论PLC、变频器、触摸屏的融合教学

【摘要】当今PLC是领先的、应用最广泛的工业控制器；变频器作为驱动交流电动机控制应用广泛；现代工业的操作监控中常采用触摸屏。在融合教学中，教师的耐心指导外，会强调自学、动手和以讨论的方式解决问题的学习方式。文中通过对PLC，融合变频器、触摸屏在教学实践中总结，体现了教学的综合性，现代化的技术和领域的融合。传感器技术、PLC技术、变频控制等是我院的机电一体化、电气自动化等专业的核心课程，已连续开课多届，学习任务结合应用广泛的机电、电气自动化的几个专业课程，培养学生的专业能力和综合素质的教学，对技师学院机电学生的专业知识和专业技能的教学有非常重要的意义，这种模式已被证实在多年的实践中，对提升教学效果十分显著，现抛砖引玉，与同行一起探讨，求更好地提升教学水平。

【关键词】工控 PLC 变频器 触摸屏 融合教学

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）08-0236-02

触摸屏、PLC和变频器融合实训在我院机电一体化教学中，学生通过阅读材料及有关技术资料，专门练习的内容，要求和实施办法， 需要在实习任务的总体实施计划下，确定操作步骤与操作方法。首先要确定的总任务和劳动分工，再绘制电路原理图和安装控制线路，从而进行PLC程序设计，触摸屏显示器，变频器的相关参数设置等。具体的培训工具，设备的准备，安装和检测方法，掌握为了安全操作，同时也为问题的分析和选择解决方案，列举了多种实用的主题，为学生的学习进程，制定相应的系统评价，优化对学生的考核细则，能反映出学生实训真实的学习情况。

一、融合实训的目的要求

1.实训的目的。

PLC、触摸屏、变频器的融合实训，是我院在机电一体化和电气自动化的教学重点。是学生重点需学技术课程和专业课程，是将理论与实践结合，培养学生能力，解决生产中的实际问题，在将来进行必要的毕业设计相结合的重要一步，所以说变频器，触摸屏和PLC综合训练是基于自动化控制系统的设计及主要生产线中的应用。

2.根据课题任务的系统控制设计，程序设计，硬件电路和控制程序的安装的总体方案。

通过学习综合运用技术，变频技术，传感器技术等方面的知识相结合，学生将把多门核心专业课融合起来学习，从而培养学生综合动手能力和整体素质。

二、实训的内容及要求

要求学生理解，PLC控制，触摸屏与变频器的运用基础上，利用系统学习完成下面内容：

1.控制系统设计

①明确控制系统、框图绘制；②变频器，触摸屏和PLC，须选择的对应低压电气元件； ③设计绘制控制系统的电路原理图；④设计控制柜的元件布局；⑤编写PLC控制流程及控制程序；⑥设置变频器的控制参数；⑦设计触摸屏的控制组态。

2.控制系统安装和调试

①在控制柜进行安装及接线；②编写调试流程；③调试硬件电路和软件程序。

三、实训的工作量

1.图纸部分

①绘电路控制的系统原理图 （需A3或A4图纸一张）；②组件机柜方面的布局图（一张A3或A4图纸）；③控制流程 （A3或A4图纸一张）；④调试流程（A3或A4图纸一张）。

2.任务说明指导

任务描述是整个设计过程的培训和指导的叙述性描述，并应包括下列内容：

①题目和控制要求；②控制系统的整个方案分析、控制框图；③硬件电路设计说明；④ 触摸屏、PLC、变频器的相关参数配置的设计规范；⑤系统调试说明；⑥总结。

四、考核内容、考核方式、成绩评价

1.考核内容：在学生接受培训的任务，必须先阅读任务内容，为了设计内容和需要一个全面系统的认识，及时对相关信息收集，然后按照步骤进行，应避免在没有理解就动手。

2.考核方法：在每一个已经完成训练的学生，必须由教师评估。

3.考核评定：学生在完成所有的训练情况后，由学生统一完成一份系统的课题，导师据评估内容评估学习掌握效果。

①控制箱中的多种电器元件的名称、功能、选用；②控制电路的互锁和自锁环节；③PLC与变频器的电路连接原理；④PLC程序的控制流程；⑤变频器控制中，实现其功能关键参数的设置；⑥触摸屏与PLC的通信及变量的连接；⑦控制的软件程序以及硬件电路的匹配情况；⑧系统调试的要点。控制柜的安装及接线情况。

4.评分标准：

实训成绩分为优秀，良好，中，及格、不及格五个层次。各级评分标准如下：

优秀：实训内容完整。按期完成任务。控制系统的思路方案正确可行，论证证据充分。控制系统的硬件电路设计，元件选择完全正确的，安装接线出来的控制柜美观可靠，设计规范整洁有序、质量可靠。能理解的考试和评估内在意义，并完全地、 正确地回答问题。

