“PLC+變頻器+電氣控制”在總裝課程中的開發應用

楊箏 朱海英

（黃河水利職業技術學院河南開封475003）

“PLC+變頻器+電氣控制”在總裝課程中的開發應用

楊箏 朱海英

（黃河水利職業技術學院河南開封475003）

經過市場調查，發現電氣自動化設備生產、機械等工業行業對電氣控制柜的設計、安裝、調試、維護等用人需求量很大，本文結合綜合實訓，對以“PLC+變頻器＋電氣控制”為核心內容的集設計、選型、安裝、調試、運行于一體的《成套電氣控制柜總裝》模塊化課程的開發應用進行了論述。

PLC；變頻器；電氣控制；總裝課程開發

隨著科學技術的不斷發展，PLC、變頻器和電氣控制系統在工業中的應用越來越廣。在實際的工程應用中往往是根據工程項目的需要，用PLC進行編程實現復雜控制，利用變頻器實現變頻調速和軟啟動控制，利用電氣控制系統實現主電路的連接，三個系統要密切配合才能實現控制要求。但在常規教學中，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的設置，電氣控制技術主要是繼電器控制線路的連接，三個部分是分散孤立的，學生對工程項目的實施缺乏整體認識，難以完成控制的要求。為此，黃河水利職業技術學院在國家示范性建設中經過廣泛的調查與研究后，設置了PLC、變頻器和電氣控制系統綜合應用的集設計、選型、安裝、調試、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、做、練”一體化的在實訓室內對學生進行為期一月的模塊化教學模式，同時采用“學生為主體，教師為主導，管理為主線”的教學方法，旨在通過綜合訓練提升學生的整體技能。下面就來分析一下課程開發的內容。

實訓項目設置和控制要求

（一）項目設置

在學生學習了《電機拖動與電氣控制》、《PLC綜合應用技術》、《電力電子技術技術》等課程的基礎上，根據元件的配置和時間的安排，我們將在供水系統中常見的恒壓供水系統作為工程項目進行控制。該項目綜合了PLC、變頻器、電氣控制等多方面的應用。對于PLC既有開關量I/O，也有模擬量I/O，有PID調節的典型使用，又有復雜的邏輯控制。在項目中使用了變頻器和電動機軟啟動控制。控制回路主要通過電氣控制來實現。

隨著社會的發展和進步，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應運而生，這就是PLC控制的恒壓無塔供水系統。恒壓供水保證了供水的質量，以PLC為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性。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、生活實際中，用戶用水量的多少是經常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發生。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，改變水泵的轉速，實現供水系統的恒壓供水的目標，從而提高供水的質量。

（二）控制要求

“一拖二”的恒壓供水系統的控制要求如下：每臺泵均可實現手動/自動控制切換；變頻運行狀態下能實現水泵軟啟動、軟停車及轉速的變頻調節；水泵出口供水管道上的電阻式遠傳壓力表輸出的模擬量信號作為供水管網壓力反饋信號實施PID控制；各臺泵之間按“先進先出”排隊策略循環運行；為消除水壓假信號影響，水泵切換前設置延時時間；每臺泵可以變頻運行/工頻運行切換；智能化控制，可任意修改參數指令；具有完善的電氣安全保護措施，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、（變頻泵轉速）顯示功能。

圖1 恒壓供水工藝流程圖

方案設計

主要電氣器件選擇根據設計要求，經過計算，設置主要的電氣元件如下：（1）PLC:為滿Siemens S7-200 CPU226CN+模擬量擴展模塊EM235；（2）變頻器：Siemens VF-MM440；（3）電動機型號與參數為：Y160M-2，15KW，380V，29.4A，2930r.p. m；（4）控制柜內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、轉換開關、蜂鳴器、電壓表、電流表等。

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

圖2 電控系統主電路圖

1.主電路圖。如圖2所示為電控系統主回路。兩臺電動機分別為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過載保護用的熱繼電器；QA10、QA20、QA30分別為變頻器和兩臺水泵電動機主電路的隔離開關；QA0為主電源電路總開關,VVVF為簡單的一般變頻器。

2．控制回路控制原理圖。根據控制要求，設計控制回路圖。控制系統的輸入/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/自動轉換開關，SF打在1的位置為手動控制狀態；打在2的位置為自動控制狀態。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，系統在PLC程序控制下運行。圖中PG1為自動運行狀態電源指示燈。對變頻器復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等數字為接線編號。

3.PLC外圍接線圖。要實現自動控制還需要進行PLC及擴展外圍接線圖，設計結果如圖4所示。

4.變頻器外圍接線圖。根據控制要求，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接線圖。根據原理圖和控制要求設計控制柜柜面布置圖和柜內接線圖。

安裝根據盤內布置安裝柜內線槽、導軌、電氣設備、接線端子；根據設計好電氣原理圖和接線圖，并按照接線規范進行標準化接線。

編程根據各臺泵之間按“先進先出”排隊策略循環運行及當有故障信號時緊急處理的要求，對控制要求實現切換，對PLC進行I/O地址的分配，編寫相應的程序來滿足控制的要求。

變頻器參數設置根據變頻運行狀態下能實現水泵軟啟動、軟停車及轉速的變頻調節的要求對變頻器參數進行合理設置，以滿足要求。

調試安裝接線、PLC程序編制和下裝、變頻器參數的設定完成后，可以進行設備的調試，首先應該能夠實現“手動控制”，功能實現后調試“自動運行”。在調試過程中肯定會出現這樣和那樣的問題，對問題進行分析并解決，直至完成控制功能，調試成功。

運行控制系統可靠運行，測試各種電氣運行參數，項目完成。

圖3 電控系統控制電路圖

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，學習的目的性、綜合性及實操性很強，學生都意識到學習這樣的課程能夠有效地掌握知識，提高技能，提升素質，對將來的成才和就業都會很有幫助。同時，電氣控制柜總裝課程中進行PLC、變頻器和電氣控制技術的綜合開發和應用的成功，還受到了教師、學院的好評。在國家示范性建設中，總裝實訓室已作為電氣自動化專業的亮點向兄弟院校進行推廣和示范。

[1]王永華.現代電氣控制及PLC應用技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[2]張迎輝,阮友德.現代電工技術實訓教學體系的建設[J].中國職業技術教育,2006,（6）:15-16.

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

（本文責任編輯：尚傳梅）

教育部舉辦2010年中等職業學校招生工作推進會

由教育部舉辦的“2010年中等職業學校招生工作推進會”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展規劃綱要(2010-2020年)》精神，加快中等職業教育改革創新，確保實現2010年中等職業學校招生830萬人的目標作了具體部署。教育部副部長魯昕出席會議并作重要講話。各省、區、市和計劃單列市，新疆生產建設兵團教育行政部門負責人約120人參加了會議，與會代表就2010年中等職業學校招生工作進行了交流。會前舉行的中等職業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）

G710

A

1672-5727（2010）09-0114-02

楊箏（1974—），女，黃河水利職業技術學院講師，主要從事電氣自動化工程、計算機控制方面的教學及設計。