基于力控组态软件的机床故障模拟实验装置的设计

邓滨 张瑾

芜湖职业技术学院 电气工程学院 安徽芜湖 241006

摘要：采用力控组态软件建立实训教学控制系统平台，将现有机床故障实验装置进行升级改造，采用现代电气控制技术，使用PLC作为底层终端控制器，MCGS触摸屏作为终端操作对象，每个终端可通过MCGS任意设置故障，清除故障，并在触摸屏上显示故障位置及排除故障的方法，教师可利用PC端对实训过程进行监控，并完成实训考试。

关键词：力控组态软件；PLC；教学控制系统平台；MCGS触摸屏

中图分类号：TP273 文献标识码：A

Design of machine tool fault simulation experiment device based on Force Control Configuration Software

DENG Bin，ZHANG Jin

（School of Electrical Engineering,Wuhu Vocational Institute of Technology,Wuhu Anhui 241006）

Abstract: It adopts the force control configuration software to establish the training teaching control system platform and upgrade the existing machine tool failure experimental device, which also adopts the modern electrical control technology, uses the PLC as the bottom terminal controller, and the MCGS touch screen as the terminal operation object. For each terminal, it can set the failure arbitrarily through the MCGS, clear the failure, as well as display the failure position on the touch screen and the troubleshooting method. Besides, teacher can use PC end to monitor the training process and complete the training examination. Key words: force control configuration software; PLC; teaching control system platform; MCGS touch screen

我国智能制造业保持较快速度增长，国家对制造业人才的需求增大，为高素质技能型专业人才培养，很多高校都加大了对学生动手能力和工程实践方面的力度，对现有实验设备进行升级改造，以使其符合当代教育的需求。

《电机与电气控制技术》是电类专业重要的职业能力必修课，为巩固该课程的知识，多数高校都增设了《电气控制系统故障分析与排除实训》实训课，将该控制系统对象定为机械加工行业广泛使用的机械加工车床如车床、磨床、铣床、摇臂钻床等。本文所介绍的模拟实验装置就是为该课程所配备的。该设备采用力控组态软件建立教学系统控制平台，教师可以利用教师机对学生实验装置进行集中管理。

1 系统概述

该实验装置是在原有常见机床故障与实训装置的基础上升级改造完成的，原有设备使用按钮设置故障，内部线路复杂，容易出现故障且不方便维修，学生课程结束考试时无法集中设置故障和统分。

本实验装置采用力控组态软件设计教师控制系统平台，配备触摸屏，利用教师机和触摸屏和PLC完成故障设置、检查、考核，方便了师生操作，同时该系统也可作为现代控制电气技术的实验教学设备使用。

2 机床故障实验装置基本结构

机床故障实验装置（见图1），选取机械加工常见机床作为硬件对象。用标准的元器件，按照原理图的布局方式进行安装，以实际的三相交流电动机作为真实负载，将原理图放置在装置的面板上，并与真实的器件位置一一对应，方便观察。主控电源接线都有线号标识，与原理图一一对应，原理图上预留出控制单元器件的测试点，方便测量。设备中设有故障设置装置，通过可编程序控制器输出端，在主回路和控制回路中设置电路通断，来模拟实现真实环境下的触点粘连形成的短路故障，线路损坏形成的断路的故障。实训操作时学生可通过触摸屏完成故障设置，教师可利用计算机上的力控软件监控学生实操训练的情况，以及课程考核。

图1 机床故障演示分析与排除实训装置

3 实训教学控制系统平台设计

采用现代电气控制技术，使用PLC作为底层终端控制器，MCGS触摸屏作为终端操作对象，每个终端可通过MCGS任意设置故障,清除故障，并在触摸屏上显示故障位置及排除故障的方法，方便学生实操训练，学生训练界面见图2。

图2 触摸屏学生实训训练界面 图3 教师PC端远程集控端界面

预装力控软件的PC电脑可作为远程集控端，教师端可监测学生实操过程中设置的故障点，并可远程任意恢复任何一台设备故障状态，也可统一恢复。教师可远程操作所有终端设备进入考试模式，可对每台终端设备进行统一故障类型和数量的设置，见图4、图5。当设置为考试模式后，学生需要登录学号进入考试页面，并对设备上的故障进行测量和判断，并在触摸屏上恢复相应的故障点代码，一旦提交不可更改。

图6 学生考试登录界面 图7 学生考试界面

学生考核结束后，系统会根据学生恢复故障情况，自动显示并提交该学生的考核成绩。PC端自动完成考核统计，并形成考核成绩报表。以供指导老师参考，并完成教学改进。

4 结语

根据生产实际的需要和各级技能鉴定的要求，学生参与本装置的实训教学可以掌握系统正常和故障的判别、故障现象和原理图之间的联系、短路故障和功能故障的不同处理方法、判断故障的逻辑思路以及排除故障的方法，该设备采用力控软件建立实训控制平台，不仅仅可以提高设备故障设置、考试效率，同时可作为现代电气实训设备供给高年级学生进行系统控制课程设计，提高了设备的使用率。

参考文献

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[3]马勇赞.高职物联网应用技术专业“四层一环”校内实训室构建探究[J].科技经济导刊,2016,(36).

[4]葛平.浅谈实训室教学改革的体验[J].文存阅刊,2017,(14).

作者简介：邓滨（1981—），女，安徽利辛人，讲师，硕士；研究方向：电机与电气控制技术。

基金项目：安徽省高校省级教学质量与教学改革工程项目（2016jyxm1127，2018ylzy157）；芜湖职业技术学院校级教学研究项目（WZ[2016]jy02）；安徽高校自然科学研究重点项目（KJ2019A0977）