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浅论开发新电气自动化实验平台的必要性

发表时间：2021/4/26 来源：《基层建设》2020年第33期作者：赵昕

[导读] 摘要：所谓电气自动化就是借助计算机技术、信息科技以及仪器仪表控制理论建立控制体系、管理体系和项目优化体系，能在提升项目可靠性的基础上，完善运行安全性，降低项目成本的同时，为产品质量监管工作的全面落实奠定基础。

        江西中烟工业有限责任公司南昌卷烟厂江西南昌 330006
        摘要：所谓电气自动化就是借助计算机技术、信息科技以及仪器仪表控制理论建立控制体系、管理体系和项目优化体系，能在提升项目可靠性的基础上，完善运行安全性，降低项目成本的同时，为产品质量监管工作的全面落实奠定基础。
        关键词：开发；新电气自动化；实验平台
        1开发新电气自动化实验平台的必要性
        电气工程、自动化技术的发展需要大量的既适应时代特点的具有专业理论知识，又具有专业操作技能的复合型、实用型、现代型专业技术人员。目前，学校现有的电气传统实验室、电力工程实验室、计算机控制实验室等专业实验室只能满足基本教学的要求，需要建立与社会对人才的要求相适应的高水平实验室。
        把培养工程应用能力和创新能力贯穿于实践教学的全过程，让学生接触到电气工程及电气自动化领域的最先进技术，给他们带来更多宝贵的培训、实习和实践机会，可有效锻炼学生的工程实践能力和专业综合能力，有助于培养学生的创新精神和综合素质，使在校学生在走向社会之前拥有实际系统设计及应用的经验，为学生将来走上工作岗位打下坚实的基础。既保证学生接受厚基础宽口径的扎实的基础理论教育，又受到良好的工程师的训练。可培养出创新型电气及自动化高素质高级工程应用人才。
        电气自动化控制所涉及的设备很多，仅仅是PLC的实验并不能给学生带来更多的认识。运动控制器可以实现多轴运动控制、电子凸轮、电子齿轮和虚轴等复杂控制，现场总线技术可以轻松简单的组建多电机伺服系统，以太网通信组网可以构建网络实现PLC群控，高度集成的智能电机启动器可以实现智能电机启动等等。随着计算机技术和数字网络通讯技术的发展，网络通讯的速度和安全可靠性越来越高，具备了全面实现电气自动化的条件，实现系统自动化，并与DCS系统实现信息、资源共享，提高了运行人员对电气系统参数的集中监视和控制手段，此外，这些也是适应市场、提高经济运行水平和自动化水平的必然趋势。
        2电气自动化实验平台的设计思想
        2.1有效解决PLC实验室设备多样化不足的问题
        在传统管理机制中学校实验室内设备多样化存在严重不足，尤其是电气自动化实验室，PLC是唯一的设备，且学生在实际操作中只能进行逻辑控制。要想有效提升学生实际操作管理工作的基本效果，就要建立全面且完整的管理机制，整合最新发展技术框架体系的基础上，明确项目最新发展进程，并能综合应用运动控制器、智能化电机启动器以及变频器等，合理性完善总线型伺服驱动管理。第二，有效处理PLC功能单一化问题。在传统的PLC实验室中，工业控制设备单一化较为严重，且只能完成逻辑控制，在主流PLC逐渐发展的进程中，高速计数以及脉冲输出也成为了重要的应用机制，差异化型号的PLC能有效对模块进行扩展处理，但是依旧存在接口较少的问题，一般仅仅包括编程接口、电源接口和输入输出接口，扩展接口数量不足。基于此，为了解决功能单一化问题，就要设计新型实验平台。第三，遵循开放化思想。在实验室平台监管工作开展进程中，要积极落实系统化预期监督机制，达到学习和理解的目的，并且将演示系统和实验现象予以综合处理。也就是说，为了从根本上还原实验工作的本质，就要秉持开放性设计思想，有效提升控制系统的组建和处理工序，维护系统运行完整程度。第四，实现电气自动化最新技术的集成。近几年，技术发展和革新速度不断加快，要想借助技术实现项目发展目标，就要对平台进行组态技术、触摸屏技术以及现场总线技术的整合，优化技术运行管理效果的基础上，完善技术运行框架结构的完整性。
        2.2电气自动化实验平台的构架
        第一，电气自动化基本实验平台A。

