論P(yáng)LC、變頻器、觸摸屏的融合教學(xué)

【摘要】當(dāng)今PLC是領(lǐng)先的、應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器；變頻器作為驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)控制應(yīng)用廣泛；現(xiàn)代工業(yè)的操作監(jiān)控中常采用觸摸屏。在融合教學(xué)中，教師的耐心指導(dǎo)外，會(huì)強(qiáng)調(diào)自學(xué)、動(dòng)手和以討論的方式解決問題的學(xué)習(xí)方式。文中通過對(duì)PLC，融合變頻器、觸摸屏在教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)，體現(xiàn)了教學(xué)的綜合性，現(xiàn)代化的技術(shù)和領(lǐng)域的融合。傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)、變頻控制等是我院的機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化等專業(yè)的核心課程，已連續(xù)開課多屆，學(xué)習(xí)任務(wù)結(jié)合應(yīng)用廣泛的機(jī)電、電氣自動(dòng)化的幾個(gè)專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)的教學(xué)，對(duì)技師學(xué)院機(jī)電學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能的教學(xué)有非常重要的意義，這種模式已被證實(shí)在多年的實(shí)踐中，對(duì)提升教學(xué)效果十分顯著，現(xiàn)拋磚引玉，與同行一起探討，求更好地提升教學(xué)水平。

【關(guān)鍵詞】工控 PLC 變頻器 觸摸屏 融合教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）08-0236-02

觸摸屏、PLC和變頻器融合實(shí)訓(xùn)在我院機(jī)電一體化教學(xué)中，學(xué)生通過閱讀材料及有關(guān)技術(shù)資料，專門練習(xí)的內(nèi)容，要求和實(shí)施辦法， 需要在實(shí)習(xí)任務(wù)的總體實(shí)施計(jì)劃下，確定操作步驟與操作方法。首先要確定的總?cè)蝿?wù)和勞動(dòng)分工，再繪制電路原理圖和安裝控制線路，從而進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，觸摸屏顯示器，變頻器的相關(guān)參數(shù)設(shè)置等。具體的培訓(xùn)工具，設(shè)備的準(zhǔn)備，安裝和檢測(cè)方法，掌握為了安全操作，同時(shí)也為問題的分析和選擇解決方案，列舉了多種實(shí)用的主題，為學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程，制定相應(yīng)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)，優(yōu)化對(duì)學(xué)生的考核細(xì)則，能反映出學(xué)生實(shí)訓(xùn)真實(shí)的學(xué)習(xí)情況。

一、融合實(shí)訓(xùn)的目的要求

1.實(shí)訓(xùn)的目的。

PLC、觸摸屏、變頻器的融合實(shí)訓(xùn)，是我院在機(jī)電一體化和電氣自動(dòng)化的教學(xué)重點(diǎn)。是學(xué)生重點(diǎn)需學(xué)技術(shù)課程和專業(yè)課程，是將理論與實(shí)踐結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生能力，解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題，在將來進(jìn)行必要的畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合的重要一步，所以說變頻器，觸摸屏和PLC綜合訓(xùn)練是基于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及主要生產(chǎn)線中的應(yīng)用。

2.根據(jù)課題任務(wù)的系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)，硬件電路和控制程序的安裝的總體方案。

通過學(xué)習(xí)綜合運(yùn)用技術(shù)，變頻技術(shù)，傳感器技術(shù)等方面的知識(shí)相結(jié)合，學(xué)生將把多門核心專業(yè)課融合起來學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生綜合動(dòng)手能力和整體素質(zhì)。

二、實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容及要求

要求學(xué)生理解，PLC控制，觸摸屏與變頻器的運(yùn)用基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)學(xué)習(xí)完成下面內(nèi)容：

1.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

①明確控制系統(tǒng)、框圖繪制；②變頻器，觸摸屏和PLC，須選擇的對(duì)應(yīng)低壓電氣元件； ③設(shè)計(jì)繪制控制系統(tǒng)的電路原理圖；④設(shè)計(jì)控制柜的元件布局；⑤編寫PLC控制流程及控制程序；⑥設(shè)置變頻器的控制參數(shù)；⑦設(shè)計(jì)觸摸屏的控制組態(tài)。

