基于現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)驗綜述報告

席宇迪 甘泉 馬運(yùn)強(qiáng)

摘?要：本文主要介紹了針對安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)室的綜合運(yùn)用。對于高職高專院校的學(xué)生來說，主要鍛煉學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力，本文介紹了設(shè)備的硬件組成和可編程控制器、變頻器、觸摸屏的綜合實(shí)訓(xùn)案例，全方位展示現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。通過現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)實(shí)驗和實(shí)訓(xùn)教學(xué)，學(xué)生能夠?qū)σ庾R課程進(jìn)行綜合性項目的軟件編程和硬件調(diào)試。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；綜合實(shí)訓(xùn)；硬件調(diào)試

本?，F(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗室擁有25套西門S71200PLC與S71500PLC實(shí)驗實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)裝置，以及配套的博圖TIA軟件和HMI應(yīng)用軟件等。現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗室滿足電氣工程學(xué)院智能控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、電氣自動化、自動化生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用等相關(guān)專業(yè)進(jìn)行S71200PLC、S71500PLC、伺服控制技術(shù)、變頻器應(yīng)用技術(shù)等課程的實(shí)驗教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)要求。

一、現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)驗裝置硬件介紹

現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)驗裝置是雙向開門，包括A面柜門和B面柜門，兩個門打開分別是不同的實(shí)驗裝備。

（一）控制柜A面柜門布局及元件介紹

面板一：A面的實(shí)訓(xùn)電源由此面板上的4P空氣開關(guān)以及啟動、停止、急停按鈕控制，三個指示燈用于指示三相電源有無缺相。面板中間為昆侖通態(tài)觸摸屏，右上角為多功能電力儀表，右下角為電力儀表電源開關(guān)和觸摸屏電源開關(guān)。

面板二：第一行為220V信號指示燈，第二行為按鈕開關(guān)，第三行為二位旋鈕開關(guān)，右上角為凸輪開關(guān)，右下角為十字開關(guān)。此面板提供實(shí)訓(xùn)所需的開關(guān)及指示燈。

（二）控制柜A面柜體內(nèi)部布局及元件介紹

網(wǎng)孔板一：此網(wǎng)孔板通過線槽分為三個部分，上部分為西門子1500PLC；左下部分左邊為西門子1200晶體管型PLC并安裝有16通道數(shù)字量出入和16通道繼電器輸出擴(kuò)展模塊，右邊為24V開關(guān)電源；右下部分左邊為三相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，右邊為伺服驅(qū)動器。

信號源面板：第一行從左往右第一個為1500PLC電源開關(guān)；第二個為1200PLC電源開關(guān)；第三個為伺服驅(qū)動器電源開關(guān)；第四個為電壓電流源開關(guān)；第五個為步進(jìn)驅(qū)動器電源開關(guān)。第二行第一個表頭為0～10V可調(diào)直流電壓源；第二個表頭為0～20mA可調(diào)直流電流源（電流源和電壓源可作為PLC的模擬量輸入信號，或者變頻器模擬量調(diào)速實(shí)訓(xùn)時作為調(diào)速控制信號）。

網(wǎng)孔板二：此網(wǎng)孔板通過線槽分為兩個部分，安裝有完成電力拖動所需的器件，所有器件的接線點(diǎn)全部轉(zhuǎn)接在了器件上、下對應(yīng)的端子排上。

小車運(yùn)動掛板：此掛板能夠完成伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的精確定位控制，以及光電傳感器和光電編碼器的使用。安裝有滾珠絲桿一套、限位開關(guān)兩個、光電傳感器三個、光電編碼器一個、三相步進(jìn)電機(jī)一個、交流伺服電機(jī)一個（使用時需要拆下步進(jìn)電機(jī)更換成伺服電機(jī)）。

（三）控制柜B面柜門布局及元件介紹

面板一：B面的實(shí)訓(xùn)電源由此面板上的4P空氣開關(guān)以及啟動、停止、急停按鈕控制，三個指示燈用于指示三相電源是否正常。面板第一行為三個交流電流表；第二行為一個交流電壓表，電壓表右邊為三相電壓指示切換開關(guān)。電壓表、電流表、電壓切換開關(guān)全部屬于實(shí)訓(xùn)元件，使用時需要根據(jù)實(shí)訓(xùn)項目自行接線，器件的接線點(diǎn)已全部轉(zhuǎn)接到了柜子內(nèi)部左側(cè)面端子排上。

