本文作者：金鑫 周明 單位：江蘇師范大學(xué) 江蘇省電工電子實驗教學(xué)示范中心

實驗內(nèi)容研究

采用觸摸屏作為數(shù)字給定，通過PLC及D/A模塊送模擬量給變頻器，由變頻器驅(qū)動三相異步電動機(jī)，構(gòu)建一交流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；在上述開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)基礎(chǔ)上加入直流測速發(fā)電機(jī)結(jié)合A/D模塊構(gòu)成一交流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，采用數(shù)字PID控制實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)速。

教學(xué)方法研究

以系統(tǒng)的觀點，引導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)。從實驗內(nèi)容的展開情況可以看出，整個訓(xùn)練過程是以一個實際系統(tǒng)為載體，由淺入深、循序漸進(jìn)的過程。首先，以最基本的三相異步電機(jī)正、反轉(zhuǎn)和星三角啟動等簡單系統(tǒng)，練習(xí)PLC基本指令的使用及主回路和控制回路的設(shè)計和接線。在此基礎(chǔ)上聯(lián)系現(xiàn)場情況，啟發(fā)學(xué)生采用按鈕、開關(guān)和指示燈等主令和顯示電器也可以用觸摸屏來實現(xiàn)，然后引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)觸摸屏的軟件開發(fā)和硬件通信。然后，在上述電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上自然過渡到調(diào)速系統(tǒng)，并通過調(diào)速方法的比較引入目前應(yīng)用較為廣泛的變頻調(diào)速，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生如何使用變頻器，常規(guī)變頻器的輸入多為模擬量，如果用PLC控制，學(xué)生自然想到需要采用D/A模塊。

再聯(lián)系觸摸屏的使用，學(xué)生就有能力設(shè)計一個采用觸摸屏給定數(shù)字轉(zhuǎn)速再通過PLC及D/A模塊控制變頻器的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。再通過改變系統(tǒng)負(fù)載大小，觀察開環(huán)情況下電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，引導(dǎo)出對閉環(huán)系統(tǒng)的需求，那么速度反饋環(huán)節(jié)采用測速發(fā)電機(jī)是模擬量輸出，學(xué)生在掌握了D/A模塊的基礎(chǔ)上很快就能掌握A/D模塊的使用。這樣學(xué)生就逐漸掌握了如何構(gòu)建交流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實際方法。以理論指導(dǎo)實踐，以實踐驗證理論，側(cè)重實踐能力培養(yǎng)。截止到PLC實訓(xùn)之初，學(xué)生已經(jīng)對電氣工程及自動化專業(yè)的理論知識部分有了一定的認(rèn)識，但尚未和現(xiàn)場實際情況建立起必要的條件反射，比如學(xué)生雖然大部分學(xué)過三相電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)，也都做過實驗，而且在PLC控制時也看見輸出繼電器動作，但電機(jī)真正要運行，主電路是必不可少的，所以學(xué)生需要補(bǔ)充工廠電氣的相關(guān)知識和技術(shù)，親自動手將三相交流電經(jīng)過熔斷器、接觸器主觸點、熱繼電器送入三相電動機(jī)。

在構(gòu)建開環(huán)系統(tǒng)之前，學(xué)生需要復(fù)習(xí)電力電子技術(shù)及電機(jī)學(xué)等理論，然后才能具體實現(xiàn)異步電動機(jī)的變頻調(diào)速。再隨著開環(huán)系統(tǒng)負(fù)載的變化，開環(huán)機(jī)械特性的缺點又顯現(xiàn)出來，這就用到了自動控制原理，指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，再加上同樣的負(fù)載，比較開環(huán)和閉環(huán)的輸出變化情況。學(xué)生也可以通過改變PID參數(shù)觀察系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性的變化規(guī)律。這樣學(xué)生就掌握了改善交流調(diào)速系統(tǒng)性能的調(diào)試方法。

教學(xué)實踐及效果

本PLC實驗教學(xué)平臺，目前已經(jīng)在我校電氣工程及自動化專業(yè)的實踐環(huán)節(jié)中開展了三年，所搭建的教學(xué)平臺和電力拖動控制系統(tǒng)課程進(jìn)行組合已經(jīng)被評為校級精品課程，并被批準(zhǔn)為省級精品課程重點建設(shè)項目。已經(jīng)有相當(dāng)一部分學(xué)生經(jīng)過訓(xùn)練，在理論聯(lián)系實際的能力和動手能力上有了顯著的提高，并在求職過程中表現(xiàn)出色，先后有幾十個學(xué)生被多家國內(nèi)知名企業(yè)錄用，而且從單位反饋的信息來看，學(xué)生的理論知識和專業(yè)技能都有著很強(qiáng)的競爭力。徐州人力資源和社會保障局也組織業(yè)內(nèi)專家對此平臺進(jìn)行了評估和鑒定，專家對此實訓(xùn)平臺給予了充分的認(rèn)可，并批準(zhǔn)為國家三級PLC系統(tǒng)設(shè)計師考核平臺。綜上所述，本文介紹了以PLC為自動控制系統(tǒng)控制器，從系統(tǒng)的角度入手進(jìn)行PLC實驗的方法，方法注重理論和實踐的聯(lián)系，將PLC知識融入自動控制系統(tǒng)，使學(xué)生在進(jìn)行一門課程實驗的同時綜合運用了多門專業(yè)課程。目前準(zhǔn)備繼續(xù)擴(kuò)大系統(tǒng)的容量，將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)及組態(tài)軟件等課程內(nèi)容進(jìn)一步集成一個完整的自動化課程實訓(xùn)內(nèi)容，為學(xué)生打造一個更為綜合的動手能力訓(xùn)練平臺，提高學(xué)生運用所學(xué)理論知識分析、解決實際問題的能力。