2.控制系統(tǒng)安裝和調(diào)試

①在控制柜進(jìn)行安裝及接線；②編寫調(diào)試流程；③調(diào)試硬件電路和軟件程序。

三、實(shí)訓(xùn)的工作量

1.圖紙部分

①繪電路控制的系統(tǒng)原理圖 （需A3或A4圖紙一張）；②組件機(jī)柜方面的布局圖（一張A3或A4圖紙）；③控制流程 （A3或A4圖紙一張）；④調(diào)試流程（A3或A4圖紙一張）。

2.任務(wù)說明指導(dǎo)

任務(wù)描述是整個(gè)設(shè)計(jì)過程的培訓(xùn)和指導(dǎo)的敘述性描述，并應(yīng)包括下列內(nèi)容：

①題目和控制要求；②控制系統(tǒng)的整個(gè)方案分析、控制框圖；③硬件電路設(shè)計(jì)說明；④ 觸摸屏、PLC、變頻器的相關(guān)參數(shù)配置的設(shè)計(jì)規(guī)范；⑤系統(tǒng)調(diào)試說明；⑥總結(jié)。

四、考核內(nèi)容、考核方式、成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)

1.考核內(nèi)容：在學(xué)生接受培訓(xùn)的任務(wù)，必須先閱讀任務(wù)內(nèi)容，為了設(shè)計(jì)內(nèi)容和需要一個(gè)全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，及時(shí)對(duì)相關(guān)信息收集，然后按照步驟進(jìn)行，應(yīng)避免在沒有理解就動(dòng)手。

2.考核方法：在每一個(gè)已經(jīng)完成訓(xùn)練的學(xué)生，必須由教師評(píng)估。

3.考核評(píng)定：學(xué)生在完成所有的訓(xùn)練情況后，由學(xué)生統(tǒng)一完成一份系統(tǒng)的課題，導(dǎo)師據(jù)評(píng)估內(nèi)容評(píng)估學(xué)習(xí)掌握效果。

①控制箱中的多種電器元件的名稱、功能、選用；②控制電路的互鎖和自鎖環(huán)節(jié)；③PLC與變頻器的電路連接原理；④PLC程序的控制流程；⑤變頻器控制中，實(shí)現(xiàn)其功能關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)置；⑥觸摸屏與PLC的通信及變量的連接；⑦控制的軟件程序以及硬件電路的匹配情況；⑧系統(tǒng)調(diào)試的要點(diǎn)?？刂乒竦陌惭b及接線情況。

4.評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：

實(shí)訓(xùn)成績(jī)分為優(yōu)秀，良好，中，及格、不及格五個(gè)層次。各級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：

優(yōu)秀：實(shí)訓(xùn)內(nèi)容完整。按期完成任務(wù)?？刂葡到y(tǒng)的思路方案正確可行，論證證據(jù)充分?？刂葡到y(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，元件選擇完全正確的，安裝接線出來的控制柜美觀可靠，設(shè)計(jì)規(guī)范整潔有序、質(zhì)量可靠。能理解的考試和評(píng)估內(nèi)在意義，并完全地、 正確地回答問題。

良好：實(shí)訓(xùn)任務(wù)按時(shí)完成且完整。任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案尚可，論證較好。硬件電路的設(shè)計(jì)合理方面，選用元器件恰當(dāng)?？刂乒竦陌惭b接線美觀可靠。圖紙光滑整潔，操作過程規(guī)范，繪圖質(zhì)量好。所評(píng)估的知識(shí)點(diǎn)的每一個(gè)部分，有很好地了解，評(píng)估時(shí)回答問題正確全面。

中等：實(shí)訓(xùn)內(nèi)容項(xiàng)目按時(shí)完成。編程及設(shè)定的參數(shù)等設(shè)計(jì)方案基本正確，論證一般。合理的硬件電路設(shè)計(jì)，選定的組件的正確?？刂齐姎夤竦慕泳€安裝可靠，整齊美觀。說明書圖有資料較整潔、質(zhì)量尚好?？荚嚂r(shí)，較好地了解每個(gè)部分的考試的題目，提示可以正確地回答問題。

及格：基本完成任務(wù)實(shí)訓(xùn)的規(guī)定內(nèi)容。設(shè)計(jì)沒有原則性的錯(cuò)誤，可靠的程序選擇與硬件控制柜安裝接線。規(guī)格和表面粗糙度，平均質(zhì)量一般，有一定的誤差，但在很大程度上符合主要部分的要求，評(píng)價(jià)列問題認(rèn)識(shí)不足，只能回答一些主要問題。

