检测技术实训平台现状与技术改进建议

韩立星，廖金团

（柳州城市职业学院，广西 柳州 545616）

0 引 言

高职院校重视学生动手实践能力的训练，实训平台在提升学生职业技能能力中发挥着不可或缺的作用，加深检测技术的学习可以全面提升学生对自动控制、通信以及传感器等知识的理解[1]。本文结合现有学院实训室中的几款典型检测平台进行介绍，分析各实训平台的功能、组成及特点，指出其不足。总结归纳了未来传感器实训平台的开发路径和设计框架。

1 各类检测技术实训平台研发现状

1.1 市场上主流的检测技术实训平台介绍

柳州城市职业学院现有浙江亚龙公司出品的YL-335B型自动生产线实训考核装备如图1所示。设备包含送料单元、加工单元、装配单元、输送单元以及分拣单元5个单元，其外形美观大方，电气设备布局合理，方便学生拆装理解传感器和电气控制原理。

图1 亚龙公司YL-335B型自动生产线实训平台

通过该装备可以学习磁感应接近开关、电感式接近开关、光电传感器以及光纤传感器等来分辨物料，判断机械手的状态及物料的颜色与材质，掌握组态技术、伺服电机、变频器控制等技术[2,3]。

亚龙公司围绕不同实训场景出品了多款自动生产线实训考核装备，设备可以充分发挥学生的编程能力，模拟小型自动化生产的全过程。缺点是不同设备都围绕特定场景进行设计，可拓展性一般，此外设备零部件非标准件的维护维修成本较高。

杭州云创仪器生产的YC-998型传感器系统实验箱是一款专门针对传感器实验的实训设备，该设备优化选择了具有代表性的传感器，实验箱结构紧凑，方便携带保管，具体如图2所示。本实验箱包含被测体、传感器、信号源、处理电路、仪表显示、数据采集卡及处理软件，构成一个完整的测试系统。

图2 YC-998型传感器系统实验箱

通过实训箱的使用可以快速掌握常见的传感器及相应的检测技术，开展各种验证性实验。通过信号检测和仪表显示等功能了解传感器的作用并验证功能，但是不能实现传感器的替换，不能进行创新性实验，而且不能与PLC、单片机、电动机以及继电器等执行设备配合实训。学生虽然可以按照实训指导书完成实验，但是对工作中实际帮助有效。

1.2 高校自主研发检测实训平台介绍

揭阳职业技术学院开发了一款模块化物联网技术综合实训装置，系统采用分层设计，实训装置分为感知层、网络层以及应用层。其中，检测设备、传感器以及显示设备处于感知层，Zigbee、WiFi、串口通信、射频通信以及红外通信等通信技术在网络层进行整合，无线端通过网关接入互联网从而在应用层实现对手机和电脑等设备的无线控制。由于采用分布式网络设计，有效地将采集终端的数据处理与感知层数据采集相分离，因此系统更加灵活，提升了系统的拓展能力[4]。

河南大学物理与电子学院利用传感器技术进行创新设计实验，研发了一款传感器实验与创新实训平台。该实训平台采用模块式设计思想，由电子器件设计区、光弱电信号模块、电源模块、锁相环模块、判决模块以及光调制模块等几部分组成。特点是各功能模块的输入输出组成部分之间留有插座，实现功能独立，可以任意根据设计需要组合所需要的功能，为师生开展综合性实验和设计性实验提供了快捷高效的途径[5]。

2 检测技术实训平台设计思路

通过分析上述实训台的功能和组成可以看出，以特定的应用场景集成各种传感器检测控制实训平台具有以下几个特点。

一是模块化自组合式设计。模块化可以让学生更好地理解各组成部分的功能原理，方便实训设备的维护升级，系统的拓展和创新性设计等。二是可开展验证性或专题实验。由于实训台围绕特定场景设计，各实训台在设计之处都主要考虑实现各类验证性实验和专题实验，学生通过使用实训台可以完成教学任务，并可以理解基本的功能与原理。但是由于缺少创新性实践，使得高耦合性的单一场景又进一步限制了实训平台的创新性教学。三是围绕特定场景设计。由于检测技术在工业控制、自动化生产、物联网以及消费电子等各个应用领域都有广泛应用，但如果围绕各个场景都进行单独设计势必加大研发成本，从而对学校的经费造成很大压力，不利于设备的推广。如果可以与组态软件和仿真平台相结合，通过选取相应的硬件单元并完成调试。在计算机上利用组态软件或其他仿真平台实验软件仿真可以更好地实现多场景设计，既节约成本，又提升实训台的利用率。

开发一款自动化控制实训台首先需要坚持模块化设计、分层布局、融合多场景、软件仿真以及数据追溯等功能于一体，系统硬件构成如图3所示。其次要与上位机联动，通过LabVIEW等虚拟仿真软件增加系统的可扩展性。学生根据设置要求在触摸屏软件或者组态软件上实现仿真控制。再次增加数据的追溯与处理。数据是实现物联网必不可少的元素，其采集、分析与存储是实现智能制造的关键。最后支持PLC和单片机等设备联动控制，通过数据库实现远程控制，实时分析学生的实验情况和实验数据，对学生进行考评打分，对历史数据和成绩进行追溯[6]。

图3 典型实训台框架图

3 结 论

现有高校使用的各类传感器实训平台大多数围绕特定场景研发，优点是可以学习基本功能，进行验证性实验。缺点是项目较为固定，可拓展性差，实训台一旦采购回来往往需要使用好几年，不能与企业的需求相挂钩，同时无特殊原因设备不会更新，淘汰率高且维护成本贵。此外，实训设备普遍不具有数据通信、记录、追溯以及分析等功能，不能为教师教学提供更多的数据支持。因此亟需开发一款多场景、柔性化以及高可拓展的传感器实训平台，在一个实训平台上融入上位机、PLC、单片机等，可以进行大的系统综合实训。采用通用器件开发，降低维护成本，支持多种接口，提供数据分析、追溯以及显示评价等功能,允许通过触摸屏、PC等设备进行编程控制。在该平台上开展传感器验证实验、专题设计实验及创新设计实验，平台要兼具较高可拓展性，实现强弱电的组合控制，使学生在一套实训平台可进行各类创新性实训。