PLC應用實訓系統構建探索

張國平 王玉梅

摘要 職業院校要在教學大綱規定的時間里,完成對學生基本PLC應用能力和操作技能的培養,就必須構建一套實用、高效的PLC應用實訓系統。就構建一套什么樣的系統、怎樣構建這樣一套系統展開討論。

關鍵詞 PLC; 實訓系統;實踐能力;操作技能

中圖分類號:G712 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)24-0074-02

Research on Development of PLC Training System//Zhang Guoping, Wang Yumei

Abstract Its necessary for vocational institutions to build a practical and efficient PLC training system in order to develop students capability of operating and using PLC during the period set by the syllabus. So what functions should the training system provide and how to build such training system? This paper will discuss these issues.

Key words PLC Training System; practical capability; operation skills

Authors address Xinjiang Shihezi Institute of Technology, Shihezi, Xinjiang, 832000, China

目前,PLC(Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)技術已在我國工業自動化生產中被廣泛應用,取得良好的經濟效益和社會效益,因而企業急需一大批掌握先進技術的高技能人才。但是許多職業技術院校培訓設備陳舊、落伍,培養的學生不能適應現代工業發展的需求,造成就業困難。面對這種形勢,為更好適應我國經濟、科學技術和社會的發展,各職業院校在相關專業中普及PLC技術教育已極為普遍,各大中專院校都紛紛購買PLC實訓設備及實訓器材,建立PLC應用技術實訓室。

PLC應用技術是現代控制技術的重要組成部分,企業不僅需要學生掌握好PLC專業理論知識,更需要學生對PLC應用的系統構成及實施包括整個安裝、調試、運行與維護過程的全程參與,培養學生的PLC應用能力,提高操作技能。良好的PLC實訓系統能夠有效提升學生的PLC應用能力。按照系統獲取方式,PLC實訓系統一般分為2類:1)購買教學儀器廠生產的PLC試驗、實訓教學設備,稱為A方案,目前是各地職業技術學院較多采用的一種方案;2)直接到機電市場上采購PLC實訓系統所需的通用和專用型器材,根據課程實訓教學方案設計的需要,構建滿足課程教學,貼近工廠實際,符合工程施工模式的實訓設備,稱為B方案。

為分析方便,本文把由 A方案構建的系統稱作A系統,由B方案構建的系統稱作B系統。

1 選擇實訓系統的考量要素

如何從上文提到的方案中選擇建設一個實用、高效、經濟的PLC實訓系統?筆者認為應從8個方面考慮。

1.1 實用性指系統能夠滿足PLC應用實訓教學的功能,同時具有相對經濟性(單位財力可支持性)、國內機電專業市場和現有技術市場的可支持性。

1.2 經濟性指系統的實施及系統壽命周期內對資源的需求與消耗程度。如系統的立項、設計、一次性采購所需的資金支付、運行、維護及系統報廢費用,系統運行所需的人力、空間、場地資源支持等。

1.3 可行性指在現有的約束條件(經濟性、實用性等)下從系統的構思、系統文本、系統物化到運行維護的可操作程度。

1.4 安全性系統構建及運行過程中所涉及設備與有關人員的安全程度,如利用系統完成具體的工作任務時的安全風險的大小。

1.5 快速性指系統從構建到物化,運行過程中完成某個工作任務所需的時間。

1.6 完備性與完整性完備性是指利用系統平臺能完成課程所需要的工作任務數與全部任務的比值。完整性是指利用系統平臺與工廠進行實際工程實施比較,其進程環節的完整程度。

1.7 系統冗余指此系統與彼系統、系統內部各個實訓工位設備軟件、硬件互為備用程度。構建系統時對一些通用、易損硬件按照一定的比例備份。

1.8 生命周期指從系統構思、物化、運行到報廢的全部時間。一般分為自然壽命和技術壽命2種,技術壽命要小于自然壽命。

2 實訓系統方案的比較

采用A方案實施起來相對容易些,選好教學儀器廠的整機廠家(以下簡稱教儀廠),選好設備型號,雙方簽單付費購買即可,所需的軟硬件,包括設備操作作用說明書都由生產廠家提供。B方案要難些,構成系統所需的材料包括電器、電料、軟硬件及操作使用手冊都要自行編制、采購、制作。從經濟性的角度來看,B方案要好些,在具有相同功能時采用B方案采購成本約為A方案的2/3左右。筆者曾在2007年為學院首次參加新疆維吾爾自治區機電一體化技能大賽自制3套簡易的光、機、電實訓設備,可以實現教儀廠設備的70%～80%的功能。新疆機電市場采購材料,包括PLC、變頻器、氣動元件、氣源、傳感器和簡易設備安裝架等,耗資約2萬多元。而教儀廠整機價格在每套2萬～4萬元左右。當年利用簡易的自制設備培訓參賽學生,在新疆區大賽中分別取得第二名和第三名的好成績。

