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如何设计符合教学需要的PLC实训台

     技工院校电气技术专业PLC技术及应用课程教学需要具备一个好的实训平台,然而现在学校使用的实验设备大部分都是封闭式的结构,这种结构只能使学生按照厂家的设 定完成固定的实验模块,很难培养学生的创新思维和设计 能力。而技工院校注重培养学生的动手实践能力,需要让 学生很好地与生产实践相结合,显然这种结构的PLC实训设备不适合学校教学的需要。 笔者所在技工学校电气技术专业培养的学生主要分 为以下几个类型:一是中技班,二是双高班,三是初中技 师与高中技师班。学校学生人数,在一个年级阶段就达到 200多人,而学校的教学特点都是要求每个学生学会技能操 作,因此作为电气技术专业必修课的PLC技术所需要的实训 设备就必须满足学生的实训要求,确保实训学生一人一个 工位。在这一前提下,我们提出设计开发适合学校学生实 训特点的PLC实训平台。 现有的PLC实验设备并不能达到我们的实训要求,如一 些实验教仪公司生产的PLC实验设备,PLC的输入输出点设 计得不规范,很容易造成设备的损坏。一旦设备损坏,维 修很不方便,而且费用比较高。另外学生在设备上只能进 行一些实验操作,不能进行接线训练,更不能规范学生对 PLC接线的工艺要求。因此,要满足学生的实训要求,就需 要我们自己设计制作PLC实训台。由于天煌科技有限公司有 比较成熟的实训设备制作工艺,因此学校选择与天煌公司 合作的方式设计制作实训台,具体方式是,学校负责实训 装置的设计与安装,实训工作台由天煌公司按学校的设计 参数要求制作。 一、装置设计特点 实训设备主要采用继电器隔离的方式,将交流220V的 电压与PLC的输出点(Y点)进行隔离,从而达到保护PLC内 部继电器的功能。在这里我们主要考虑,是用PLC本身24V 直流电源驱动隔离电路板工作,还是要另外设计一个开关 电源来驱动隔离电路板工作。假设用PLC自带24V直流电源 来驱动继电器工作,那么它的输出COM点很可能会与外部工 作电压的COM连在一起。如果是这样的话,一旦学生将电路 接错,就很容易将PLC的24V直流电源烧坏。基于此,笔者 认为应在外部重新设计一个24V的直流开关稳压电源,用它 来驱动隔离电路板工作,这样容易出现的安全隐患就可以 消除了。 电路原理图的设计。以三菱FX-2N系列为例,在它的 输出点(Y点)设计一块隔离板,用以保护PLC内部设备。 设计思路是,输出点用24V的直流继电器进行隔离。在 Y0~Y7、Y10~Y17、Y20~Y27之间采用24个24V的直流继电 器进行隔离,隔离工作电压由24V的开关稳压电源提供,原 理图如下图所示。 图 输出点隔离电路 电路中的三个模块分别是FX-2N系列的24个输出点 Y0~Y7、Y10~Y17、Y20~Y27。我们将这部分改成用外部 的24个直流继电器控制,它的驱动电源就是24V的直流开 关电源。此电路图下面的三个模块是24个继电器的常开触 点。它的工作原理是,当PLC有输出时,先接通外部的继电 器,由外部继电器的触点与工作电压相连接。这样做的好 处是避免工作电压直接与PLC内部触点连接,可以有效保 护PLC,延长PLC的使用寿命,方便设备维护。笔者主要用 Protel Dxp电路制作软件进行电路的设计,并作好印刷电路 板图,委托厂家制板。对于开关电源,考虑高温对电路的 影响,笔者设计时提高了开关电源的负载能力,加大了散 热装置。 二、技术性能 工作台主电路工作电压380V,PLC控制电路工作AC电压 220V、DC电压24V。 稳压电源的主要参数为:AC输入电压220V,DC输出电 压24V,额定输出电流6A。 工作环境:温度-10℃~40℃,相对湿度<85% (25℃)。 装置容量:<200V·A。 外形尺寸:1350mm×650mm×700mm;支架为L形支架, 800mm×700mm。 三、实训台的基本配置 实训台的基本配置见下表。 实训台基本配置表 序号 实训器材 数量 规格 1 三相断路器 1 380V 2 单相断路器 1 220V 3 熔断器 6 3A 4 热继电器 2 JR36 5 交流接触器 6 AC220 6 开关电源 1 24V 7 隔离板 1 24V 8 接线端子 1 JX-1015 9 单相插头 1 单相,220V 10 FX2N系列PLC 1 FX2N-48MCR 11 指示灯 8 AC220V,DC24V 12 按钮 8 可自定 13 导线走线槽 BVR 0.5mm 2 14 电动机 2 三相异步电动机 双速电动机 四、实训项目 实训项目可以完成中、高级维修电工PLC考核项目的技 能操作。 在整个设备的安装与制作过程中,让学生参与其中, 这样既能提高学生对PLC的认识,也能增强学生的实际动手 能力。 2012年10月,新的实训设备投入到学生的实训教学中, 经过一个学期左右的使用证明,该实训装置的设计合理。从 投入使用到学期结束,实训设备没有出现任何问题,一直能 够保证教学的正常使用。由于新的实训设备是与厂家合作制 造的,所以实训设备的外观更加漂亮、设计更加合理。 该实训装置采用了开关电源进行PLC输出点的隔离, 可以使PLC的工作更加稳定可靠,解决了在PLC实训过程中 由于输出点接线错误而造成设备损坏的问题。同时对PLC的 COM点做了改动,由原先复杂的5个COM点,改成现在的3组 输出,3个COM点。这样的实训设备电路简单,比较适合学 生的特点,使他们更容易掌握,提高了实训效果。 通过PLC实训装置的设计制作,提升了教师解决实际问 题和开发课题的能力,为今后的教学设备的自主研发提供 了宝贵的经验。
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