“PLC+变频器+电气控制”在总装课程中的开发应用

杨筝 朱海英

（黄河水利职业技术学院河南开封475003）

“PLC+变频器+电气控制”在总装课程中的开发应用

杨筝 朱海英

（黄河水利职业技术学院河南开封475003）

经过市场调查，发现电气自动化设备生产、机械等工业行业对电气控制柜的设计、安装、调试、维护等用人需求量很大，本文结合综合实训，对以“PLC+变频器＋电气控制”为核心内容的集设计、选型、安装、调试、运行于一体的《成套电气控制柜总装》模块化课程的开发应用进行了论述。

PLC；变频器；电气控制；总装课程开发

随着科学技术的不断发展，PLC、变频器和电气控制系统在工业中的应用越来越广。在实际的工程应用中往往是根据工程项目的需要，用PLC进行编程实现复杂控制，利用变频器实现变频调速和软启动控制，利用电气控制系统实现主电路的连接，三个系统要密切配合才能实现控制要求。但在常规教学中，PLC课程注重编程，变频器课程注重基本工作原理和简单参数的设置，电气控制技术主要是继电器控制线路的连接，三个部分是分散孤立的，学生对工程项目的实施缺乏整体认识，难以完成控制的要求。为此，黄河水利职业技术学院在国家示范性建设中经过广泛的调查与研究后，设置了PLC、变频器和电气控制系统综合应用的集设计、选型、安装、调试、运行于一体的《成套电气控制柜总装》课程。本课程采用了新的“教、学、做、练”一体化的在实训室内对学生进行为期一月的模块化教学模式，同时采用“学生为主体，教师为主导，管理为主线”的教学方法，旨在通过综合训练提升学生的整体技能。下面就来分析一下课程开发的内容。

实训项目设置和控制要求

（一）项目设置

在学生学习了《电机拖动与电气控制》、《PLC综合应用技术》、《电力电子技术技术》等课程的基础上，根据元件的配置和时间的安排，我们将在供水系统中常见的恒压供水系统作为工程项目进行控制。该项目综合了PLC、变频器、电气控制等多方面的应用。对于PLC既有开关量I/O，也有模拟量I/O，有PID调节的典型使用，又有复杂的逻辑控制。在项目中使用了变频器和电动机软启动控制。控制回路主要通过电气控制来实现。

随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提高供水质量，不能因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要求保证供水的可靠性和安全性。针对新的要求，新的供水方式和控制系统应运而生，这就是PLC控制的恒压无塔供水系统。恒压供水保证了供水的质量，以PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。下面以“一拖二”的恒压供水方式，即一个变频器控制两台水泵的控制方案来说明，工艺流程如图1所示。

在生产、生活实际中，用户用水量的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，根据用户用水量的大小通过PLC的运行控制变频器输出频率的大小，改变水泵的转速，实现供水系统的恒压供水的目标，从而提高供水的质量。

（二）控制要求

“一拖二”的恒压供水系统的控制要求如下：每台泵均可实现手动/自动控制切换；变频运行状态下能实现水泵软启动、软停车及转速的变频调节；水泵出口供水管道上的电阻式远传压力表输出的模拟量信号作为供水管网压力反馈信号实施PID控制；各台泵之间按“先进先出”排队策略循环运行；为消除水压假信号影响，水泵切换前设置延时时间；每台泵可以变频运行/工频运行切换；智能化控制，可任意修改参数指令；具有完善的电气安全保护措施，对过流、过压、欠压、过载、断水等故障均能自行诊断并报警；控制柜要有电源指示灯,有电压、电流、（变频泵转速）显示功能。

图1 恒压供水工艺流程图

方案设计

主要电气器件选择根据设计要求，经过计算，设置主要的电气元件如下：（1）PLC:为满Siemens S7-200 CPU226CN+模拟量扩展模块EM235；（2）变频器：Siemens VF-MM440；（3）电动机型号与参数为：Y160M-2，15KW，380V，29.4A，2930r.p. m；（4）控制柜内配置的元件还有接触器4个，热继电器2个，24V电源1块，中间继电器5个，熔断器，断路器等；（5）控制柜柜面安装的元件有指示灯、按钮、紧急按钮、转换开关、蜂鸣器、电压表、电流表等。

