PLC/单片机通用实训装置构成

2018-10-19湖北工程职业学院李新生

电子世界 2018年19期

关键词：工控机编程单片机

湖北工程职业学院李新生

本文通过采用逻辑控制电路，构成PLC/单片机通用实训装置，提高实训效率，保障安全性。

高职院校自动化类专业，普遍开设PLC及单片机专业课程。现阶段理实一体的教学模式，在多数学校推广，因而配套实训设备需求量大。开发一种方便操作，高实验效率，通用性强的实训台很有必要。

一、现行PLC实训台，单片机实训箱等产品，满足一般教学实验，但存在着一下缺点：

实验效率低：每次实验都需要重新连接导线，随着教学的深入，接线愈来愈多，占用时间越来越长，降低了教学效率。并且接线过多，更易出现操作错误等方面的问题。

安全性问题：一般PLC采用220V电压及24V电压，在学生操作中容易出现损坏设备，还有一定出现人身安全问题的可能性。

单片机和PLC实训不能通用：单片机和PLC适用范围有很多类似之处，学习中可互相借鉴，融会贯通。PLC/单片机实训装置的通用性可以增强两门课程的学习效能。

二、针对上述教学问题，分析PLC课程与单片机课程的教学要点，归纳出通用PLC、单片机实训设施的教学范畴，开发出PLC、单片机通用实训台，应具备下述特点：

1.能同时适应初级使用者，完成IO连接，基本指令编程调试操作；

2.能完成进阶学习者编程实训，为提高实训效率可快速连接IO；

3. 能完成熟练使用者开发应用设备能力，能胜任技能竞赛考核装置；

4.采用近几年流行的新型PLC；

5.具备自动控制仿真能力；

6.整机进行人机工程开发，改变传统实训台，整体杂乱现象更加宜人，美观实用；

7.提升功能，一台多用，不仅能完成PLC实训，也可以完成单片机开发等实训功能；

三、实训装置构成特点如下：

1.实训设施总体构成，在保证功能的前提下，提供操作者良好的工作现境。新型实训台集成了工控计算机。专业设计的显示器直接嵌入操作界面，整机高度1.42米，操作台面高度0.7米，非常适合学生坐姿操作。实验台长1.6米，可供两名学生同时学习，互相探讨，实训装置如图1所示。

该实训设施由柜体，电源模块，实训项目选择电路，PLC模块、单片机编程模块、实验模块、工控机等组成。

柜体作为整个实训装置的安装平台；电源模块控制每部分电源供给；实训电路选择模块用于选择要进行的实训项目。实验模块用于完成PLC单片机不同的实验项目；PLC模块可以根据需求配置24点～48点各种品牌PLC控制器（CPU），单片机编程模块包含最小系统、IO输入输出，通讯口等功能，实训时，PLC或单片机只能选用1项；工控机模块用于工控机输入输出模拟、组态软件实训、对PLC或单片机编程。

图1 PLC/单片机通用实训装置构成

2.硬件设计上综合平衡：一般来说30-40点左右的小型PLC既可满足使用要求。三菱系列、西门子系列、欧姆龙系列及其它系列可根据需求选配；为使实训台能同时进行PLC教学，单片机教学两用。实验台设置了单片机开发板，可以使用实验台中lO装置进行单片机编程实习。可完成IO控制、模拟量控制、字符显示、定时计数等项目的实训内容。同时实训台要做到同时兼容PLC标准电压24V，及单片机实训所需电压5V，接口电路在传统实训台基础上作相应调整，单片机开发板可以直接连接实训装置。

3.电源模块提供交流380V、220V、直流5V电源，供其它模块使用。供电电路采用漏电保护空气断路器、实训装置主电路采用直流5V电压供电，每组电源均采用单独的熔断器，以解决实验过程中安全性问题。各组电压均采用数字电压表显示，直观方便。

4.各实训模块共同制成一块PCB板，所有输入端按照X01、X02…顺序对应相连，输出端按照Y01、Y02…顺序对应相连，工作时哪个模块接入电路，由实训项目选择电路管理。学生实训时，无需每个实训项目重复接线、拆线，用于编程等核心能力操作时间比例增加，从而提升了教学效率。

5.实训项目快速选择电路，是本实训装置的核心管理部分，是提高实践教学效率的关键：多个实验项目采用逻辑电路管理，IO端子共用，通过实训项目选择器快速选通实训项目，如图2。

图2 实训项目选择原理

图2中，MCU构成管理实训项目的选择模块，采用两块LED8字数码管显示实训项目，实训项目可以由开关选择，项目数一般不超过16个，每模块均有Q1、Q2等组成的选通电路。Y选通为模块提供电源，X选通使代表输入点的开关是否接入电路。每模块可以有多个输入点可以使用。

实验项目通过单片机选择，LED数码管显示选择的实验项目，选通端低电平有效。

选通信号有效时，通过R1使晶体管Q1导通，提供实验模块电源，使Y选通；通过R3，点亮D1，显示实验模块工作状态；通过R4使Q2导通，使D2处于可导通状态，S1可接入，完成X选通。

选通电平为高电平无效时，Q1、Q2截止，实验模块因无电源供给，停止工作，指示灯D2熄灭。因Q2截止，D2无法接通，开关K1无法接入输入回路。

6.增加工控机模块，工控机模块由主板、MSSD硬盘、DDR3内存条、IO口、14寸WVGA液晶显示屏、输入输出模块等组成，可升级14寸触摸屏。工控主板直接安装于实训台内部，多组串口便于连接工控设备、远程控制模块，使实训台具备系统开发功能。微型工控主机工作稳定，功耗低。内置工控机系统，可运行组态王等工控软件，PLC编程软件、单片机编程软件，扩展了PLC实训台功能。