論PLC、變頻器、觸摸屏的融合教學

【摘要】當今PLC是領先的、應用最廣泛的工業控制器；變頻器作為驅動交流電動機控制應用廣泛；現代工業的操作監控中常采用觸摸屏。在融合教學中，教師的耐心指導外，會強調自學、動手和以討論的方式解決問題的學習方式。文中通過對PLC，融合變頻器、觸摸屏在教學實踐中總結，體現了教學的綜合性，現代化的技術和領域的融合。傳感器技術、PLC技術、變頻控制等是我院的機電一體化、電氣自動化等專業的核心課程，已連續開課多屆，學習任務結合應用廣泛的機電、電氣自動化的幾個專業課程，培養學生的專業能力和綜合素質的教學，對技師學院機電學生的專業知識和專業技能的教學有非常重要的意義，這種模式已被證實在多年的實踐中，對提升教學效果十分顯著，現拋磚引玉，與同行一起探討，求更好地提升教學水平。

【關鍵詞】工控 PLC 變頻器 觸摸屏 融合教學

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）08-0236-02

觸摸屏、PLC和變頻器融合實訓在我院機電一體化教學中，學生通過閱讀材料及有關技術資料，專門練習的內容，要求和實施辦法， 需要在實習任務的總體實施計劃下，確定操作步驟與操作方法。首先要確定的總任務和勞動分工，再繪制電路原理圖和安裝控制線路，從而進行PLC程序設計，觸摸屏顯示器，變頻器的相關參數設置等。具體的培訓工具，設備的準備，安裝和檢測方法，掌握為了安全操作，同時也為問題的分析和選擇解決方案，列舉了多種實用的主題，為學生的學習進程，制定相應的系統評價，優化對學生的考核細則，能反映出學生實訓真實的學習情況。

一、融合實訓的目的要求

1.實訓的目的。

PLC、觸摸屏、變頻器的融合實訓，是我院在機電一體化和電氣自動化的教學重點。是學生重點需學技術課程和專業課程，是將理論與實踐結合，培養學生能力，解決生產中的實際問題，在將來進行必要的畢業設計相結合的重要一步，所以說變頻器，觸摸屏和PLC綜合訓練是基于自動化控制系統的設計及主要生產線中的應用。

2.根據課題任務的系統控制設計，程序設計，硬件電路和控制程序的安裝的總體方案。

通過學習綜合運用技術，變頻技術，傳感器技術等方面的知識相結合，學生將把多門核心專業課融合起來學習，從而培養學生綜合動手能力和整體素質。

二、實訓的內容及要求

要求學生理解，PLC控制，觸摸屏與變頻器的運用基礎上，利用系統學習完成下面內容：

1.控制系統設計

①明確控制系統、框圖繪制；②變頻器，觸摸屏和PLC，須選擇的對應低壓電氣元件； ③設計繪制控制系統的電路原理圖；④設計控制柜的元件布局；⑤編寫PLC控制流程及控制程序；⑥設置變頻器的控制參數；⑦設計觸摸屏的控制組態。

2.控制系統安裝和調試

①在控制柜進行安裝及接線；②編寫調試流程；③調試硬件電路和軟件程序。

三、實訓的工作量

1.圖紙部分

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

2.任務說明指導

任務描述是整個設計過程的培訓和指導的敘述性描述，并應包括下列內容：

①題目和控制要求；②控制系統的整個方案分析、控制框圖；③硬件電路設計說明；④ 觸摸屏、PLC、變頻器的相關參數配置的設計規范；⑤系統調試說明；⑥總結。

四、考核內容、考核方式、成績評價

1.考核內容：在學生接受培訓的任務，必須先閱讀任務內容，為了設計內容和需要一個全面系統的認識，及時對相關信息收集，然后按照步驟進行，應避免在沒有理解就動手。

2.考核方法：在每一個已經完成訓練的學生，必須由教師評估。

3.考核評定：學生在完成所有的訓練情況后，由學生統一完成一份系統的課題，導師據評估內容評估學習掌握效果。

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節；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，實現其功能關鍵參數的設置；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系統調試的要點。控制柜的安裝及接線情況。

4.評分標準：

實訓成績分為優秀，良好，中，及格、不及格五個層次。各級評分標準如下：

優秀：實訓內容完整。按期完成任務。控制系統的思路方案正確可行，論證證據充分。控制系統的硬件電路設計，元件選擇完全正確的，安裝接線出來的控制柜美觀可靠，設計規范整潔有序、質量可靠。能理解的考試和評估內在意義，并完全地、 正確地回答問題。