面板二：面板左側(cè)為液晶顯示屏，右邊為PVC操作鍵盤。此面板主要由于智能設(shè)故、排故可獨(dú)立使用，也可配合教師機(jī)智能考核軟件多臺設(shè)備組網(wǎng)使用。

面板三：第一行為220V信號指示燈；第二行為按鈕開關(guān)；第三行為二位旋鈕開關(guān)，右上角為凸輪開關(guān)，右下角為十字開關(guān)。此面板提供實(shí)訓(xùn)所需的開關(guān)及指示燈，為了方便實(shí)訓(xùn)，所有器件的接線點(diǎn)全部轉(zhuǎn)接到了柜子內(nèi)部左側(cè)面的端子排上。

（四）控制柜B面柜體內(nèi)部布局及元件介紹

網(wǎng)孔板一：此網(wǎng)孔板通過線槽分為三個部分，上部分為西門子1200繼電器輸出型PLC（數(shù)字量輸出公共端可接交流220V電源），并安裝有模擬量模塊，PLC工作電源已接好，通過其旁邊的1P空開控制電源；左下部分為加熱器，內(nèi)部裝有PT100和加熱元件；右下部分為西門子變頻器，變頻器的輸入電源已經(jīng)接好，通過變頻器右側(cè)的3P空開進(jìn)行控制。

儀表面板：面板上最左邊為溫度控制器，用于控制網(wǎng)孔板上的加熱器，可實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制。從左向右第一個綠色的表頭為功率表、第二個表頭為轉(zhuǎn)矩表、第三個表頭為轉(zhuǎn)速表。三個表用于直流調(diào)速實(shí)驗中檢測直流電機(jī)的輸出功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速（直流調(diào)速模塊屬于選配模塊）。

電阻面板：此面板為功率電阻面板，裝有兩個900Ω和一個90Ω大功率可調(diào)電阻，在直流調(diào)速實(shí)驗中作為負(fù)載使用。面板右下角是一個航空插座，用于為機(jī)床掛件內(nèi)部的故障板提供電源和控制信號，在使用ZNPX、ZNPT兩種機(jī)床掛件時，需要將掛件上的航空插頭和此航空插座相連。

掛件安裝區(qū)：此區(qū)域用于安裝機(jī)床掛件或者直流調(diào)速掛件。掛件可根據(jù)實(shí)訓(xùn)項目更換，只需要掛在不銹鋼掛架上即可，機(jī)床所需的三相交流電源可從電阻面板上獲取。

二、現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)介紹

本實(shí)訓(xùn)是在學(xué)習(xí)完觸摸屏、PLC、變頻器等課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，旨在考查學(xué)生對所學(xué)學(xué)科進(jìn)行綜合運(yùn)用的能力，是對學(xué)生理論學(xué)習(xí)、接線能力、編程通信能力的綜合考查。以觸摸屏、PLC、變頻器的綜合實(shí)訓(xùn)為例，本課程學(xué)習(xí)觸摸屏組態(tài)通信與PLC通信控制變頻器模擬量調(diào)速。學(xué)生通過這個項目可以掌握變頻器的設(shè)置、PLC的編程、觸摸屏組態(tài)的通信等內(nèi)容，加強(qiáng)對理論知識的學(xué)習(xí)和靈活應(yīng)用。以基于觸摸屏的變頻器開環(huán)控制這一實(shí)訓(xùn)內(nèi)容為例，所需原件如下表1：

（一）項目控制要求

通過觸碰觸摸屏中的相應(yīng)按鈕，改變PLC模擬量的輸出電壓，從而控制變頻器的輸出頻率以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。

（二）接線圖

請按照圖6完成實(shí)訓(xùn)接線。

（三）PLC程序的編寫

打開電腦上的博圖軟件，并新建一個項目，項目可以直接命名為基于MCGS觸摸屏的變頻器開環(huán)調(diào)試。組態(tài)一臺PLC設(shè)備，并在博圖軟件里編寫PLC程序，程序如下圖所示。

