基于工作過程的PLC與變頻器綜合實訓項目教學的設計

摘要：本文主要介紹了針對高職院校的自動化、電氣、機電一體化等專業的PLC與變頻器的綜合實訓教學中的項目教學的設計，如何實現以學生為主體，以工作過程為導向來培養學生的核心職業能力和綜合素質。并詳細介紹了在實訓教學和教學做一體化教學中針對現階段高職學生的編程及創新能力的不足，通過一個變頻器的對電機多段調速的一個典型工作項目的設計，讓學生的編程創新能力得到快速提高，因此具有非常現實的意義和廣泛的借鑒作用。

關鍵詞：PLC 變頻器 綜合實訓 項目教學

眾所周知，現階段的高職院校學生的基礎較差、接受能力不強，因此在PLC的專業課程教學中，學生的編程能力和創新意識都比較弱，相對簡單的基本指令的PLC編程學生容易接受和理解，但是相對復雜的觸點比較指令等其它功能指令的使用掌握的比較差同時也很難對PLC編程靈活的掌握和應用。因此針對以上現象下面介紹如何在PLC一體化教學中或者變頻器的綜合實訓教學中通過一個變頻器對電機多段調速的一個典型實訓項目的設計，融合了變頻器技術和PLC技術，實現了以學生為主體，以工作過程為導向來培養學生的核心職業能力和綜合素質，讓學生的編程創新能力得到快速提高。

1 實訓項目的設計

1.1 項目任務介紹 通過PLC控制變頻器的外部端子實現變頻器對電機的多段調速，變頻器按圖1，1所示的時序圖進行運行。

1.2 變頻器及PLC的接線

圖1，2 變頻器、PLC控制系統電氣接線圖

1.3 變頻器參數設計 根據項目任務要求，變頻器需要工作在外部（EXT）運行模式(Pr，79設定為2)，或者是外部/PU組合運行模式（Pr，79設定為3或者4）也可以。電機要實現正轉3段速度、反轉3段速共6段速度控制，只需要用到其中的6段速度即可，具體功能如下：RH為ON控制1速（由Pr，4設定），在本項目中Pr，4應該設定為20HZ，其它段速度參數設定也同理。參數的設定方法詳細見變頻器用戶手冊，在項目教學過程中需要強調學生使用用戶手冊的能力。

2 項目實施

完整的教學設計和基于工作過程的項目驅動教學的實施如下：

2.1 知識點、技能點的學習和訓練 訓練內容和要求：任務一：用變頻器的外部運行模式用開關實現對電機的三段速度的控制。具體如下：啟動開關1變頻控制電機正轉，啟動開關2變頻控制電機反轉，啟動開關3變頻器高速（40HZ）運行，啟動開關4變頻器中速（30HZ）運行，啟動開關3變頻器低速（20HZ）運行。任務二：用PLC與變頻器綜合控制電機自動運行，具體如下：按下啟動按鈕變頻器控制電機首先20HZ運行10S，然后電機30HZ運行10S，最后電機40HZ運行10S停止。

2.2 明確項目工作任務 根據系統控制和操作要求，逐項分解工作任務，完成項目任務分析。分析任務及所要求達到的技術指標和工藝要求。

2.3 確定系統控制方案 小組成員共同研討，制訂系統控制總體控制方案，繪制系統工作流程圖及系統結構框圖；據技術工藝指標確定系統的評價標準；

2.4 PLC控制系統硬件的設計 ①收集相關PLC控制器、變頻器、開關、按鈕等設備資料，完善項目設備表。②輸入/輸出的點分配，根據被控對象對PLC系統的功能要求和所需要輸入/輸出的點數，選擇適當類型的PLC。分配PLC的I/O分配表。③繪制出PLC與變頻器控制系統（I/O）電氣接線圖，參考圖如圖1.2所示。

2.5 PLC程序設計 ①根據被控對象的工藝條件和控制要求，設計梯形圖，要求三種以上方法進行PLC的程序設計。提示如下：第一種方法：經驗法（基本指令結合多定時器的編程）；第二種方法：順序功能圖的編程（STL指令、SFC編程、起保停編程等方法）；第三種方法：功能指令的編程（單個定時器結合觸點比較指令、傳送指令的編程參考程序如圖2.1所示）。②進行程序的語法檢查無誤后，進行軟仿真調試。

2.6 系統安裝接線和綜合調試 首先按系統接線圖連接好系統，然后根據控制要求對系統進行調試，直到符合要求。①PLC通電，通過編程軟件將PLC置于非運行（RUN）狀態，并將程序下載到PLC。②通過編程軟件將PLC置于運行RUN狀態，按下啟動按鈕，觀察計算機上顯示程序中各觸點和線圈的狀態和變頻器的運行頻率。③聯合調試、發現問題進行修改。直到系統完善。

2.7 項目考核及總結 按照任務書的要求，填寫考核表，與同學、教師共同完成本次項目的考核工作。整理上述步驟中所編寫的材料，完成項目訓練報告。

3 結論

通過以上基于工作過程的典型的工作項目的實施，做到了從教到學有機融合，體現出了以學生為主體，讓學生在學中做，在做中學。教師完成項目化的教學設計，在項目實施中教師為主導，通過由簡單到復雜的項目任務，引導學生完成項目實施，在本項目中的PLC程序設計中引導學生用多種編程方法來編程，培養學生的編程創新能力和綜合素質，在完成項目的同時學生有了成就感、學習興趣也得到了提高，通過近幾年的教學實施效果及學生的反饋調查，項目化的“PLC與變頻器的綜合實訓”取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]金彥平主編，可編程序控制器及應用[M]，北京：機械工業出版社，2010.

[2]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION，FX系列編程手冊，2001.

[3]張玲，“PLC應用技術”教改探索與實踐[J]，中國現代教育裝備，2006，(10):64-69.

作者簡介：凌雙明（1983，9），女，長沙，助理實驗師，在讀碩士研究生，研究方向為嵌入式技術。

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