电气控制系统原理图电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图及PLC外围接线图。

图2 电控系统主电路图

1.主电路图。如图2所示为电控系统主回路。两台电动机分别为MA1、MA2。接触器QA1、QA3分别控制MA1、MA2的工频运行；接触器QA2、QA4分别控制MA1、MA2的变频运行，BB1、BB2分别为两台水泵电动机过载保护用的热继电器；QA10、QA20、QA30分别为变频器和两台水泵电动机主电路的隔离开关；QA0为主电源电路总开关,VVVF为简单的一般变频器。

2．控制回路控制原理图。根据控制要求，设计控制回路图。控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址如表1所示。控制回路如图3所示。图中SF为手动/自动转换开关，SF打在1的位置为手动控制状态；打在2的位置为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SF1~SF4来控制两台泵的启/停；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。图中PG1为自动运行状态电源指示灯。对变频器复位时只提供干接点信号。图中的Q0.0～Q0.3，Q0.4为PLC的输出继电器触点，它们旁边的4、6、8等数字为接线编号。

3.PLC外围接线图。要实现自动控制还需要进行PLC及扩展外围接线图，设计结果如图4所示。

4.变频器外围接线图。根据控制要求，变频器Siemens VFMM440的外围接线图如图5所示。

5.控制柜柜面布置图和柜内接线图。根据原理图和控制要求设计控制柜柜面布置图和柜内接线图。

安装根据盘内布置安装柜内线槽、导轨、电气设备、接线端子；根据设计好电气原理图和接线图，并按照接线规范进行标准化接线。

编程根据各台泵之间按“先进先出”排队策略循环运行及当有故障信号时紧急处理的要求，对控制要求实现切换，对PLC进行I/O地址的分配，编写相应的程序来满足控制的要求。

变频器参数设置根据变频运行状态下能实现水泵软启动、软停车及转速的变频调节的要求对变频器参数进行合理设置，以满足要求。

调试安装接线、PLC程序编制和下装、变频器参数的设定完成后，可以进行设备的调试，首先应该能够实现“手动控制”，功能实现后调试“自动运行”。在调试过程中肯定会出现这样和那样的问题，对问题进行分析并解决，直至完成控制功能，调试成功。

运行控制系统可靠运行，测试各种电气运行参数，项目完成。

图3 电控系统控制电路图

图4 PLC接线图

图5 变频器外围接线图

表1 输入/输出点代码和地址编号表

由于是具体的项目，学习的目的性、综合性及实操性很强，学生都意识到学习这样的课程能够有效地掌握知识，提高技能，提升素质，对将来的成才和就业都会很有帮助。同时，电气控制柜总装课程中进行PLC、变频器和电气控制技术的综合开发和应用的成功，还受到了教师、学院的好评。在国家示范性建设中，总装实训室已作为电气自动化专业的亮点向兄弟院校进行推广和示范。

[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[2]张迎辉,阮友德.现代电工技术实训教学体系的建设[J].中国职业技术教育,2006,（6）:15-16.

[3]沈博.电气控制综合实验平台的设计[J].中小企业管理与科技,2009,(19).

（本文责任编辑：尚传梅）

教育部举办2010年中等职业学校招生工作推进会

由教育部举办的“2010年中等职业学校招生工作推进会”8月18日在四川省成都市举行。会议就贯彻落实全国教育工作会议和《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》精神，加快中等职业教育改革创新，确保实现2010年中等职业学校招生830万人的目标作了具体部署。教育部副部长鲁昕出席会议并作重要讲话。各省、区、市和计划单列市，新疆生产建设兵团教育行政部门负责人约120人参加了会议，与会代表就2010年中等职业学校招生工作进行了交流。会前举行的中等职业教育招生制度改革案例推介会，鲁昕出席并作主旨演讲。

（四川新闻网）

G710

A

1672-5727（2010）09-0114-02

杨筝（1974—），女，黄河水利职业技术学院讲师，主要从事电气自动化工程、计算机控制方面的教学及设计。