电气自动化实验平台的开发实现
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【摘 要】电气自动化技术在现代工业生产领域中的重要性非常明显，对于人才的需求量也在不断扩大。作为电气自动化专业的技术人员经常需要在高校的培养基地被培养，自动化实验平台的建立是非常有必要的，这个平台可以提高教学效果。当前国内电气自动化教学平台建设参差不急，课题研究重点分析电气自动化实验平台的开发与实现，满足不同层次学生主干课程需求。随着电气自动化技术的发展，社会中大量需求有专业技术知识和复合型技术人才，学校现有的自动化实验平台仅仅能够满足教学需求，无法满足社会对新人才的高水平需求。电气创新能力与应用能力在学生身上的体现能够在此平台上被培养，使学生去主动接触该领域最先进的技术，锻炼学生的工程实践能力。
【关键词】电气自动化；实验平台；开发
1引言
电气自动化技术是将计算机、信息技术以及控制理论对生产过程中控制优化的综合技术，实现生产效率的提高。想要实现电气自动化技术，需要自动化硬件系统、软件系统等，当前应用最为广泛的电气自动化主要是人际界面、运动控制器、接触器、可编程逻辑控制器、变频器、传感器、断路器、电源和变压器等，在此平台中的硬件部分以外，电气自动化系统还被应用其中。触摸屏和被工业控制的计算机统称为人机界面，作为近几年使用最为广泛的设备之一的触摸屏，如手机屏幕，操作简单、信息直观、稳定性强，在工业控制领域得到广泛使用。工作控制计算机也可以简称为 IPC，根据用途不同，所采用的设备也不同。可编程逻辑控制机简称为 PLC（可编程逻辑控制器），是现代工业自动化支柱之一，可以理解为小型计算机，能够通过软件编程。随着电子信息技术的高速发展，自动化实验平台建设也逐渐成熟，实验平台构建中已经开始有很多模块组和而成。现阶段，国内电气自动化实验平台更加先进，功能相对健全，集成化程度也比较高，在科研领域、教学以及项目开发领域方面均得到广泛应用。
2电气自动化实验平台研究现状
当前高校自动化专业主干课程主要是测控实验、数字处理实验、虚拟仪器、数据库、检验技术等，这些内容的开展对于学习都有一定的帮助，但是无法涵盖自动化专业的所有课程，而且存在片面化特点，实验平台可重复利用程度低。在电气自动化实验平台方面，国内开展的实验室大致可以归为三类，分别是可编程逻辑控制器硬件系统、虚拟仿真型、网络和远程型。可编程逻辑控制器硬件系统型主要开发可编程逻辑控制器实验平台被应用在教学当中，作为被支持的计算机技术是以虚拟的仿真做基础的，虚拟仿真被软件开发进行实现，网络及远程型赋予电气自动化控制系统更多新的功能。
可编程逻辑控制器硬件系统型是高校最常设置的一类实验平台，能够直接延时被控对象，了解可编程逻辑控制器原理，缺点在于开发能力差，只能够形成简单的逻辑控制实验。中南大学设置的可编程逻辑控制器实验平台较为复杂，采用多门子可编程逻辑控制器组成网络，构建生产线系统，能够延时可编程逻辑控制器的控制效果，但是限制了其他被控对象。浙江大学设置的是逻辑控制器的可编程被网络化在实验室中被实现，在实验平台处在硬件集中实验室建设的基础上，以太网通信被融合当中，可以被实现编程逻辑控制器之间、与其他执行部件、与工作站等的通信。
虚拟仿真型是在可编程逻辑控制器传统技术上诞生的，采用软件虚拟仿真技术代替硬件设计，脱离了电气自动化控制硬件，组件思路与传统完全相反。虚拟仿真型可编程逻辑控制器实验平台包括硬件结合被控对象的软阿金虚拟仿真和可编程逻辑控制器联通其他被控对象的系统仿真。虚拟仿真实验室平台理论上能够实现无限种类的被控对象，成本低，移植性高，能夠避免强电、机械等引起的实验危害，能够满足使用者每人一个实验平台，但是没有真实硬件教学系统好。
网络和远程型硬件实验室平台建设也较常使用，搭建服务器和局域网，设计学校自身的网站，将实验室连接到网络，提高开放性和共享性，学生能够通过网络访问实验室平台，并开展实验。当前南京理工大学自动化平台设计中采用的是这种模式，在硬件实验平台基础上，添加数据库服务器、视频监控服务器以及 Web服务器等，提供远程网络访问。
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0～20m A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、Device Net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Mini USB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。通过实验平台，能够增强学生的实践意识，激励学生主动参与学习，逐渐提高学生的学习思维能力，培养学生的创新精神和实践能力。通过针对不同人群学生开展实验，也能够培养学生动手操作能力、分析能力等。
参考文献：
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