不及格：內(nèi)容培訓(xùn)要求未能完成，有一個(gè)以上原則性的程序問題、元件選擇錯(cuò)誤，硬件電路的設(shè)計(jì)和圖紙有重大的錯(cuò)誤，控制電氣線路柜的安裝接線不可靠。該評(píng)估點(diǎn)時(shí)，所列出的主要問題無法通過提示答案來回答。如考試中發(fā)現(xiàn)有別人代作，取消參考的資格，并扣團(tuán)體分。

五、實(shí)訓(xùn)的參考題目

1.多泵切換恒壓供水系統(tǒng)

現(xiàn)有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，水泵控制特點(diǎn)如下：

①用轉(zhuǎn)換開關(guān)QS實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)控制的切換。②手動(dòng)按鈕分別控制兩臺(tái)電機(jī)運(yùn)行、停止。 ③自動(dòng)切換中兩個(gè)異步變頻器控制，變頻器控制開始與PLC，一分鐘的延遲，當(dāng)水壓力達(dá)到時(shí)將被限制。當(dāng)開關(guān)操作，和變頻器控制的啟動(dòng)速度；壓力上升，當(dāng)壓力到最大延遲30秒時(shí)，升至水壓力到達(dá)上限時(shí)，電機(jī)M1停止；當(dāng)壓力低于下限和馬達(dá)的額定頻率50HZ， 1分鐘水壓力的下限延遲，換到工頻運(yùn)行的M2和M1，啟動(dòng)變頻器調(diào)速控制。如此反復(fù)使水壓恒定。停止時(shí)，電機(jī)M1和M2兩臺(tái)同時(shí)停機(jī)。 ④自動(dòng)控制時(shí)，采用觸摸屏來實(shí)現(xiàn)控制啟動(dòng)和停止，并能直接設(shè)置管道壓力值。

2.儲(chǔ)水器水位控制系統(tǒng)

在鍋爐和許多工業(yè)設(shè)備中，常采用部分供水系統(tǒng)。即是：泵用于泵水，將水被泵入（水塔，水箱）高的位置的儲(chǔ)水器，然后供水至低水位的用戶。

此時(shí)，水位控制原理：水能導(dǎo)電原理，取得信號(hào)的：當(dāng)兩根金屬棒都入水，它們之間是“接通”的；當(dāng)在兩個(gè)金屬棒，只有一個(gè)在水中，判斷為“關(guān)”。其中 1 桿用作公共接點(diǎn)，2，3，4 棒用來控制不同水位。

現(xiàn)在控制要求如下：

1）用轉(zhuǎn)換開關(guān)QS來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)的切換控制。

2）手動(dòng)按鈕分別實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止控制。

3）自動(dòng)過程控制中：通過變頻調(diào)速來減少泵水的速度實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

①使用正常時(shí)，水泵以較低轉(zhuǎn)速nL運(yùn)行，控制在3號(hào)棒LL1和4號(hào)棒LH的水位。 ②到用水高峰時(shí)間，供水水泵運(yùn)行低nL不足以補(bǔ)充供水，水位將低至第3號(hào)棒后LL1 ，還將繼續(xù)下降。所以，當(dāng)水位低于 2號(hào)LL2，泵轉(zhuǎn)速增加，提高至nH，以保障增加供水量，以防止水位繼續(xù)下降。③水位上升，至3號(hào)棒LL1以上時(shí)，經(jīng)適當(dāng)延時(shí)后，又可將轉(zhuǎn)速恢復(fù)，至低速nL運(yùn)行。 ④當(dāng)水位上升，到達(dá)上限水位LH時(shí)，則水泵斷電，停止供水。

4）自動(dòng)控制過程中，可以觸摸屏控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止，可直接顯示水位、水泵轉(zhuǎn)速。

六、融合實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)踐小結(jié)

本文所采用的PLC、變頻器、觸摸屏的融合實(shí)訓(xùn)體系，在我院已成功地應(yīng)用于機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化等專業(yè)的核心課程教學(xué)中，從教學(xué)效果來看，因教學(xué)中能調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與熱情，不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，受到了廣大教師、學(xué)生的好評(píng)，教學(xué)效果是顯著的，是值得推廣的教學(xué)模式。

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作者簡(jiǎn)介：

陳軍（1974，7-），男，漢族，廣東梅州人，廣東省嶺南工商第一技師學(xué)院，機(jī)電工程系黨支部書記、系副主任 ，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，本科，主要研究方向：電工工藝、電氣自動(dòng)化、PLC與觸摸屏技術(shù)應(yīng)用等。