西門子S7－300型PLC技能訓練課題研發

李 智 楊 潔 張雅婕

（武漢工程職業技術學院 湖北 武漢：430080）

西門子S7－300型PLC技能訓練課題研發

李 智 楊 潔 張雅婕

（武漢工程職業技術學院 湖北 武漢：430080）

可編程控制器（PLC）廣泛應用于工業控制的各個領域。以西門子S7－300型PLC為核心，把S7－300型PLC和MM440變頻器的應用相結合，通過研發的技能訓練課題使學生掌握在工程中PLC硬件和編程軟件的配合及應用、掌握MM440變頻器外部硬件與參數設置的關系，并且了解工藝對PLC變頻調速控制系統的要求，掌握工程設計思想和實現自動控制的具體方法。

PLC；變頻器；技能訓練

0 引 言

隨著可編程控制器（PLC）、變頻器在工業控制和傳動領域的廣泛應用，對于PLC和變頻器的培訓需求越來越大。維修電工國家職業標準中，也明確提出了維修電工要掌握電氣控制線路設計、可編程控制器及其應用的相關要求。但當前大多數學校的PLC教學是采用以理論教學為主，實驗演示為輔的傳統教學模式，沒有結合PLC的實用性和應用性，更未突出其技能訓練。學生難以真正掌握如何在工程項目中應用PLC。因此，以西門子S7－300型PLC作為核心的技能訓練課題的研發有著重要的現實意義。

1 技能訓練課題的設計

1.1 課題開發目的

電氣控制與PLC應用技術作為自動化相關專業的專業課，是一門實踐性很強的課程，要求學生通過學習能具有較強的實踐應用能力和較高的工程素質，能從事工程技術相關工作。根據該課程應用性強、結合實際緊密的特點，其研發的技能訓練課題應該達到以下目的：學生能從一個工程任務的提出到根據工藝要求制定總體設計方案，再進行具體電氣系統設計、控制程序的開發，最后聯機調試直至一個符合工程任務要求的PLC控制系統完成。

1.2 基本功能

隨著電力電子技術、微電子技術及現代控制理論的發展，交流變頻技術已經被廣泛應用于很多領域。由PLC和變頻器構成的傳動系統在實際工程中的應用更是舉不勝舉，而大多數情況下，PLC和變頻器則是作為兩門課程進行教學。學生在學習的過程中對于PLC和變頻器在整個控制系統中的作用和兩者之間的相互關系猶如盲人摸象。因此，本綜合性技能訓練課題把S7－300型PLC和MM440變頻器的應用相結合，通過技能訓練課題使學生掌握在工程中S7－300型PLC硬件和編程軟件的配合及應用、掌握MM440變頻器外部硬件與參數設置的關系，并且了解工藝對PLC變頻調速控制系統的要求，掌握工程設計思想和實現自動控制的具體方法。

技能訓練課題名稱：用PLC和變頻器實現三相異步電動機正反向運行及轉速的控制。

具體工藝和控制要求如下：

（1）基本功能。按鈕SB1和SB2分別用于啟動電動機的正、反向運行，按鈕SB3用于控制電動機停止。通過PLC對變頻器控制端口開關的操作，實現對電動機正、反向運行控制。通過變頻器設置電動機運行的最低頻率和最高頻率分別為0Hz和50Hz，斜坡上升時間和下降時間分別為3s和6s，電動機穩定運行頻率設置為30Hz。

（2）擴展功能。當電動機過載時，電動機自動停止運行并通過指示燈發出報警信號。報警指示燈按照亮3s、滅2s的頻率閃爍報警。按下報警確認按鈕SB4，報警燈停止報警，否則報警燈閃爍三次后將常亮。

1.3 考核要求

（1）根據以上工藝和控制要求，用西門子S7－300型PLC和MM440型變頻器完成電路圖及技術資料的設計：

1）動力電路圖（主電路圖）。

2）確定I／O信號并分配地址，列出I／O地址表，并要求寫出符號名。

3）設計PLC控制的I／O接線圖（必須根據給定機型實際接線端子確定，且有必要的保護措施）。

4）設計梯形程序圖。5）變頻器參數設置。

（2）按照設計的I／O接線圖在給定的工控柜上完成安裝接線（已提供工控柜固有設備的技術資料和安裝接線圖）。元件布置合理，安裝要緊固，配線要緊固、美觀，導線要進線槽。

