PLC综合实训台的设计与应用
PLC是工程自动化控制系统的核心设备，《电气控制与PLC技术》是机电一体化技术专业的核心课程，也是理论与实际结合非常紧密的一门课程。其教学方式大多采用多媒体教室讲解、机房仿真演示或实训室编程实训。上课过程中涉及大量现场设备操作、程序调试修改和现象观察，传统教学方法不能同时满足实时讲解和在线操作演示。
PLC综合实训台可以实现在授课的同时，完成在线编写程序、建立通信、下载、调试修改、实时监控设备、修改人机界面等内容的讲解和演示。结合课堂内容设置一些疑问，以提高学生的操作兴趣， 让学生带着这些疑问去进行操作，进一步培养学生的独立思考能力、知识运用能力、实践能力。
笔者经过大量调研， 发现现有成套设备价格昂贵，实训内容固定，不能根据现实需要灵活升级。采用自主设计、购置元件自行安装的方案，可以节约大量费用，同时提高专业教师的科研能力和实践操作能力。
1、PLC综合实训台的总体设计
1.1 根据教学要求完成PLC 综合实训台元件选型
《电气控制与PLC 技术》课程的主要教学任务有：①PLC基础知识；②PLC 电力拖动控制；③变频器控制；④PLC模块扩展；⑤人机界面智能监控控制。比较目前市面上的主流产品， 参考部分院校的实训设备，在此基础上结合实际情况，选用S7-200 smart 和其触摸屏作为实训平台的主体，具体选型方案如表1 所示。
|
序号 |
名称 |
型号 |
备注 |
|
1 |
CPU模块 |
CPUST60 |
DC/DC/DC 36I/24O |
|
2 |
数字量扩展 |
EM DT16 |
8I/8O |
|
3 |
模拟量扩展 |
EM AM06 |
4I/2O |
|
4 |
通信信号板 |
SB CM01 |
|
|
5 |
数字量信号板 |
SB DT04 |
|
|
6 |
模拟量信号板 |
SB AQ01 |
|
|
7 |
开关电源 |
24V100W |
电源 |
|
8 |
开关电源 |
5V50W |
模拟量电源（备用） |
|
9 |
触摸屏 |
Smart 1000 IE |
|
|
10 |
数据线 |
RS PPI |
|
|
11 |
变频器 |
SINAMICSG120 |
|
|
12 |
中间继电器 |
|
施耐德 |
|
13 |
开关及LED灯 |
|
|
|
14 |
传感器 |
|
|
|
15 |
安装板及辅材 |
|
|
|
16 |
电机 |
|
|
表1 PLC综合实训平台选型方案
1.2 PLC 综合实训台的总体布局
根据实训台的功能要求进行合理分区，综合考虑实训桌的尺寸和电气元件的外形、布线走向等，实训台的总体布局如图1所示：布局图形说明：
（1）安装板大小为（90×60）cm，材料为不锈钢，钣金厚度2cm。
（2）安装板上面合理布置线槽。
（3）易损件固定不动，易损接线端外接接线端子保护。
（4）自由模块选配电机、指示灯、传感器及触摸屏等，根据课题灵活运用。
|
PLCCPU及扩展模块 |
过载保护器、空开 |
|
中间继电器 |
自由模块 |
|
开关电源 |
自由模块 |
图1 PLC综合实训台总体布局
1.3 PLC综合实训台的功能框图
PLC综合实训台的功能如图2 所示：PLC控制器（CPU）读取外界传送的各种数字量信号和模拟量信号，并根据事先编制好的程序进行数据分析、处理和判断，从而得出输出信号，驱动继电器或指示灯动作及输出指令给变频器驱动电机动作。动作控制和功能切换由操作面板完成。触摸屏具有参数设置、显示教学示教、设备监控和模拟调试等功能，可取代传统的控制面板和显示仪表，实现人与控制系统的信息交换。
图2 PLC综合实训台功能框图
2、PLC综合实训台的电路设计
实训台的电路设计由主回路、PLC电路、变频电路和指示灯电路组成，如图3～图6所示。
图3 PLC综合实训台主电路
图4 PLC综合实训台指示灯电路
图5 PLC综合实训台的PLC回路
图6 PLC综合实训台变频器回路
3、总结
PLC 综合实训台具有结构简单、操作方便、适应性强、实验结果直观、安全可靠等优点。可用于PLC有关课程的演示、实验、实训和毕业设计等教学环节。PLC综合实训台为学生了解PLC的结构、理解PLC的工作原理及各种操作指令、掌握PLC控制程序的编写和熟悉控制系统的调试提供了一个良好的实践平台，在此基础上逐步熟悉工业系统中模拟量采集、数据处理、变频器的设置、触摸屏的通信等，进而向工业控制的高级阶段迈进。
