前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了便攜式PLC學(xué)習(xí)實驗箱設(shè)計分析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：基于教學(xué)需要，設(shè)計了一種便攜式的plc學(xué)習(xí)實驗裝置。裝置包括箱體，PLC控制器，輸入輸出模塊，步進(jìn)絲桿滑臺等。設(shè)計提供了一種基于以太網(wǎng)通信，工業(yè)觸摸屏作為人機界面，以步進(jìn)電機絲桿滑臺作為被控對象能夠?qū)崿F(xiàn)運動控制的便攜式PLC實驗裝置。該實驗箱不僅能夠完成PLC教學(xué)中的各種經(jīng)典控制實驗，而且能夠完成運動控制、位置控制等智能控制實驗。該實驗裝置有利于提高學(xué)生熟練掌握PLC技術(shù)的運用能力和實踐創(chuàng)新能力，符合國家培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越工程技術(shù)人才的需要。

關(guān)鍵詞：便攜式；PLC；學(xué)習(xí)實驗箱

PLC課程是高職高專院校機電一體化類和自動化類專業(yè)的一門主干核心課程。目前，不論是國內(nèi)自行設(shè)計的自動控制系統(tǒng)還是從國外引進(jìn)的自動生產(chǎn)線，普遍將PLC作為控制系統(tǒng)的核心部件。因此為了滿足企業(yè)對高技能人才的需求，學(xué)校就必須提高PLC課程教學(xué)質(zhì)量，以“培養(yǎng)學(xué)生實踐能力為導(dǎo)向”，組織更高水平的PLC綜合實訓(xùn)，為企業(yè)培養(yǎng)實踐能力達(dá)標(biāo)的機電一體化技術(shù)人才。PLC課程作為一門實踐性、綜合性很強的專業(yè)課程，目前的教學(xué)出現(xiàn)了一些的問題：①學(xué)校的PLC綜合實訓(xùn)臺雖然功能比較強大，但是體積龐大、價格昂貴、數(shù)量有限。這就導(dǎo)致學(xué)生實訓(xùn)操作時間嚴(yán)重不足，距離企業(yè)崗位技能要求有較大差距；②由于現(xiàn)有實驗設(shè)備的限制導(dǎo)致PLC課程的學(xué)習(xí)只能在學(xué)校實驗室進(jìn)行。近年來，隨著各種技能大賽，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽的開展，越來越多的學(xué)生不再滿足于課堂內(nèi)的實踐，他們希望能在家里、圖書館等場所進(jìn)行學(xué)習(xí)；③現(xiàn)在學(xué)校使用的PLC教學(xué)設(shè)備存在一定局限性，例如：可變性不強、模式比較固定、不適合實施以學(xué)生為主導(dǎo)的探索式學(xué)習(xí)。鑒于對以上問題的思考，便于更好地開展PLC課程的實訓(xùn)教學(xué)，本文設(shè)計并開發(fā)了一臺便攜式PLC學(xué)習(xí)實驗箱。

1系統(tǒng)構(gòu)成

便攜式PLC實驗箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本實驗裝置以PLC為控制器，觸摸屏作為人機界面。控制器和觸摸屏之間采用EtherNet／IP協(xié)議通信。實驗箱采用鋁合金手提箱形式，上下合蓋安裝有角度限位撐桿，結(jié)構(gòu)緊湊美觀，易便攜。實驗箱包括：PLC單元及PLC電源模塊、觸摸屏、路由器、步進(jìn)電機絲桿滑臺、步進(jìn)驅(qū)動器、編碼器、位置傳感器、輸入單元、輸出單元及若干組接線端子排。輸入單元包括按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、光電傳感器，輸出單元包括指示燈和步進(jìn)驅(qū)動器、步進(jìn)電機。圖2為便攜式PLC學(xué)習(xí)實驗箱的實物圖。

2系統(tǒng)設(shè)計

2．1控制器

控制器選擇了羅克韋爾自動化Micro800系列的Mi-cro850，型號為2080－LC50－48QBB的可編程控制器。該控制器有48個數(shù)字量輸入輸出點，可容納2－5個功能性插件模塊，額外支持4個擴展I／O模塊。通信接口除了USB和串口外，還有嵌入式以太網(wǎng)接口，可通過標(biāo)準(zhǔn)RJ－45以太網(wǎng)電纜實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編程和通信。具有3個100KHz脈沖序列輸出（PTO），6個100kHz高速計數(shù)器輸入（HSC），可實現(xiàn)與步進(jìn)電動機，伺服控制器的低成本接線。本實驗箱的PLC控制器可根據(jù)實際需要更換為其他品牌的PLC控制器。

2．2人機界面

觸摸屏作為主要的人機界面，它可以用來設(shè)置參數(shù)、顯示數(shù)據(jù)、監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)以及曲線或動畫等形式描繪被控對象的控制過程。觸摸屏選用了AB公司生產(chǎn)PanelView800系列的型號為2711R－T7T的圖形終端設(shè)備。觸摸屏通過工業(yè)以太網(wǎng)Ether-Net／IP協(xié)議與控制器連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

2．3輸入輸出設(shè)備

輸入設(shè)備為多個常開自復(fù)位按鈕、自鎖按鈕及2個轉(zhuǎn)換開關(guān)，多種按鈕組合能夠滿足不同的控制要求。輸入設(shè)備還包括了絲桿滑臺上的3個光電傳感器及1個光電增量式的編碼器。學(xué)生們可以借助實驗箱學(xué)習(xí)這些生產(chǎn)現(xiàn)場常用的開關(guān)量輸入設(shè)備的工作原理和接線方法。輸出設(shè)備除了常用的指示燈，還有體積較小、有典型功能的步進(jìn)電機和步進(jìn)驅(qū)動器。選用步進(jìn)電機作為被控對象是因為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)活動中步進(jìn)電機的應(yīng)用非常廣泛。步進(jìn)電機具有極強的靈活性和實用性、系統(tǒng)成本也較低，因此在工業(yè)生產(chǎn)中具有很大的應(yīng)用價值。

