電氣控制實驗室的實踐與探索

實踐教學是高校教學活動的重要組成部分，是理論知識學習深化、學生動手能力培養的重要途徑，也是學生獲取隱性知識的主要手段，實踐教學的質量直接影響著學生的培養質量。實驗室是開展實踐教學活動的主要場所，實驗設備又是*的重要載體。充分利用好實驗設備， 起到理實結合的橋梁和紐帶作用是實驗室建設的重要內容。通常，實驗設備多以購置為主，但外購設備價格相對較高，出現故障維護不便，不能充分與學校的教學實際相符合，在可擴展性、新技術引用的及時性等方面都存在著不足。

電氣控制實驗室是我校的專業實驗室之一，承擔著電氣控制技術、機電一體化技術、變頻技術、電工技術等課程的實驗以及其它相關的綜合性實踐教學任務。該實驗室教學內主要是：繼電器及其控制、PLC及應用、變頻器使用、機電一體化實訓等。課程組根據學校的教學實際以及教學內容的特點與要求， 實踐了以自制設備為主的實驗室建設之路，取得了良好的效果。

1、自制設備的原則與技術開發路線

根據電氣控制實驗室的功能要求和教學內容特點，課程組在具體研制時，把以下幾方面作為了自制設備的基本原則：①設備應滿足課程綜合性實踐教學的需求，在可以進行課程實驗的基礎上還能開展課程設計、畢業設計以及大學生課外創新設計等活動；②設備元器件的選配應緊密結合新技術、新產品的要求，使教學內容及時得到更新；③設備功能單元的布局應便于學生獨立自主操作、實用靈活、安全可靠；④設備應有可擴展的余地，便于在今后能滿足開出新的實驗或實踐項目。

在此基礎上，按照如圖1 所示的技術路線進行了開發。

圖1 自制設備技術開發路線

2、自制設備的實踐

2.1 自制繼電器控制展示柜

在進行繼電器-接觸器控制方面的實驗教學時，通常是利用高性能電工綜合實驗裝置，該裝置按照實驗教學任務的要求，把傳統的實驗單元制成了便于組裝的小型掛件，加快了實驗器件的更換速度，裝置的安全性能也較好，為順利進行實驗提供了保障。但經過一段時期的使用發現，由于該裝置上的所有教學功能單元掛件為內置元件的結構方式， 學生不能夠直接觀察到元器件的物理結構， 影響了對器件認識的學習效果；在進行電路連接時，學生僅僅是根據實驗電路圖，在掛件面板找到標有符號的插孔式接線端子，直接用導線插接即可， 這樣就不能夠使學生真正理解實際電路的結構，對學生實踐動手能力的培養產生了影響。

針對上述裝置在教學中的不足，課程組自制了繼電器控制展示柜，如圖2 所示。在該裝置上，以三相異步電動機為控制對象，由常見低壓電器構建控制電路單元，把所用到的元器件安裝在了掛板前端，充分展示出了電器元件的結構形態、接線端子位置、線路連接走向、電器動作過程、電路產生作用等內容和現象。該裝置為下一步學生自主連接線路、深刻理解電路原理起到了很好的示范與輔助作用。

圖2 繼電器控制展示柜

2.2 自制PLC 實驗箱

可編程控制器（PLC）是集微機技術、自動化技術、通訊技術于一體的通用工業控制裝置， 已在工業控制的各個領域得到了極為廣泛的應用， 因此許多學校的自動化專業中都把在PLC 作為了重要的教學內容。根據教學需要， 我校購置了歐姆龍公司生產的CPM1A 型小型PLC，該款PLC 為一體式結構， 進行相關實驗與實踐教學時需要獨立外配電源，不斷變更端子接線，而且在運行狀態下僅僅依靠主機面板的LED 指示信號的變化，造成了使用不便、容易損壞主機的問題。因此，課程組從教學實際出發，研制了PLC 實驗箱，如圖3 所示。

圖3 PLC 實驗箱

利用改裝置可實現的教學任務有： 熟悉并練習PLC常用指令、開發控制任務應用程序、訓練與外圍設備的連接等。為了方便學生引入輸入信號，實驗箱直接安裝了8個帶有動作指示等的按鈕，同時把其余的輸入點內接導線引到了面板的接線端子排，增加了輸入連接的靈活性和通用性。為了更加便于觀察輸出信號的變化，在PLC 的每個輸出點上都安裝了小型信號指示燈，只要對應點出"1"，指示燈及被點亮，"放大"了觀察結果；由于PLC 驅動能力有限，另外為了能驅動較大的負載，每個輸出端子都預置了二次驅動繼電器， 繼電器的執行觸點也通過內接導線引到了面板的端子排。

該實驗箱體積小、功能強、使用方便、提高了PLC 的安全性與可靠性，教學應用*。

2.3 自制開放式電氣控制實訓臺

電氣控制技術領域包含內容廣，涉及技術手段多，特別是隨著社會的不斷發展，新技術、新器件不斷涌現，為了更好地跟隨科技發展的步伐，使教學與實際更加緊密結合，課程組自制了開放式電氣控制實訓臺裝置，如圖4 所示。

該裝置采用開放式結構， 集繼電器-接觸器控制，PLC 控制，變頻控制等于一體， 不僅能實現基礎性單一實驗， 還可以完成多課程綜合性內容實踐。

圖4 開放式電氣控制實訓臺

在設備上可以實現以下實踐教學任務：

（1）常見低壓電器認識實驗：

設備裝有按鈕、交流接觸器、中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器、低壓斷路器等， 可以開展結構及原理實驗。

（2）常見電氣控制方法實驗：

可以完成點/長動控制、正反轉控制、時間控制、順序控制等。因為器件較多，便于開展創新性、綜合性實驗。

（3）PLC 認識及使用實驗：
設備裝有OMRON 公司CP1E型PLC，可以開展與PLC 相關的控制實驗和實訓。更重要的是本設備能夠在同一裝置上通過與繼電器板塊相結合實現較完整的電氣控制實驗（主電路與PLC 控制電路），克服了一般PLC 實驗箱及一些設備只能進行控制回路實訓的缺點。

（4）變頻器控制實驗：
設備配有臺達VFB-D 型變頻器一臺，可以與PLC、接觸器等結合完成變頻控制實驗。

（5）工業組態技術及觸摸屏應用實驗：
設備配有歐姆龍NS8-TV00B-ECV 觸摸屏一個，可以與PLC 結合完成工業組態軟件及觸摸屏使用的實驗。

（6）電氣控制技術、機電一體化技術、變頻技術等課程的綜合性項目實訓與課程設計。

（7）控制類題目的畢業設計

本裝置將功能類似的元件組合在一起， 主要有控制面板組件、PLC 組件、繼電器組件、電源組件等。進行了強、弱電分離，減少了干擾；外形整齊美觀，便于調節、維護。設備底部為儲物柜體，可以放置工具箱、導線、電器元件等材料，節約了實驗室空間，提高了設備利用率。