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整个系统中涉及的设备主要依托可编程控制器M218、触摸屏以及变频器等，实验平台自身除了能有效完成PLC逻辑编程工作外，也能合理性实现触屏和PLC通信，具有一定的应用价值。最重要的是，在实际应用体系内，能实现M218和串口组态软件的连接，实现监控。第二，电气自动化基本实验平台B。涉及可编程控制器M218、触摸屏、伺服驱动器等，实验重点就在于能实现PLC脉冲控制伺服系统，借助控制机制就能合理性优化精确速度控制和位置控制工作。第三，综合自动化实验平台，主要包括可编程控制器M218、触摸屏、伺服驱动器以及电机等，是基于总线结构建立的总线通信技术研究结构，能精确地对速度进行合理性控制，完善位置监管机制和扭矩控制机制，实现以太网通信。第四，运动控制实验平台，利用伺服机就能对三个基础轴结构进行驱动处理，实现三维环境中多轴联动控制的目的，并且能维护同步控制结构，实现电子凸轮处理和虚轴处理目标。
        3电气自动化实验平台总体设计
        3.1总体结构
        为实现更多的功能，设计的电气自动化试验平台分为了不同的配置，分别包括电气自动化基本实验平台和综合实验平台设计。为充分体现学习由简单到复杂的过程，设计电气自动化实验平台分为了电气自动化化基本实验平台和自动化专业综合实验。变频器、触摸屏、继电器、接触器、触摸屏伺服驱动器、可编程控制器等作为实验平台中的电气自动化专业方向的主要设备，除了可编程逻辑控制器基本逻辑控制之外，还需要实现通信功能、智能电机控制功能、接触器电机启动控制等。可编程控制器能够与组态软件通过串口连接，实现对整个控制系统的监控。变频器能够实现对交流电机的控制，也能够由可编程控制器进行控制。
        3.2基本实验平台开发
        电气自动化基本实验平台建设采用HMI+ATV312+M218架构，能够实现组态软件教学、计算机控制技术、可编程控制器等教学。可编程逻辑控制器作为被实验用PLC，数字量为14组作为内部设置，4组的快速输出和10组的继电器输出，快速输入为4点的计数功能被采用，可以实现控制多轴定位。通信接口用于RTS-485标准接口、Mini-USB接口，支持ASCII协议通信，能够实现与变频器和触摸屏的通信。采用标准以太网接口实现与上位机的数据通信。可以支持最多152个扩展输入输出点。作为可编程逻辑控制器扩展模块与兼容模块TM2DOCKN是专用的，主要实现扩展模块的兼容。主要通过TM218实现本实验平台的扩展功能。TM2ALM3LT是模拟量输入输出混合扩展模块，能够输出0～10V电压，输入0～20mA电流。变频器的输出频率范围0～500Hz，内置CANopen通信协议，实现与其他控制设备的通信，能够实现启动和调速实现电机控制，也可以通过外来的电压或者电流信号交流电机能够被良好控制。电机保护、电机启动集于一体可以被实现，通过模块化和高度集成化的启动电机设备通过工业电脑控制的启动器得以实现，占用空间小，能够保护电机，避免电机运行时间过长、短路、欠载、相电流不均衡等，同时可以实现Modbus、DeviceNet可扩展通信模块。交通电机的控制也可以由变频器控制。触摸屏软件可以通过编程实现，具有MiniUSB接口程序下载，配置了两个窗口通信功能，可以实现与多种控制器的通信连接。
        结束语
        综上所述，自动化实验平台属于自主创新实验教学平台，继承现今高新技术技术和设备等，知识覆盖面更广，具有一定的自主性、先进性和综合性特点。实验平台建设采用模块化设计，具有很高集成度，能够为学生提供更大的实验平台，不仅能够支持基本教学，同时也能够为学生提供个性化实验，有助于自主课外活动的开展。设计电气自动化实验平台开发有助于相关课程的开展。
        参考文献：
        [1]翟文权.基于PLC和运动控制器的电气自动化实验平台的设计[J].自动化与仪器仪表，2015（12）：28-29.
        [2]刘凤硕，刘威.论电气自动化实验平台的设计与开发[J].城市建设理论研究：电子版，2015（29）.