2．4被控對象

被控對象選用了步進(jìn)電機驅(qū)動的絲桿滑臺機構(gòu)。步進(jìn)電機帶動絲桿滑臺運動，配合編碼器、光電傳感器實現(xiàn)步進(jìn)電機閉環(huán)控制。學(xué)生可以通過該被控對象學(xué)習(xí)PLC運動控制指令及編程方法。隨著工業(yè)4．0和智能制造的推進(jìn)，滿足各行業(yè)需求的集成運動控制的PLC的應(yīng)用才是學(xué)生需要重點掌握和學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

2．5網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

智能制造的網(wǎng)絡(luò)化要求PLC具備較強的網(wǎng)絡(luò)通信能力，未來PLC將采用實時工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信。本實驗箱是基于EtherNet／IP以太網(wǎng)通信協(xié)議的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過路由器和網(wǎng)線連接PLC控制器、觸摸屏、PC機及被控對象驅(qū)動器，依靠PC機上的軟件平臺實現(xiàn)設(shè)備組態(tài)并完成通訊。

2．6裝置軟件

上位PC機中設(shè)置了羅克韋爾Micro800系列控制器的設(shè)計、編程和組態(tài)軟件CCW10．0。CCW軟件的使用還依賴于RSLinx軟件，其作用是提供CCW編程軟件和各個設(shè)備之間的通信驅(qū)動。羅克韋爾人機界面終端PanelViewComponent的組態(tài)和編程也是在CCW軟件中完成的。上位機中還可安裝工控組態(tài)軟件FactoryTalkViewStudio，從而構(gòu)建一個統(tǒng)一監(jiān)控和管理整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控系統(tǒng)。

3實驗箱在教學(xué)中的應(yīng)用

在PLC課程的教學(xué)工作中，實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容是非常重要的。本實驗箱是為了提升學(xué)生的PLC實踐操作能力而開發(fā)的實驗裝置，制定教學(xué)項目時，應(yīng)以實際工程項目設(shè)計過程為導(dǎo)向，從簡單到困難，從基礎(chǔ)到綜合，制定多層次的實驗項目。實驗項目可以分為三個層次。

3．1基礎(chǔ)型實驗

這類實驗項目以按鈕和光電傳感器為輸入設(shè)備，以指示燈為控制對象，完成經(jīng)典的PLC控制項目，例如流水燈、交通燈、搶答器等。通過基礎(chǔ)性實驗掌握編程軟件基本指令的使用方法，熟悉PLC編程思路和方法，同時掌握PLC與觸摸屏的通信及簡單人機界面設(shè)計。

3．2應(yīng)用設(shè)計型實驗

這類實驗將控制對象設(shè)定為步進(jìn)電機驅(qū)動的絲桿滑臺。通過實驗讓學(xué)生掌握步進(jìn)驅(qū)動器的接線方法、PLC運動指令、滑臺位置控制的方法及程序調(diào)試方法。讓學(xué)生完成基于觸摸屏的絲桿滑臺運動監(jiān)控系統(tǒng)和基于組態(tài)軟件的絲桿滑臺運動監(jiān)控系統(tǒng)兩個綜合設(shè)計項目。這些綜合類的實驗項目從基礎(chǔ)到綜合，有利于引導(dǎo)學(xué)生從被動的接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥奶剿鳌?/p>

3．3拓展創(chuàng)新型實驗

拓展創(chuàng)新型實驗的被控對象可以選用實驗室現(xiàn)有的碼垛機機械手（如圖3），也可以與帶有模擬量輸入的Micro820控制器（如圖4）組成分布式控制系統(tǒng)。學(xué)生可以借助這些外加的控制對象學(xué)習(xí)分布式控制系統(tǒng)的組態(tài)、主從控制器之間的數(shù)據(jù)交換、碼垛機機械手設(shè)計等綜合實驗項目。本實驗裝置可以提供給學(xué)生自行設(shè)計控制系統(tǒng)，完整地學(xué)習(xí)工控項目開發(fā)流程，用于完成畢業(yè)設(shè)計或者進(jìn)行創(chuàng)新實踐活動。這類拓展創(chuàng)新型實驗?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和工程實踐能力，充分激發(fā)學(xué)生潛能。

4結(jié)束語

該實驗箱不僅能夠完成PLC教學(xué)中的各種經(jīng)典控制實驗，而且能夠完成運動控制、位置控制等智能控制實驗。該裝置有利于提高學(xué)生熟練掌握PLC技術(shù)的運用能力和實踐創(chuàng)新能力，符合國家培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越工程技術(shù)人才的需要。同時本實驗裝置考慮了本校實際情況，在使用過程中能規(guī)避傳統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備的不足，是“新工科”背景下學(xué)校建設(shè)實驗教學(xué)儀器設(shè)備的一次嘗試和積極探索。

參考文獻(xiàn)

［1］石昊，李慶章．自動打磨機器人實驗裝置的設(shè)計［J］．實驗室研究與探索，2020，39（1）：83－86

［2］韓慶敏，林浩，姜洪朝，等．PLC控制系統(tǒng)在智能制造時代的應(yīng)用及發(fā)展趨勢［J］．信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全，2018，37（5）：18－21

［3］鄧?yán)冢甈LC綜合實訓(xùn)教學(xué)裝置的設(shè)計與應(yīng)用研究［J］．計算機產(chǎn)品與流通，2020（5）：167

作者：吳茹石 單位：無錫機電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校