基于现代电气控制系统安装与调试实验综述报告

席宇迪 甘泉 马运强

摘 要：本文主要介绍了针对安徽机电职业技术学院电气工程学院现代电气控制系统安装与调试实训室的综合运用。对于高职高专院校的学生来说，主要锻炼学生实际应用能力，本文介绍了设备的硬件组成和可编程控制器、变频器、触摸屏的综合实训案例，全方位展示现代电气控制系统的应用范围。通过现代电气控制系统实验和实训教学，学生能够对意识课程进行综合性项目的软件编程和硬件调试。

关键词：控制系统；综合实训；硬件调试

本校现代电气控制系统综合实验室拥有25套西门S71200PLC与S71500PLC实验实训实训装置，以及配套的博图TIA软件和HMI应用软件等。现代电气控制系统综合实验室满足电气工程学院智能控制技术、机电一体化技术、电气自动化、自动化生产设备应用等相关专业进行S71200PLC、S71500PLC、伺服控制技术、变频器应用技术等课程的实验教学和实训教学要求。

一、现代电气控制系统安装与调试实验装置硬件介绍

现代电气控制系统安装与调试实验装置是双向开门，包括A面柜门和B面柜门，两个门打开分别是不同的实验装备。

（一）控制柜A面柜门布局及元件介绍

面板一：A面的实训电源由此面板上的4P空气开关以及启动、停止、急停按钮控制，三个指示灯用于指示三相电源有无缺相。面板中间为昆仑通态触摸屏，右上角为多功能电力仪表，右下角为电力仪表电源开关和触摸屏电源开关。

面板二：第一行为220V信号指示灯，第二行为按钮开关，第三行为二位旋钮开关，右上角为凸轮开关，右下角为十字开关。此面板提供实训所需的开关及指示灯。

（二）控制柜A面柜体内部布局及元件介绍

网孔板一：此网孔板通过线槽分为三个部分，上部分为西门子1500PLC；左下部分左边为西门子1200晶体管型PLC并安装有16通道数字量出入和16通道继电器输出扩展模块，右边为24V开关电源；右下部分左边为三相步进电机驱动器，右边为伺服驱动器。

信号源面板：第一行从左往右第一个为1500PLC电源开关；第二个为1200PLC电源开关；第三个为伺服驱动器电源开关；第四个为电压电流源开关；第五个为步进驱动器电源开关。第二行第一个表头为0～10V可调直流电压源；第二个表头为0～20mA可调直流电流源（电流源和电压源可作为PLC的模拟量输入信号，或者变频器模拟量调速实训时作为调速控制信号）。

网孔板二：此网孔板通过线槽分为两个部分，安装有完成电力拖动所需的器件，所有器件的接线点全部转接在了器件上、下对应的端子排上。

小车运动挂板：此挂板能够完成伺服电机和步进电机的精确定位控制，以及光电传感器和光电编码器的使用。安装有滚珠丝杆一套、限位开关两个、光电传感器三个、光电编码器一个、三相步进电机一个、交流伺服电机一个（使用时需要拆下步进电机更换成伺服电机）。

（三）控制柜B面柜门布局及元件介绍

面板一：B面的实训电源由此面板上的4P空气开关以及启动、停止、急停按钮控制，三个指示灯用于指示三相电源是否正常。面板第一行为三个交流电流表；第二行为一个交流电压表，电压表右边为三相电压指示切换开关。电压表、电流表、电压切换开关全部属于实训元件，使用时需要根据实训项目自行接线，器件的接线点已全部转接到了柜子内部左侧面端子排上。

面板二：面板左侧为液晶显示屏，右边为PVC操作键盘。此面板主要由于智能设故、排故可独立使用，也可配合教师机智能考核软件多台设备组网使用。

面板三：第一行为220V信号指示灯；第二行为按钮开关；第三行为二位旋钮开关，右上角为凸轮开关，右下角为十字开关。此面板提供实训所需的开关及指示灯，为了方便实训，所有器件的接线点全部转接到了柜子内部左侧面的端子排上。

（四）控制柜B面柜体内部布局及元件介绍

网孔板一：此网孔板通过线槽分为三个部分，上部分为西门子1200继电器输出型PLC（数字量输出公共端可接交流220V电源），并安装有模拟量模块，PLC工作电源已接好，通过其旁边的1P空开控制电源；左下部分为加热器，内部装有PT100和加热元件；右下部分为西门子变频器，变频器的输入电源已经接好，通过变频器右侧的3P空开进行控制。

仪表面板：面板上最左边为温度控制器，用于控制网孔板上的加热器，可实现精确的温度控制。从左向右第一个绿色的表头为功率表、第二个表头为转矩表、第三个表头为转速表。三个表用于直流调速实验中检测直流电机的输出功率、转矩和转速（直流调速模块属于选配模块）。

