“PLC+變頻器+電氣控制”在總裝課程中的開發(fā)應(yīng)用

楊箏 朱海英

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院河南開封475003）

“PLC+變頻器+電氣控制”在總裝課程中的開發(fā)應(yīng)用

楊箏 朱海英

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院河南開封475003）

經(jīng)過市場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)電氣自動化設(shè)備生產(chǎn)、機(jī)械等工業(yè)行業(yè)對電氣控制柜的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維護(hù)等用人需求量很大，本文結(jié)合綜合實訓(xùn)，對以“PLC+變頻器＋電氣控制”為核心內(nèi)容的集設(shè)計、選型、安裝、調(diào)試、運行于一體的《成套電氣控制柜總裝》模塊化課程的開發(fā)應(yīng)用進(jìn)行了論述。

PLC；變頻器；電氣控制；總裝課程開發(fā)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC、變頻器和電氣控制系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣。在實際的工程應(yīng)用中往往是根據(jù)工程項目的需要，用PLC進(jìn)行編程實現(xiàn)復(fù)雜控制，利用變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速和軟啟動控制，利用電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)主電路的連接，三個系統(tǒng)要密切配合才能實現(xiàn)控制要求。但在常規(guī)教學(xué)中，PLC課程注重編程，變頻器課程注重基本工作原理和簡單參數(shù)的設(shè)置，電氣控制技術(shù)主要是繼電器控制線路的連接，三個部分是分散孤立的，學(xué)生對工程項目的實施缺乏整體認(rèn)識，難以完成控制的要求。為此，黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院在國家示范性建設(shè)中經(jīng)過廣泛的調(diào)查與研究后，設(shè)置了PLC、變頻器和電氣控制系統(tǒng)綜合應(yīng)用的集設(shè)計、選型、安裝、調(diào)試、運行于一體的《成套電氣控制柜總裝》課程。本課程采用了新的“教、學(xué)、做、練”一體化的在實訓(xùn)室內(nèi)對學(xué)生進(jìn)行為期一月的模塊化教學(xué)模式，同時采用“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，管理為主線”的教學(xué)方法，旨在通過綜合訓(xùn)練提升學(xué)生的整體技能。下面就來分析一下課程開發(fā)的內(nèi)容。

實訓(xùn)項目設(shè)置和控制要求

（一）項目設(shè)置

在學(xué)生學(xué)習(xí)了《電機(jī)拖動與電氣控制》、《PLC綜合應(yīng)用技術(shù)》、《電力電子技術(shù)技術(shù)》等課程的基礎(chǔ)上，根據(jù)元件的配置和時間的安排，我們將在供水系統(tǒng)中常見的恒壓供水系統(tǒng)作為工程項目進(jìn)行控制。該項目綜合了PLC、變頻器、電氣控制等多方面的應(yīng)用。對于PLC既有開關(guān)量I/O，也有模擬量I/O，有PID調(diào)節(jié)的典型使用，又有復(fù)雜的邏輯控制。在項目中使用了變頻器和電動機(jī)軟啟動控制。控制回路主要通過電氣控制來實現(xiàn)。

隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì)量，不能因為壓力的波動造成供水障礙；另一方面要求保證供水的可靠性和安全性。針對新的要求，新的供水方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，這就是PLC控制的恒壓無塔供水系統(tǒng)。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。下面以“一拖二”的恒壓供水方式，即一個變頻器控制兩臺水泵的控制方案來說明，工藝流程如圖1所示。

在生產(chǎn)、生活實際中，用戶用水量的多少是經(jīng)常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，根據(jù)用戶用水量的大小通過PLC的運行控制變頻器輸出頻率的大小，改變水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)供水系統(tǒng)的恒壓供水的目標(biāo)，從而提高供水的質(zhì)量。

（二）控制要求

“一拖二”的恒壓供水系統(tǒng)的控制要求如下：每臺泵均可實現(xiàn)手動/自動控制切換；變頻運行狀態(tài)下能實現(xiàn)水泵軟啟動、軟停車及轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)節(jié)；水泵出口供水管道上的電阻式遠(yuǎn)傳壓力表輸出的模擬量信號作為供水管網(wǎng)壓力反饋信號實施PID控制；各臺泵之間按“先進(jìn)先出”排隊策略循環(huán)運行；為消除水壓假信號影響，水泵切換前設(shè)置延時時間；每臺泵可以變頻運行/工頻運行切換；智能化控制，可任意修改參數(shù)指令；具有完善的電氣安全保護(hù)措施，對過流、過壓、欠壓、過載、斷水等故障均能自行診斷并報警；控制柜要有電源指示燈,有電壓、電流、（變頻泵轉(zhuǎn)速）顯示功能。

圖1 恒壓供水工藝流程圖

方案設(shè)計

主要電氣器件選擇根據(jù)設(shè)計要求，經(jīng)過計算，設(shè)置主要的電氣元件如下：（1）PLC:為滿Siemens S7-200 CPU226CN+模擬量擴(kuò)展模塊EM235；（2）變頻器：Siemens VF-MM440；（3）電動機(jī)型號與參數(shù)為：Y160M-2，15KW，380V，29.4A，2930r.p. m；（4）控制柜內(nèi)配置的元件還有接觸器4個，熱繼電器2個，24V電源1塊，中間繼電器5個，熔斷器，斷路器等；（5）控制柜柜面安裝的元件有指示燈、按鈕、緊急按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、蜂鳴器、電壓表、電流表等。

