摘要：針對機床電氣控制、PLC、變頻器等課程的綜合實訓，設計出開放性較強的電氣控制綜合控制實驗平臺，對其運用原理和結構組成進行了分析和探討，并闡述了在實踐教學和科研中的應用實例及其特點。

關鍵詞：電氣控制 可編程控制器PLC 變頻器 MCGS

　　　　0 引言
　　　　本文介紹的電氣控制綜合實訓實驗平臺，充分利用了電氣、自動化、計算機等多學科領域的基礎知識和技術，綜合性和實用性較強，又以開放性和設計性實訓為主，改變了原來的單一實驗單一設備或單一課程單一實驗裝置的獨立模式，同時也能適應以機床電氣控制，PLC，變頻器等課程為主的專業教學和綜合實訓的需要。

　　　　該實驗臺一方面對常見的機床電氣控制——繼電器-接觸器硬件接線提供了控制對象和模型，克服了傳統實驗裝置功能單一，只能完成固定實驗內容的缺陷。另一方面引入目前在工控行業廣泛應用的可編程序控制器PLC，變頻器，傳感檢測等設備，為學生構建、仿真工控系統搭建了一個平臺。

　　　　1 實驗臺原理、結構

　　　　1.1 實驗臺原理分析 首先建立實驗平臺的控制系統的理論模型。典型的控制系統由系統輸入、控制部分、反饋元件、系統輸出等組成。控制部分又分為開環系統和閉環系統兩種。

　　　　一般設備的電氣控制系統由輸入設備、邏輯控制和執行機構三部分組成，也可根據實際的生產機械或生產設備運行情況進行閉環控制。輸入設備用于采集現場信號輸送到系統，如開關、按鈕、繼電器接觸器觸點、行程開關、傳感器等裝置；邏輯控制部分主要對輸入信號進行邏輯轉換，數據處理；轉換之后的控制信號用于控制執行機構。邏輯控制部分可由繼電器—接觸器線路搭建或通過PLC編程實現。執行機構用于直接驅動負載，常見的有接觸器、電磁閥、變頻器、直流控制器、顯示元件等。

　　　　對于較復雜的控制系統可先利用仿真軟件對控制系統各種運行狀態進行仿真，然后根據實際情況選擇最佳的控制方案。常用的仿真軟件如MCGS，Visual Graph等。

　　　　1.2 實驗臺結構 根據典型電氣控制系統的基本原理及組成，實驗系統的系統組成由控制面板（按鈕、開關、指示燈等）、控制部分（繼電器—接觸器系統、PLC等）、執行部分（接觸器、變頻器等）、控制對象（電機、顯示器、機床動力頭等）、計算機及相關軟件組成。

　　　　實驗裝置主要由三部分組成：
　　　　以繼電器—接觸器為主的電氣控制部分。通過按鈕、開關、接觸器、繼電器、熱繼電器等電器元件的選擇，布線，接線及調試，完成傳統的繼電器—接觸器邏輯控制線路，實現不同的控制要求。如三相異步電動機的點動、長動、正反轉、順序啟動、降壓啟動，機床執行部件的往復運動等控制功能。

　　　　基于PLC和變頻器的電機控制部分。通過計算機利用PLC的編程軟件完成應用程序的設計，并下載到PLC中；構建PLC與變頻器之間的連接（軟件連接、硬件連接），并通過電機相關量的檢測裝置（電壓表、電流表、編碼器等），對電機的的運行狀態進行實時監控或構建閉環控制系統。

　　　　利用組態軟件MCGS或Visual Graph完成對電氣控制控制系統與PLC應用技術的仿真。通過仿真軟件的編程，仿真控制線路中的各個開關、觸點以及接觸器線圈的邏輯關系，并可在仿真畫面中較真實的顯示控制面板；并且所有導線、繼電器線圈、觸點和開關等都可設置成不同的顏色以便區別。把組態軟件和PLC連接起來，用組態畫面實現各個開關、接觸器等器件的動態顯示，用PLC實現控制功能。

　　　　至此，我們搭建綜合實驗平臺的基本結構原型，由于系統地開放性和擴張，可以根據需要增加電氣元件、執行部件和其它功能模塊。

　　　　2 設計實例

　　　　電氣控制綜合實驗平臺由電路接線面板、控制面板、執行元件、PLC、變頻器及相關軟件所組成。PLC選用歐姆龍公司的SYSMAC CP1H系列，4點開關量I/O輸入輸出，具有模擬量輸入輸出功能。變頻器選用歐姆龍公司的開環矢量控制型變頻器SYSDRIVE 3G3MZ系列，該系列變頻器除可實現無傳感器矢量控制的強大轉矩對的豐富應用外，還搭載了RS485和DeviceNet PROfibus CANopen等其它可選件，能實現與可編程控制器PLC等上位機的連接，也方便完成通信系統的設計。CP1H配備了標準USB端口和兩個串行通信接口（RS-232C和RS-485），利用USB端口與上位機通信，利用RS-485與變頻器進行通信。

　　　　電路接線面板采用網孔板形式，電器元件的位置可以自行設計，給學生提供了更大的設計控制空間。實驗臺控制面板布置有紅、綠、黃等指示燈和各種按鈕，主要用于控制操作和指示。執行元件工作臺提供各種執行元件，如三相異步電機、步進電機、伺服電機等各種電機和機床動力裝置。

　　　　PLC程序設計采用OMRON公司的編程軟件CX-Programmer，對于較復雜系統可利用組態軟件MCGS完成電氣控制與PLC應用技術的仿真。

　　　　3 實驗裝置的特點

　　　　3.1 實踐性強，提高學生動手能力 實驗平臺采用真實的電氣元件或實際模型，直觀性很強。如各種電機、機械動力滑臺，模擬機床動力滑臺運轉，快進，工進，快退等整個工件加工過程，學生通過對各類電器及電氣元件的認識，接線和組裝，可以熟悉并掌握各類機械設備和自動化裝置的常用結構和工作原理。

　　　　學生在這些具體線路的組裝和調試中，需要進行大量的實際操作，從而提高了自身的動手能力和解決實際問題的能力。如電機控制，首先要熟悉電機控制原理圖，繪制出電路圖和接線圖，然后完成線路的連接，再通電實驗，調試，最后觀察電機的運轉情況。

　　　　通過計算機的軟件編程完成PLC應用程序的設計可以全面提高解決實際問題的能力. 此外利用仿真軟件可以更大范圍的發揮學生的主動能動性，拓展控制系統模型的設計能力。

　　　　3.2 開放性好，培養綜合素質 和其它課程實驗裝置相比，此平臺的電機實驗內容涉及面廣，具有開放性和綜合性的特點。實驗平臺還可根據不同實驗要求，增加相應的功能。

　　　　3.3 創新性高，增強科研素養 實驗平臺具有很強的開放性，學生可以自由選題，自主設計，提高創新能力。另外可以利用此實驗裝置進行控制系統的設計和仿真，最終應用到工程實踐中。

　　　　4 結語

　　　　本文所述的電氣控制綜合試驗平臺設計成功后，已在我院的現代電氣控制綜合實訓室中投入使用。學生可在實驗臺上自主設計調試出各種電氣控制線路和PLC應用程序，并且形象生動的看到實際的控制效果。實踐證明，此實驗運行正常，有很高的可靠性和安全性，為教學，實驗和科研搭建了一個很好的平臺。　

參考文獻

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