电阻面板：此面板为功率电阻面板，装有两个900Ω和一个90Ω大功率可调电阻，在直流调速实验中作为负载使用。面板右下角是一个航空插座，用于为机床挂件内部的故障板提供电源和控制信号，在使用ZNPX、ZNPT两种机床挂件时，需要将挂件上的航空插头和此航空插座相连。

挂件安装区：此区域用于安装机床挂件或者直流调速挂件。挂件可根据实训项目更换，只需要挂在不锈钢挂架上即可，机床所需的三相交流电源可从电阻面板上获取。

二、现代电气控制系统安装与调试实训介绍

本实训是在学习完触摸屏、PLC、变频器等课程的基础上进行的，旨在考查学生对所学学科进行综合运用的能力，是对学生理论学习、接线能力、编程通信能力的綜合考查。以触摸屏、PLC、变频器的综合实训为例，本课程学习触摸屏组态通信与PLC通信控制变频器模拟量调速。学生通过这个项目可以掌握变频器的设置、PLC的编程、触摸屏组态的通信等内容，加强对理论知识的学习和灵活应用。以基于触摸屏的变频器开环控制这一实训内容为例，所需原件如下表1：

（一）项目控制要求

通过触碰触摸屏中的相应按钮，改变PLC模拟量的输出电压，从而控制变频器的输出频率以实现电机的调速。

（二）接线图

请按照图6完成实训接线。

（三）PLC程序的编写

打开电脑上的博图软件，并新建一个项目，项目可以直接命名为基于MCGS触摸屏的变频器开环调试。组态一台PLC设备，并在博图软件里编写PLC程序，程序如下图所示。

（四）绘制MCGS触摸屏的画面并连接变量

在MCGS界面绘制控制按钮，设置变量。变量连接如下图，图中需要注意，变量的地址要和PLC上的地址一致。图中有两个IP地址，其中本地IP是触摸屏硬件的IP地址，用来把触摸屏软件的画面下载到触摸屏里，远程IP就是PLC的IP地址。

（五）以工业以太网的方式通信

把电脑的网线与交换机进行连接，把触摸屏和PLC与交换机进行连接。在MCGS软件里把本地IP修改为触摸屏硬件的IP地址，远端IP修改为博图软件组态的PLC地址。

（六）设置变频器参数

（1）变频器恢复出厂参数设置P0010=30、P970=1。（2）设置P304、P307、P310时，请根据电机铭牌上的实际参数设定。（3）设定电机参数时，先设定P0010=1（快速调试），电机参数设置完成设定P0010=0（准备）。

说明：图中变频器“0V”端子是模拟量端子，在端子排上紧邻“10V”端子，请不要接错。

（七）通电调试

（1）确认接线无误后接通电源，将配套的程序下载到PLC内。（2）点击触摸屏实训项目，选择画面中的“模拟量调速”按钮，进入实训画面。（3）触碰画面中的“电机启动”按钮，“电机工作指示”指示灯点亮，“当前频率”显示为0，变频器进入待机状态。每触碰一次画面中的“频率加”按钮，电机的运行频率加5Hz，最高频率为50Hz。每触碰一次“频率减”按钮，电机的运行频率减5Hz，最低频率为0Hz。电机运行过程中触碰画面中的“电机停止”按钮，电机减速停止，“电机工作指示灯”熄灭。

结语

现代电气控制系统安装与调试实训装置涉及电机与电气控制、PLC应用技术、电工测量与仪表调试、电力电子技术、触摸屏应用技术、变频器应用技术、伺服步进控制技术等专业课程的知识点。实训课程内容主要考查学生控制系统电路设计、电路布置、连接工艺与调试等工程实施能力、团队协作能力和计划组织能力，培养新一代技能型应用人才。

参考文献：

［1］周明龙.现代电气控制系统安装与调试实训指导书.2019，12.

［2］《维修电工高级考证实训》指导书（全）_图文《互联网文档资（http：//wenku.baidu.c）》2016.

［3］周奎，王玲，吴会琴.变频器技术及综合应用［M］.北京：机械工业出版社，2021.

［4］廖常初.PLC编程及应用（第3版）［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［5］路明.多种方式下的西门子变频器的PLC控制［J］.科技信息，2012（2）：158159.

［6］基于PLC的交流电机变频调速系统下载——《网络（http：//ishare.iask.s）》2020.

基金项目：安徽高校自然科学研究项目（KJ2019 A1155）；安徽职业教育提质培优行动计划项目（2020tzpy 18011）；安徽省职业与成人教育学会研究规划课题（Azcj2021098）

作者简介：席宇迪（1989— ），女，汉族，安徽凤阳人，硕士，实验师，研究方向：電气自动化技术；甘泉（1991— ），男，汉族，安徽六安人，硕士，讲师，研究方向：智能处理信息与应用；马运强（1989— ），男，汉族，安徽利辛人，硕士，讲师，研究方向：智能控制技术。