（3）熟練操作編程軟件，正確輸入用戶程序至PLC，按照被控設備的工藝要求進行模擬調試（輸入信號在接線時統一用按鈕模擬接線調試），達到技術要求。

（4）正確使用儀表、儀器及工具，仔細檢查，通電試驗要注意人身和設備安全。

2 技能訓練課題的完成

根據考核要求和提供的硬件設備及編程軟件，學生按照工程設計思想和實現自動控制具體方法逐步完成技能訓練課題。

2.1 硬件設備和編程軟件

技能訓練所需硬件設備見表1。

表1 硬件設備清單

2.2 控制系統設計

（1）動力電路圖（主電路圖）見圖1。

圖1 主電路圖

（2）I／O地址表見表2。

表2 I／O地址表

（3）PLC控制的I／O接線圖見圖2。

圖2 I／O接線圖

（4）設計梯形程序圖

使用STEP7編程軟件，按照以下順序進行梯形程序圖的設計：新建項目——硬件組態——編寫程序——程序下載——功能調試，詳見圖3、圖4、圖5。

圖3 硬件狀態

（5）變頻器參數設置

完成硬件接線和PLC程序設計后，進行變頻器的相關參數設置，通過PLC對變頻器控制端口開關的操作，實現對電動機正、反向運行控制，參見表3、表4、表5。

表3 恢復變頻器工廠默認值

表4 設置電動機參數表

（6）通電調試

電路連接好后經指導教師檢查無誤，方可通電調試。根據程序運行情況，調試并修改。

2.3 實訓報告的內容

（1）設計題目、主要內容及設計要求。

（2）工藝分析、實現方案及多種實現方案的比較。

（3）硬件設計思路和設計過程。

（4）控制程序設計思路、主要邏輯關系、流程圖和調試方法。

（5）系統功能調試和性能測試。

表5 數字輸入控制端口開關操作運行參數表

3 課題小結

本課題從工程應用角度出發，體現了PLC控制系統的設計和實現的步驟及方法，具有很強的實用性和綜合性。該技能訓練課曾在武鋼維修電工技師操作技能考試的訓練中應用，訓練效果事半功倍，與傳統的實驗課題相比具有以下優勢：

（1）傳統的實驗課題側重點在于簡單程序的編寫、輸入和調試，完成實驗結果的觀測、記錄和PLC程序的邏輯分析。脫離具體的工程應用做背景，程序便成為了無實際意義的梯形圖，因此學生難以掌握梯形圖程序設計的基本技巧和方法。而研發的技能訓練課題以控制三相異步電動機為工程背景，提出具體的控制要求，因而學生可以從中學會工藝分析并將工藝需求轉換成對PLC電氣控制系統的控制要求，進而編寫符合控制要求的程序，利于學生掌握常用指令的語法特點和典型程序的設計思路和方法。

（2）傳統的實驗課題沒有操作技能訓練。學生通過實驗箱（臺）的面板進行實驗結果驗證，既沒有具體的控制對象也沒有操作技能的訓練。而研發的技能訓練課題通過輸出端口控制變頻器，讓學生在訓練課題的完成過程中逐步理解和學會PLC電氣圖的繪制、I／O信號的編址規則，并且通過硬件接線完成操作技能的訓練。

（3）傳統的實驗課題在硬件和軟件的配合以及PLC和變頻器聯機應用方面少有體現，難以培養學生實際工程應用中系統設計方面的綜合實踐能力。而該技能訓練課題需要正確設置I／O地址、變頻器參數，并且變頻器端口接線無誤才能聯機調試。因此，在完成課題的過程中使學生的實踐能力、分析和解決問題的能力有一定的突破，真正達到開發、設計PLC電氣控制系統的目的。

當然，該技能訓練課題并不能完全取代傳統的實驗課題。PLC應用技術的實踐訓練不可能一步到位，而應采用循序漸進的原則。通過傳統實驗可以使學生熟悉PLC的編程環境和指令系統，以利于學生從基本應用入手，由淺入深，再結合所研發的技能訓練課題，最終掌握PLC電控系統的設計和調試技術。

［1］ 廖常初.S7－300／400PLC應用技術［M］.北京：機械工業出版社，2003.

［2］ 李道霖.電氣控制與PLC原理及應用（西門子系列）［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［3］ 馬 寧，孔 紅.S7－300PLC和MM440變頻器的原理與應用［M］.北京：電子工業出版社，2006.

Research and Development of Skill Training Programs Based on Siemens S7－300PLC

LI Zhi YANG Jie ZHANG Yajie

Programmable logic controller（PLC）is widely used in industrial control fields.In this paper，with Siemens S7－300PLC as the core，the application of the S7－300PLC and MM440inverter are combined.Through skills training programs，students may master S7－300PLC cooperation and application of programming software and hardware in engineering.They also learn about external hardware and parameter settings of the MM440inverter，understand requirements for the process on PLC frequency conversion control system，and master the design and realization of automatic control methods.Eventually they will master the specific methods of engineering design and realization of automatic control.

PLC；MM440inverter；skills training

G714

A

1671－3524（2012）02－0036－04

（責任編輯：李文英）

2011－11－10

2012－02－19

李 智（1980～），男，碩士研究生，講師.E－mail：miracle365＠163.com