良好：實訓任務按時完成且完整。任務系統設計方案尚可，論證較好。硬件電路的設計合理方面，選用元器件恰當。控制柜的安裝接線美觀可靠。圖紙光滑整潔，操作過程規范，繪圖質量好。所評估的知識點的每一個部分，有很好地了解，評估時回答問題正確全面。

中等：實訓內容項目按時完成。編程及設定的參數等設計方案基本正確，論證一般。合理的硬件電路設計，選定的組件的正確。控制電氣柜的接線安裝可靠，整齊美觀。說明書圖有資料較整潔、質量尚好。考試時，較好地了解每個部分的考試的題目，提示可以正確地回答問題。

及格：基本完成任務實訓的規定內容。設計沒有原則性的錯誤，可靠的程序選擇與硬件控制柜安裝接線。規格和表面粗糙度，平均質量一般，有一定的誤差，但在很大程度上符合主要部分的要求，評價列問題認識不足，只能回答一些主要問題。

不及格：內容培訓要求未能完成，有一個以上原則性的程序問題、元件選擇錯誤，硬件電路的設計和圖紙有重大的錯誤，控制電氣線路柜的安裝接線不可靠。該評估點時，所列出的主要問題無法通過提示答案來回答。如考試中發現有別人代作，取消參考的資格，并扣團體分。

五、實訓的參考題目

1.多泵切換恒壓供水系統

現有兩臺電動機，水泵控制特點如下：

①用轉換開關QS實現手動、自動控制的切換。②手動按鈕分別控制兩臺電機運行、停止。 ③自動切換中兩個異步變頻器控制，變頻器控制開始與PLC，一分鐘的延遲，當水壓力達到時將被限制。當開關操作，和變頻器控制的啟動速度；壓力上升，當壓力到最大延遲30秒時，升至水壓力到達上限時，電機M1停止；當壓力低于下限和馬達的額定頻率50HZ， 1分鐘水壓力的下限延遲，換到工頻運行的M2和M1，啟動變頻器調速控制。如此反復使水壓恒定。停止時，電機M1和M2兩臺同時停機。 ④自動控制時，采用觸摸屏來實現控制啟動和停止，并能直接設置管道壓力值。

2.儲水器水位控制系統

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

此時，水位控制原理：水能導電原理，取得信號的：當兩根金屬棒都入水，它們之間是“接通”的；當在兩個金屬棒，只有一個在水中，判斷為“關”。其中 1 桿用作公共接點，2，3，4 棒用來控制不同水位。

現在控制要求如下：

1）用轉換開關QS來實現手動、自動的切換控制。

2）手動按鈕分別實現電機的啟動、停止控制。

3）自動過程控制中：通過變頻調速來減少泵水的速度實現節能的目的。

①使用正常時，水泵以較低轉速nL運行，控制在3號棒LL1和4號棒LH的水位。 ②到用水高峰時間，供水水泵運行低nL不足以補充供水，水位將低至第3號棒后LL1 ，還將繼續下降。所以，當水位低于 2號LL2，泵轉速增加，提高至nH，以保障增加供水量，以防止水位繼續下降。③水位上升，至3號棒LL1以上時，經適當延時后，又可將轉速恢復，至低速nL運行。 ④當水位上升，到達上限水位LH時，則水泵斷電，停止供水。

4）自動控制過程中，可以觸摸屏控制電機的啟動和停止，可直接顯示水位、水泵轉速。

六、融合實訓教學的實踐小結

本文所采用的PLC、變頻器、觸摸屏的融合實訓體系，在我院已成功地應用于機電一體化、電氣自動化等專業的核心課程教學中，從教學效果來看，因教學中能調動學生的參與熱情，不斷激發學生的學習興趣，受到了廣大教師、學生的好評，教學效果是顯著的，是值得推廣的教學模式。

參考文獻：

[1]周久艷等.《電氣時代》.2002年6期.《升、降速控制端的應用電路》；

[2]李曜.《華章》.2012年18期.《基于PLC和觸摸屏的變頻器固定頻率調速設計》

[3]周智敏等.《機械制造》.2009年12期.《供水系統設計與控制》

[4]姜紹輝.《職業教育研究》.2010年9期.《PLC校本實訓教材開發的實踐與思考》

作者簡介：

陳軍（1974，7-），男，漢族，廣東梅州人，廣東省嶺南工商第一技師學院，機電工程系黨支部書記、系副主任 ，一級實習指導教師，本科，主要研究方向：電工工藝、電氣自動化、PLC與觸摸屏技術應用等。