（四）繪制MCGS觸摸屏的畫面并連接變量

在MCGS界面繪制控制按鈕，設(shè)置變量。變量連接如下圖，圖中需要注意，變量的地址要和PLC上的地址一致。圖中有兩個IP地址，其中本地IP是觸摸屏硬件的IP地址，用來把觸摸屏軟件的畫面下載到觸摸屏里，遠(yuǎn)程IP就是PLC的IP地址。

（五）以工業(yè)以太網(wǎng)的方式通信

把電腦的網(wǎng)線與交換機(jī)進(jìn)行連接，把觸摸屏和PLC與交換機(jī)進(jìn)行連接。在MCGS軟件里把本地IP修改為觸摸屏硬件的IP地址，遠(yuǎn)端IP修改為博圖軟件組態(tài)的PLC地址。

（六）設(shè)置變頻器參數(shù)

（1）變頻器恢復(fù)出廠參數(shù)設(shè)置P0010=30、P970=1。（2）設(shè)置P304、P307、P310時，請根據(jù)電機(jī)銘牌上的實(shí)際參數(shù)設(shè)定。（3）設(shè)定電機(jī)參數(shù)時，先設(shè)定P0010=1（快速調(diào)試），電機(jī)參數(shù)設(shè)置完成設(shè)定P0010=0（準(zhǔn)備）。

說明：圖中變頻器“0V”端子是模擬量端子，在端子排上緊鄰“10V”端子，請不要接錯。

（七）通電調(diào)試

（1）確認(rèn)接線無誤后接通電源，將配套的程序下載到PLC內(nèi)。（2）點(diǎn)擊觸摸屏實(shí)訓(xùn)項目，選擇畫面中的“模擬量調(diào)速”按鈕，進(jìn)入實(shí)訓(xùn)畫面。（3）觸碰畫面中的“電機(jī)啟動”按鈕，“電機(jī)工作指示”指示燈點(diǎn)亮，“當(dāng)前頻率”顯示為0，變頻器進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。每觸碰一次畫面中的“頻率加”按鈕，電機(jī)的運(yùn)行頻率加5Hz，最高頻率為50Hz。每觸碰一次“頻率減”按鈕，電機(jī)的運(yùn)行頻率減5Hz，最低頻率為0Hz。電機(jī)運(yùn)行過程中觸碰畫面中的“電機(jī)停止”按鈕，電機(jī)減速停止，“電機(jī)工作指示燈”熄滅。

結(jié)語

現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)裝置涉及電機(jī)與電氣控制、PLC應(yīng)用技術(shù)、電工測量與儀表調(diào)試、電力電子技術(shù)、觸摸屏應(yīng)用技術(shù)、變頻器應(yīng)用技術(shù)、伺服步進(jìn)控制技術(shù)等專業(yè)課程的知識點(diǎn)。實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容主要考查學(xué)生控制系統(tǒng)電路設(shè)計、電路布置、連接工藝與調(diào)試等工程實(shí)施能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和計劃組織能力，培養(yǎng)新一代技能型應(yīng)用人才。

參考文獻(xiàn)：

［1］周明龍.現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書.2019，12.

［2］《維修電工高級考證實(shí)訓(xùn)》指導(dǎo)書（全）_圖文《互聯(lián)網(wǎng)文檔資（http：//wenku.baidu.c）》2016.

［3］周奎，王玲，吳會琴.變頻器技術(shù)及綜合應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021.

［4］廖常初.PLC編程及應(yīng)用（第3版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［5］路明.多種方式下的西門子變頻器的PLC控制［J］.科技信息，2012（2）：158159.

［6］基于PLC的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)下載——《網(wǎng)絡(luò)（http：//ishare.iask.s）》2020.

基金項目：安徽高校自然科學(xué)研究項目（KJ2019?A1155）；安徽職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計劃項目（2020tzpy?18011）；安徽省職業(yè)與成人教育學(xué)會研究規(guī)劃課題（Azcj2021098）

作者簡介：席宇迪（1989—?），女，漢族，安徽鳳陽人，碩士，實(shí)驗師，研究方向：電氣自動化技術(shù)；甘泉（1991—?），男，漢族，安徽六安人，碩士，講師，研究方向：智能處理信息與應(yīng)用；馬運(yùn)強(qiáng)（1989—?），男，漢族，安徽利辛人，碩士，講師，研究方向：智能控制技術(shù)。