良好：实训任务按时完成且完整。任务系统设计方案尚可，论证较好。硬件电路的设计合理方面，选用元器件恰当。控制柜的安装接线美观可靠。图纸光滑整洁，操作过程规范，绘图质量好。所评估的知识点的每一个部分，有很好地了解，评估时回答问题正确全面。

中等：实训内容项目按时完成。编程及设定的参数等设计方案基本正确，论证一般。合理的硬件电路设计，选定的组件的正确。控制电气柜的接线安装可靠，整齐美观。说明书图有资料较整洁、质量尚好。考试时，较好地了解每个部分的考试的题目，提示可以正确地回答问题。

及格：基本完成任务实训的规定内容。设计没有原则性的错误，可靠的程序选择与硬件控制柜安装接线。规格和表面粗糙度，平均质量一般，有一定的误差，但在很大程度上符合主要部分的要求，评价列问题认识不足，只能回答一些主要问题。

不及格：内容培训要求未能完成，有一个以上原则性的程序问题、元件选择错误，硬件电路的设计和图纸有重大的错误，控制电气线路柜的安装接线不可靠。该评估点时，所列出的主要问题无法通过提示答案来回答。如考试中发现有别人代作，取消参考的资格，并扣团体分。

五、实训的参考题目

1.多泵切换恒压供水系统

现有两台电动机，水泵控制特点如下：

①用转换开关QS实现手动、自动控制的切换。②手动按钮分别控制两台电机运行、停止。 ③自动切换中两个异步变频器控制，变频器控制开始与PLC，一分钟的延迟，当水压力达到时将被限制。当开关操作，和变频器控制的启动速度；压力上升，当压力到最大延迟30秒时，升至水压力到达上限时，电机M1停止；当压力低于下限和马达的额定频率50HZ， 1分钟水压力的下限延迟，换到工频运行的M2和M1，启动变频器调速控制。如此反复使水压恒定。停止时，电机M1和M2两台同时停机。 ④自动控制時，采用触摸屏来实现控制启动和停止，并能直接设置管道压力值。

2.储水器水位控制系统

在锅炉和许多工业设备中，常采用部分供水系统。即是：泵用于泵水，将水被泵入（水塔，水箱）高的位置的储水器，然后供水至低水位的用户。

此时，水位控制原理：水能导电原理，取得信号的：当两根金属棒都入水，它们之间是“接通”的；当在两个金属棒，只有一个在水中，判断为“关”。其中 1 杆用作公共接点，2，3，4 棒用来控制不同水位。

现在控制要求如下：

1）用转换开关QS来实现手动、自动的切换控制。

2）手动按钮分别实现电机的启动、停止控制。

3）自动过程控制中：通过变频调速来减少泵水的速度实现节能的目的。

①使用正常时，水泵以较低转速nL运行，控制在3号棒LL1和4号棒LH的水位。 ②到用水高峰时间，供水水泵运行低nL不足以补充供水，水位将低至第3号棒后LL1 ，还将继续下降。所以，当水位低于 2号LL2，泵转速增加，提高至nH，以保障增加供水量，以防止水位继续下降。③水位上升，至3号棒LL1以上时，经适当延时后，又可将转速恢复，至低速nL运行。 ④当水位上升，到达上限水位LH时，则水泵断电，停止供水。

4）自动控制过程中，可以触摸屏控制电机的启动和停止，可直接显示水位、水泵转速。

六、融合实训教学的实践小结

本文所采用的PLC、变频器、触摸屏的融合实训体系，在我院已成功地应用于机电一体化、电气自动化等专业的核心课程教学中，从教学效果来看，因教学中能调动学生的参与热情，不断激发学生的学习兴趣，受到了广大教师、学生的好评，教学效果是显著的，是值得推广的教学模式。

参考文献：

[1]周久艳等.《电气时代》.2002年6期.《升、降速控制端的应用电路》；

[2]李曜.《华章》.2012年18期.《基于PLC和触摸屏的变频器固定频率调速设计》

[3]周智敏等.《机械制造》.2009年12期.《供水系统设计与控制》

[4]姜绍辉.《职业教育研究》.2010年9期.《PLC校本实训教材开发的实践与思考》

作者简介：

陈军（1974，7-），男，汉族，广东梅州人，广东省岭南工商第一技师学院，机电工程系党支部书记、系副主任 ，一级实习指导教师，本科，主要研究方向：电工工艺、电气自动化、PLC与触摸屏技术应用等。