從快速性方面考慮,選擇A系統好些。系統運行,在整機設備(以下簡稱整機)上做部分實訓任務速度要快些,在此平臺硬件操作的工作量只要完成導線的接插即可。而自制系統是用散件實時組裝及導線連接,操作時動作環節多,過程復雜,費時較多,而且在操作時每個動作環節的正確性、準確性等都可能出現變數,從而增大出錯的概率。但正好以此訓練學生的實操技能。A系統以亞龍集團的YL-335A自動生產線實訓考核設備為例,在主機的輸送站接線板要接76根接插線,經過多次訓練后,熟練操作的學生可在5分鐘內完成。B系統以電動機接觸器、按鈕雙重聯鎖正反轉控制接線為例,電路約有40個點。在已經安裝好元件的平板上布線,熟練工約需50分鐘(工藝一般),在配電盤、控制柜內安裝布線約需100分鐘,包括金屬殼體裝配在內約需3小時?？梢娫贏、B兩系統上完成相同的工作任務,時間相差很大。B系統對指導教師也提出更高的要求,沒有工程實踐經驗的教師無法實施B系統的工作任務。二者在軟件操作上所需時間沒有區別。所以從快速性和安全性及對指導教師的要求來看,A方案要好些。

從實用性的角度看,A、B方案各有所長,A方案偏于認知性實驗、驗證性實驗,實訓帶有較強的實驗室特色;而B方案更多地帶有工程實訓特色,適合開發基于工作過程的實訓項目,從而使實訓更具完整性。在用B方案的系統完成多個實訓工作任務后進入工廠,學生更易進入崗位角色,崗位適應時間大大縮短。

從完備性看二者相當,都可以完成課程規定的實訓任務。從完整性看,A方案相對于B方案要差些,因為整機只是模擬一些必要的系統功能,是一種教學仿真實驗與實訓系統。而B方案從工程的實際出發,具有工作過程的完整性,可以進行設備結構、安裝工藝、系統功能仿真及系統優化實訓等。以端部接線為例,在A系統中接一根線只需在安裝單元和主接線板中尋找物理定位,選取相應的連接線,最后插入插孔。而在B系統中接一根導線要進行多種選擇,一是選擇導線的截面、長度、端部絕緣材料的剝削長度;二是選擇合適的接線耳進行壓接導線端部;三是選擇合適的螺桿、螺帽、墊片連接導線。完成以上各種選擇,一根導線的連接工作才能實現。通過兩者工作過程比較,B系統構建的是真實的工作環境,A系統構建的是仿真環境。在軟件練習教學實訓時2種系統功能相同,而在工藝訓練方面兩者相差甚遠。從學生就業的崗位職能來看,有80%的學生從事機電設備或自動控制系統維護和檢修,企業看重的是學生的動手能力,操作能力培養是學生就業的可靠保障。

從系統冗余來看,B方案要好些,B方案系統中的每個器件、材料等都可以互為備用,不僅可在內部系統中互配,還可以在不同實訓系統如維修電工實訓室、PLC控制的氣動與液動實訓室的互配,實現系統內、外的備用。

從系統的運行費用來看,B方案在實訓過程中系統的主要耗損材料為電線和堅固件。做一個簡單的分析。單臺實訓系統每年要凈消耗2卷RV1.0 mm2銅線,市場價格按每卷50元計,每年要100元。銅線在使用一次后還可以再用,稱之為復用系數,在實訓室中估計在0.8左右;A方案導線復用系數在0.97以上,消耗較少(5年后導線復用系數降至0.5左右)。假設設備的壽命期為10年,則累計需投入電線費用約為1 000元。A方案購買一套整機費用比B方案多5 000～8 000元,扣除1 000元后平均每套可節約4 000～7 000元。B方案在工藝技能實訓方面明顯優于A方案,無論從經濟性還是從實用性看都是可取的。

實訓系統的安裝框架亦可采用像教儀廠所用鋁型材、鋼型材、木板、壓縮板等。筆者傾向于采用國家原機電部定型的配電、控制用金屬框架,如早期的PJL,20世紀末的GGD、GCK標準安裝金屬殼體作系統的安裝載體。這樣做也可與工廠用配電、控制設備作無縫對接,通用性強,價格也不高。這種殼體目前已實現工廠化、批量化生產,在市場上很容易買到。

3 結語

綜上所述,A系統對形成學生基本PLC應用能力具有快速性,但經濟性稍差,對形成綜合技能幫助不大;B系統完整性、經濟性、完備性較好,特別是PLC綜合應用能力和操作技能培養,有著A系統所不可替代的作用,但對掌握PLC基本應用能力速度慢。上述二者各有所長,又不能相互替代。若將二者兼用,共同構建PLC應用實訓系統,不失為一種較好的選擇。前者可用于PLC基本指令練習、梯形圖編寫訓練、軟件操作實訓;后者在時間充裕時進行綜合應用實訓,全面提高學生的PLC綜合應用能力、動手操作能力,為學生到企業頂崗實習打下良好的基礎。關于實訓室的整體結構和布局要有詳細、周密的規劃,要考慮到現在的功能和作用,還要考慮到今后的技術發展所需。建議在構建PLC應用實訓系統前認真考察,最好能找到相關的參照物加以借鑒,使系統發揮最大效用。