電氣控制系統(tǒng)原理圖電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及PLC外圍接線圖。

圖2 電控系統(tǒng)主電路圖

1.主電路圖。如圖2所示為電控系統(tǒng)主回路。兩臺電動機(jī)分別為MA1、MA2。接觸器QA1、QA3分別控制MA1、MA2的工頻運行；接觸器QA2、QA4分別控制MA1、MA2的變頻運行，BB1、BB2分別為兩臺水泵電動機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；QA10、QA20、QA30分別為變頻器和兩臺水泵電動機(jī)主電路的隔離開關(guān)；QA0為主電源電路總開關(guān),VVVF為簡單的一般變頻器。

2．控制回路控制原理圖。根據(jù)控制要求，設(shè)計控制回路圖?？刂葡到y(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址如表1所示。控制回路如圖3所示。圖中SF為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SF打在1的位置為手動控制狀態(tài)；打在2的位置為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕SF1~SF4來控制兩臺泵的啟/停；自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序控制下運行。圖中PG1為自動運行狀態(tài)電源指示燈。對變頻器復(fù)位時只提供干接點信號。圖中的Q0.0～Q0.3，Q0.4為PLC的輸出繼電器觸點，它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號。

3.PLC外圍接線圖。要實現(xiàn)自動控制還需要進(jìn)行PLC及擴(kuò)展外圍接線圖，設(shè)計結(jié)果如圖4所示。

4.變頻器外圍接線圖。根據(jù)控制要求，變頻器Siemens VFMM440的外圍接線圖如圖5所示。

5.控制柜柜面布置圖和柜內(nèi)接線圖。根據(jù)原理圖和控制要求設(shè)計控制柜柜面布置圖和柜內(nèi)接線圖。

安裝根據(jù)盤內(nèi)布置安裝柜內(nèi)線槽、導(dǎo)軌、電氣設(shè)備、接線端子；根據(jù)設(shè)計好電氣原理圖和接線圖，并按照接線規(guī)范進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化接線。

編程根據(jù)各臺泵之間按“先進(jìn)先出”排隊策略循環(huán)運行及當(dāng)有故障信號時緊急處理的要求，對控制要求實現(xiàn)切換，對PLC進(jìn)行I/O地址的分配，編寫相應(yīng)的程序來滿足控制的要求。

變頻器參數(shù)設(shè)置根據(jù)變頻運行狀態(tài)下能實現(xiàn)水泵軟啟動、軟停車及轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)節(jié)的要求對變頻器參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，以滿足要求。

調(diào)試安裝接線、PLC程序編制和下裝、變頻器參數(shù)的設(shè)定完成后，可以進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試，首先應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)“手動控制”，功能實現(xiàn)后調(diào)試“自動運行”。在調(diào)試過程中肯定會出現(xiàn)這樣和那樣的問題，對問題進(jìn)行分析并解決，直至完成控制功能，調(diào)試成功。

運行控制系統(tǒng)可靠運行，測試各種電氣運行參數(shù)，項目完成。

圖3 電控系統(tǒng)控制電路圖

圖4 PLC接線圖

圖5 變頻器外圍接線圖

表1 輸入/輸出點代碼和地址編號表

由于是具體的項目，學(xué)習(xí)的目的性、綜合性及實操性很強(qiáng)，學(xué)生都意識到學(xué)習(xí)這樣的課程能夠有效地掌握知識，提高技能，提升素質(zhì)，對將來的成才和就業(yè)都會很有幫助。同時，電氣控制柜總裝課程中進(jìn)行PLC、變頻器和電氣控制技術(shù)的綜合開發(fā)和應(yīng)用的成功，還受到了教師、學(xué)院的好評。在國家示范性建設(shè)中，總裝實訓(xùn)室已作為電氣自動化專業(yè)的亮點向兄弟院校進(jìn)行推廣和示范。

[1]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[2]張迎輝,阮友德.現(xiàn)代電工技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)體系的建設(shè)[J].中國職業(yè)技術(shù)教育,2006,（6）:15-16.

[3]沈博.電氣控制綜合實驗平臺的設(shè)計[J].中小企業(yè)管理與科技,2009,(19).

（本文責(zé)任編輯：尚傳梅）

教育部舉辦2010年中等職業(yè)學(xué)校招生工作推進(jìn)會

由教育部舉辦的“2010年中等職業(yè)學(xué)校招生工作推進(jìn)會”8月18日在四川省成都市舉行。會議就貫徹落實全國教育工作會議和《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》精神，加快中等職業(yè)教育改革創(chuàng)新，確保實現(xiàn)2010年中等職業(yè)學(xué)校招生830萬人的目標(biāo)作了具體部署。教育部副部長魯昕出席會議并作重要講話。各省、區(qū)、市和計劃單列市，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)教育行政部門負(fù)責(zé)人約120人參加了會議，與會代表就2010年中等職業(yè)學(xué)校招生工作進(jìn)行了交流。會前舉行的中等職業(yè)教育招生制度改革案例推介會，魯昕出席并作主旨演講。

（四川新聞網(wǎng)）

G710

A

1672-5727（2010）09-0114-02

楊箏（1974—），女，黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要從事電氣自動化工程、計算機(jī)控制方面的教學(xué)及設(shè)計。