电气控制实验室的实践与探索

实践教学是高校教学活动的重要组成部分，是理论知识学习深化、学生动手能力培养的重要途径，也是学生获取隐性知识的主要手段，实践教学的质量直接影响着学生的培养质量。实验室是开展实践教学活动的主要场所，实验设备又是*的重要载体。充分利用好实验设备， 起到理实结合的桥梁和纽带作用是实验室建设的重要内容。通常，实验设备多以购置为主，但外购设备价格相对较高，出现故障维护不便，不能充分与学校的教学实际相符合，在可扩展性、新技术引用的及时性等方面都存在着不足。

电气控制实验室是我校的专业实验室之一，承担着电气控制技术、机电一体化技术、变频技术、电工技术等课程的实验以及其它相关的综合性实践教学任务。该实验室教学内主要是：继电器及其控制、PLC及应用、变频器使用、机电一体化实训等。课程组根据学校的教学实际以及教学内容的特点与要求， 实践了以自制设备为主的实验室建设之路，取得了良好的效果。

1、自制设备的原则与技术开发路线

根据电气控制实验室的功能要求和教学内容特点，课程组在具体研制时，把以下几方面作为了自制设备的基本原则：①设备应满足课程综合性实践教学的需求，在可以进行课程实验的基础上还能开展课程设计、毕业设计以及大学生课外创新设计等活动；②设备元器件的选配应紧密结合新技术、新产品的要求，使教学内容及时得到更新；③设备功能单元的布局应便于学生独立自主操作、实用灵活、安全可靠；④设备应有可扩展的余地，便于在今后能满足开出新的实验或实践项目。

在此基础上，按照如图1 所示的技术路线进行了开发。

图1 自制设备技术开发路线

2、自制设备的实践

2.1 自制继电器控制展示柜

在进行继电器-接触器控制方面的实验教学时，通常是利用高性能电工综合实验装置，该装置按照实验教学任务的要求，把传统的实验单元制成了便于组装的小型挂件，加快了实验器件的更换速度，装置的安全性能也较好，为顺利进行实验提供了保障。但经过一段时期的使用发现，由于该装置上的所有教学功能单元挂件为内置元件的结构方式， 学生不能够直接观察到元器件的物理结构， 影响了对器件认识的学习效果；在进行电路连接时，学生仅仅是根据实验电路图，在挂件面板找到标有符号的插孔式接线端子，直接用导线插接即可， 这样就不能够使学生真正理解实际电路的结构，对学生实践动手能力的培养产生了影响。

针对上述装置在教学中的不足，课程组自制了继电器控制展示柜，如图2 所示。在该装置上，以三相异步电动机为控制对象，由常见低压电器构建控制电路单元，把所用到的元器件安装在了挂板前端，充分展示出了电器元件的结构形态、接线端子位置、线路连接走向、电器动作过程、电路产生作用等内容和现象。该装置为下一步学生自主连接线路、深刻理解电路原理起到了很好的示范与辅助作用。

图2 继电器控制展示柜

2.2 自制PLC 实验箱

可编程控制器（PLC）是集微机技术、自动化技术、通讯技术于一体的通用工业控制装置， 已在工业控制的各个领域得到了极为广泛的应用， 因此许多学校的自动化专业中都把在PLC 作为了重要的教学内容。根据教学需要， 我校购置了欧姆龙公司生产的CPM1A 型小型PLC，该款PLC 为一体式结构， 进行相关实验与实践教学时需要独立外配电源，不断变更端子接线，而且在运行状态下仅仅依靠主机面板的LED 指示信号的变化，造成了使用不便、容易损坏主机的问题。因此，课程组从教学实际出发，研制了PLC 实验箱，如图3 所示。

图3 PLC 实验箱

利用改装置可实现的教学任务有： 熟悉并练习PLC常用指令、开发控制任务应用程序、训练与外围设备的连接等。为了方便学生引入输入信号，实验箱直接安装了8个带有动作指示等的按钮，同时把其余的输入点内接导线引到了面板的接线端子排，增加了输入连接的灵活性和通用性。为了更加便于观察输出信号的变化，在PLC 的每个输出点上都安装了小型信号指示灯，只要对应点出"1"，指示灯及被点亮，"放大"了观察结果；由于PLC 驱动能力有限，另外为了能驱动较大的负载，每个输出端子都预置了二次驱动继电器， 继电器的执行触点也通过内接导线引到了面板的端子排。

该实验箱体积小、功能强、使用方便、提高了PLC 的安全性与可靠性，教学应用*。

2.3 自制开放式电气控制实训台

电气控制技术领域包含内容广，涉及技术手段多，特别是随着社会的不断发展，新技术、新器件不断涌现，为了更好地跟随科技发展的步伐，使教学与实际更加紧密结合，课程组自制了开放式电气控制实训台装置，如图4 所示。

该装置采用开放式结构， 集继电器-接触器控制，PLC 控制，变频控制等于一体， 不仅能实现基础性单一实验， 还可以完成多课程综合性内容实践。

图4 开放式电气控制实训台

在设备上可以实现以下实践教学任务：

（1）常见低压电器认识实验：

设备装有按钮、交流接触器、中间继电器、时间继电器、热继电器、低压断路器等， 可以开展结构及原理实验。

（2）常见电气控制方法实验：

可以完成点/长动控制、正反转控制、时间控制、顺序控制等。因为器件较多，便于开展创新性、综合性实验。

（3）PLC 认识及使用实验：
设备装有OMRON 公司CP1E型PLC，可以开展与PLC 相关的控制实验和实训。更重要的是本设备能够在同一装置上通过与继电器板块相结合实现较完整的电气控制实验（主电路与PLC 控制电路），克服了一般PLC 实验箱及一些设备只能进行控制回路实训的缺点。

（4）变频器控制实验：
设备配有台达VFB-D 型变频器一台，可以与PLC、接触器等结合完成变频控制实验。

（5）工业组态技术及触摸屏应用实验：
设备配有欧姆龙NS8-TV00B-ECV 触摸屏一个，可以与PLC 结合完成工业组态软件及触摸屏使用的实验。

（6）电气控制技术、机电一体化技术、变频技术等课程的综合性项目实训与课程设计。

（7）控制类题目的毕业设计

本装置将功能类似的元件组合在一起， 主要有控制面板组件、PLC 组件、继电器组件、电源组件等。进行了强、弱电分离，减少了干扰；外形整齐美观，便于调节、维护。设备底部为储物柜体，可以放置工具箱、导线、电器元件等材料，节约了实验室空间，提高了设备利用率。