PLC控制技术实践教学项目研究.docx

? ? “PLC控制技术”实践教学项目研究 ? ? 柏艳红，李 虹 (太原科技大学电子学院，山西太原 030024) “PLC控制技术”是自动化和电气工程及自动化专业的主干专业课之一，具有很强的应用性和实践性，其实践教学起着举足轻重的作用［1］。为了培养学生的工程应用能力，顺应高校“卓越工程师教育”和“工程教育专业认证”要求，适应当今社会对PLC控制技术人才的需求，我校建立了以西门子公司产品为主的自动化工程训练中心，配备有西门子公司在工业控制领域的主流控制产品，还配有一些实物对象或者实物模拟对象［2］。 为充分挖掘训练中心现有设备的功能，提高设备利用率，需要建立“PLC控制技术”实践教学体系，包括制定训练项目和训练内容、开发应用案例、编写项目任务书或指导书、制定实训教学计划等方面。其中，训练项目的制定是其它各项工作的基础。本文基于现有硬件设备资源，依据“PLC控制技术”教学大纲的要求，结合PLC典型工程应用案例，开发“PLC控制技术”实践教学训练项目。 1 硬件资源 训练中心现有硬件设备分为五类:①S7-200 PLC多功能实验台;②S7-300/400 PLC及分布式I/O从站;③触摸屏、装有CP5611通讯卡和 CP1613以太网卡的工控机等人机交互设备;④工业通讯网络设备;⑤配有控制器或变频器的交/直流电机、起重机模型、机械手、电热锅炉、模拟交通灯控制对象。 S7-200 PLC多功能实验台配备有模拟量输入输出、DP通讯、以太网通讯等扩展模块，以及文本显示器、继电器和指示灯等电器元件，还有步进电机驱动的直线滑台、变频器驱动的交流电机等被控对象。 基于现有的硬件设备，可以完成很多贴近工程实际的训练项目。控制对象和PLC可以自由组合，PLC之间可以组建网络，工控机和触摸屏也可以与PLC共同组建不同对象的监控系统，还可以构建基于工业以太网和PROFIBUS-DP的工业控制网络。下面按硬件设备分三大部分讨论训练项目的制定。 2 基础训练项目 训练中心的多功能实验台能够进行基础训练项目。利用多功能实验台上和台外的控制对象，构成各种单机控制系统。根据它们在实际系统中的应用，可以制定多种训练项目。 本节分四类讨论基于多功能实验台的训练项目制定，包括异步电机变频调速类、步进滑台定位控制类、实物对象类、监控和网络控制类。 1)异步电机变频调速类 异步电机变频调速在各种机电设备、自动化生产线、过程控制领域广泛应用，尽管对变频调速的要求不尽相同，但归纳起来常用的主要有四大类:①多段速调速;②按设定波形无级调速;③按设定速度无级调速;④多台电机协调运行。 根据这四类变频调速要求，制定了变频调速训练项目，见表1。 表1 异步电机变频调速训练项目 训练项目共有5项，它们结合常用的速度设定方式、速度检测/显示方法以及速度切换方式，给出了不同方案［3～5］。 2)步进滑台定位控制类 步进电机驱动的直线滑台也是各种机电设备、自动化生产线广泛应用的一种装置，用于定位控制。如:某自动生产线采取步进电机驱动搬运站的机械手装置整体运动，步进电机的运动过程依次为原点、供料站、加工站、装配站、分拣站、原点五个运动过程的循环，为多点定位，为满足定位精度和速度要求，采用加速启动、匀速运行、接近定位点时的减速停车的变速运行方式，通过脉冲数实现定位;某药柱切片机系统的工作台由步进电机驱动，用于夹紧药柱，运行时，工作台向前走一片厚度的距离停止，切刀完成切片后，工作台再进一片厚度尺寸，如此循环工作，直至完成设定切片数，为低速运行多点定位，采用脉冲数实现定位;某物料搬运机械手由步进电机控制沿X轴与Y轴运动，要求两台电机顺序动作［6-8］。另外，各设备都要求有回原点功能和点动运行功能，这两种情况都采用低速匀速运行，回原点控制采用行程开关定位，点动采用按钮控制定位。 综合各种设备或生产线中定位控制的要求，主要有三类:两点往复运行、多点定位、多台电机顺序或协调动作。根据运行速度和定位精度的不同要求，定位方式有低速匀速运行脉冲数定位、低速匀速运行行程开关定位、高速变速运行脉冲数定位和高速变速运行行程开关定位四种。根据上述定位控制要求，制定了步进滑台训练项目，根据定位切换方式，给出了一些选择方案，见表2。 表2 步进滑台定位控制训练项目 各项目可选择匀速脉冲数定位、匀速行程开关定位、变速脉冲数定位、变速行程开关定位等不同定位方式，可以选择速度和位置固定或者采用TD400设置。 3)实物对象类 在S7-200PLC多功能实验台上，针对各控制对象的可选择方案制定了训练项目，见表3。各项目可选择采用TD 400监控或者按钮控制。 表3 s7-200 PLC实物对象训练项目 4)监控和网络控制类 PPI网络具有成本低、编程容易和可靠性高等特点，常用于小型自动化网络控制系统。如某自动配料生产