2024年2月1日发(作者：)

便携式PLC实训箱设计开发

摘要：针对目前可编程控制器PLC课程实践教学的痛点，进行了便携式PLC实训箱的设计与开发，提升学生可编程控制器技术的编程、调试、运行、检修等技能，以及工业互联网的组建、上位机监控界面的开发能力。

关键词：PLC 可编程控制器 编写 实训

一、研究背景

可编程控制器（PLC）技术与应用是智能制造相关专业的一门必修的专业核心课程，是是对接专业人才培养目标，通过PLC基本结构原理、编程指令与方法、工业控制典型应用等内容的学习，培养学生自动化控制系统设计、安装调试与维护维修能力，培养学生专业学习的兴趣、逻辑思维能力，以及刻苦钻研、精益求精的工匠精神、创新精神，为自动化行业现场工程师培养奠定专业基础。

该课程的重点在于PLC实践能力的培养，对于实训设备的依赖性较强。在科学技术快速发展的背景下，现代教学仪器的种类发生了翻天覆地的变化，计算机仿真，虚拟现实，设备实操，数字孪生，层出不穷。但是伴随设备功能的日益复杂和实验现象的眼花缭乱，设备的成本也日益提高，设备原理的透明度缺失，对于初学者的使用难度加大，与企业真正的设备也渐行渐远。所以，很多职业院校教师开始自制教学仪器，以达到教学需求、教师能力和学生能力的均衡发展。

二、便携式PLC实训箱的开发意义

目前，很多院校使用传统的模块式仿真实训台，实训设备体积庞大，不仅占地面积大，而且设备安装固定，在进行实训室搬迁或者调整时非常不方便。大部分实训装置是模块式实验板，学生只需要对实验箱进行插拔式的操作即可完成实验,虽然功能相对齐全，但是实验板内部结构完全封闭,学生对于实验板内部集成电路缺乏直观了解，在教师指导下完成仿真，却知其然不知其所以然。所以在教学过程中，对于初学者，教师都要花费大力气，让学生了解真正的完整的输入输

出电路如何连接，实训效果却不好，学生反而更加迷茫，逐渐失去学习兴趣和主动性。由于模块式实训台价格较高，以及教学成本的限制，许多院校不能大规模购置，导致学生实训工位严重不足。随着自动化技术的迅速发展，企业的自动化控制设备更新很快，由于成本和价格问题，院校的实训设备更新迟缓，大大限制了学生实训技能的提升。

三、便携式PLC实训箱结构与功能

考虑到以上问题，本项目开发一种便携式PLC实训箱，作为模块式仿真实训台的补充，该设备体积较小，重量轻，价格较低，便于院校大规模购置，可以降低PLC实训设备更新成本，也可作为PLC二次开发设备，供企业设计人员选用。

1、设备供电部分

便携式实训箱打开后左侧固定触摸屏和四口交换机，右侧包含一块底板，用于安装固定空气开关、开关电源、PLC、按钮、指示灯、外接端子排。考虑到便携功能，实训箱采用最简系统，由空气开关引入380V三项五线电源线，一路引入开关电源，给PLC、按钮和指示灯提供24V直流电；考虑到扩展功能，380V引入外接端子排，用于扩展输出供电，比如三相电动机、变频器等。设备铺设线槽，学生可进行电气接线训练，熟悉国标工艺。

2、设备实训功能

由于体积所限，便携式实训箱保留了工业系统常用的启动、停止、急停三个按钮和红、绿、黄三个指示灯，所有设备接口直观透明，使初学者更好的了解和练习PLC基本输入输出电路连接。为了在便携的基础上增强实训功能，实训箱使用了电控锁，学生可练习密码锁编程，将便携式PLC实训箱作为密码柜，编程设置密码，增强学习趣味性与挑战性。同时考虑到PLC上位机监控，设备增加了MCGS触摸屏，学生可以进行组态界面开发与调试，无限制扩展PLC程序开发功能。

3、设备通信连接

考虑到PLC、触摸屏、编程计算机和扩展变频器的连接组网问题，设备配备了小型四口交换机，方便学生程序下载和软件调试。PLC、触摸屏网络已经设置

完成，用户只需要用普通双绞线连入编程计算机，设备即可使用，当然，PLC和触摸屏的网络设置参数用户也可以进行修改，提升学生工业互联网的网络调试能力。

4、可开设的实训项目

本设备本体的制作可以作为电气控制系统的开发项目，同时也可以作为PLC编程调试的实训载体，除了可以进行PLC控制系统的认知，基本输入输出电路的连接，电机启停、自锁、正反转控制，交通红绿灯控制，密码锁控制，抢答器控制，组态软件开发，工业互联网组网等实训项目的开发和调试，最重要的是可以让学生自己接线，组装真实的控制系统，实现控制功能，增强学习兴趣与自信心。通过扩展接口，外接变频器、伺服电机等设备，可以进一步完成运动控制功能的编程与调试。实训箱在最小系统的基础上，配备了触摸屏，电气从业人员可以开发组态监控界面，进行实际工业控制系统开发调试，和创新创意项目的开发，这企业设计开发人员选用本设备的理由。

5、设备开发原则

考虑到设备安全与稳定，实训箱电气设计的原则为：设备可靠接地；将功能类似的低压器件安装在相邻位置；尽可能减少器件之间的导线数量，做到最优化的配置；为了控制柜系统美观、整齐且合理，把需要经常使用、维护及易损器件安装在相邻位置，将系统中的弱电及强电分离，减少系统之间的干扰。

四、总结

PLC便携式实训箱实训功能强，体积小，性价比高，拉进了学生与企业真实项目的差距。采用本设备作为教学载体，可以更好的配合“教、学、做”一体化式教学方式组织教学，培养学生掌握可编程控制器技术的基本知识、编程、调试、运行、检修等技能，以及工业互联网的组建、上位机监控界面的开发能力，培养学生能动脑会思考的思维能力和一丝不苟、踏实严谨的科学精神，培养学生探索新知识和新技术的学习能力。该实训设备不仅可以满足《PLC应用技术》课程的实训需求，还可以在一定程度上满足《工厂电气控制设备》《维修电工技能训练》

《电机及传动技术》等课程的实训需求，院校教师可以方便的在本设备基础上进行二次开发，根据实训需求扩充其功能，提高实训设备的利用率。

参考文献：

1. 基于PLC实训项目的职业学校教学仪器自制与应用，时代汽车 2022,(17),85-87

2. 基于西门子S7-1200PLC实训装置设计，吴新友，科学技术创新，2021（4）

3. PLC实训室硬件升级改造与实训项目设计，孟祥海，无线互联科技，2020,17(08),48-49