表、I/O分配及电气连线是否正确，对学生的实验准备环节进行打分，此项分数占总分的40%。

3.参照实训指导书上的PLC控制程序，通过计算机输入控制程序，指导教师检查程序是否正确，若有问题，指导学生进行改正，指导教师对学生的实验过程环节打分，此项分数占总分的40%。

4.老师检查完毕确认无误后，学生通过操作按钮对实验台进行调试。

5.学生将调试结果展示给指导教师，指导教师对学生的实验结果打分，此项分数占总分的20%。

6.评分结束后将线拆除放回原位，以备下次实验使用。

（四）总结讨论（30—40分钟）

在实训结束后，学生和教师在实训教室对本次实训进行总结讨论，在此环节教师对电气控制系统的组成及设计步骤进行总结，引导学生思考其他工业、生活场合中电气控制的广泛应用，并提示学生在各种竞赛设计设备的动作控制，可以参考实训内容，设计基于PLC的控制系统[8，9]。

四、总结

在工程实训科目中，传统单一的金工训练科目正在向多科目的工程实训迈进，电气控制与PLC实训得到了越来越多院校的重视[10]。应用新研制的电气控制与PLC实训装置能够实现电机控制、液体混合、交通灯控制等经典PLC实训项目，具有成本低、开放性好的特点，经我校工程实训中心试用反映良好，探索了工程训练教学新模式，现正在扩大应用规模，将更多台套的PLC实训装置应用到本科生工程实训中。

参考文献：

[1]任彦，崔桂梅.“电气控制与PLC技术”教学改革的探索[J].实验室研究与探索，2011，（01）：112-113+153.

[2]马秀坤，史运涛，王捷，等.PLC实践教学在应用型人才培养中的探索与创新[J].实验技术与管理，2011，28（03）：228-231.

[3]党新安.工程实训教程[M].北京：化学工业出版社，2006.

[4]王博，陆琦，董继先.MCGS在机电系统实验台中的应用[J].陕西科技大学学报，2010，28（01）：88-90.

[5]吕艳.项目教学法在PLC实训教学中的应用案例[J].中国职业技术教育，2010，（14）：49-51+61.

[6]欧姆龙自动化 （中国） 有限公司.CPM1A操作手册[R].上海，1997

[7]正泰电气.冶金石化主配套机械配套行业选型手册[R].温州，2009

[8]陈宝生，李宝泉.电类实训教学中的安全问题及应急措施[J].技术与教育，2005，（01）：58-59.

[9]王楷.浅谈PEN断线的防范与安全接地[J].矿山机械，2008，36

（24）：72-74.

[10]陳伟，程杰.工程实训与应用型人才培养模式的研究[J].实验室研究与探索，2010，29（06）：154-156.

Abstract： The engineering training program is one of important parts of higher education. Now the relay contact control circuit was the main content at present， which cannot meet the practical needs of the progress of automation technology. A new type of practical training device was developed to resolve this problem， and new training programs are developed. The device developed has the advantages of low cost， and good openness. The training program can be operated practically. It puts forward some theoretical & technical references for engineering training programs in colleges.

Key words： Electrical Control & PLC; engineering training program; practical teaching; automatic control system