西门子S7－300型PLC技能训练课题研发

李 智 杨 洁 张雅婕

（武汉工程职业技术学院 湖北 武汉：430080）

西门子S7－300型PLC技能训练课题研发

李 智 杨 洁 张雅婕

（武汉工程职业技术学院 湖北 武汉：430080）

可编程控制器（PLC）广泛应用于工业控制的各个领域。以西门子S7－300型PLC为核心，把S7－300型PLC和MM440变频器的应用相结合，通过研发的技能训练课题使学生掌握在工程中PLC硬件和编程软件的配合及应用、掌握MM440变频器外部硬件与参数设置的关系，并且了解工艺对PLC变频调速控制系统的要求，掌握工程设计思想和实现自动控制的具体方法。

PLC；变频器；技能训练

0 引 言

随着可编程控制器（PLC）、变频器在工业控制和传动领域的广泛应用，对于PLC和变频器的培训需求越来越大。维修电工国家职业标准中，也明确提出了维修电工要掌握电气控制线路设计、可编程控制器及其应用的相关要求。但当前大多数学校的PLC教学是采用以理论教学为主，实验演示为辅的传统教学模式，没有结合PLC的实用性和应用性，更未突出其技能训练。学生难以真正掌握如何在工程项目中应用PLC。因此，以西门子S7－300型PLC作为核心的技能训练课题的研发有着重要的现实意义。

1 技能训练课题的设计

1.1 课题开发目的

电气控制与PLC应用技术作为自动化相关专业的专业课，是一门实践性很强的课程，要求学生通过学习能具有较强的实践应用能力和较高的工程素质，能从事工程技术相关工作。根据该课程应用性强、结合实际紧密的特点，其研发的技能训练课题应该达到以下目的：学生能从一个工程任务的提出到根据工艺要求制定总体设计方案，再进行具体电气系统设计、控制程序的开发，最后联机调试直至一个符合工程任务要求的PLC控制系统完成。

1.2 基本功能

随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，交流变频技术已经被广泛应用于很多领域。由PLC和变频器构成的传动系统在实际工程中的应用更是举不胜举，而大多数情况下，PLC和变频器则是作为两门课程进行教学。学生在学习的过程中对于PLC和变频器在整个控制系统中的作用和两者之间的相互关系犹如盲人摸象。因此，本综合性技能训练课题把S7－300型PLC和MM440变频器的应用相结合，通过技能训练课题使学生掌握在工程中S7－300型PLC硬件和编程软件的配合及应用、掌握MM440变频器外部硬件与参数设置的关系，并且了解工艺对PLC变频调速控制系统的要求，掌握工程设计思想和实现自动控制的具体方法。

技能训练课题名称：用PLC和变频器实现三相异步电动机正反向运行及转速的控制。

具体工艺和控制要求如下：

（1）基本功能。按钮SB1和SB2分别用于启动电动机的正、反向运行，按钮SB3用于控制电动机停止。通过PLC对变频器控制端口开关的操作，实现对电动机正、反向运行控制。通过变频器设置电动机运行的最低频率和最高频率分别为0Hz和50Hz，斜坡上升时间和下降时间分别为3s和6s，电动机稳定运行频率设置为30Hz。

（2）扩展功能。当电动机过载时，电动机自动停止运行并通过指示灯发出报警信号。报警指示灯按照亮3s、灭2s的频率闪烁报警。按下报警确认按钮SB4，报警灯停止报警，否则报警灯闪烁三次后将常亮。

1.3 考核要求

（1）根据以上工艺和控制要求，用西门子S7－300型PLC和MM440型变频器完成电路图及技术资料的设计：

1）动力电路图（主电路图）。

2）确定I／O信号并分配地址，列出I／O地址表，并要求写出符号名。

3）设计PLC控制的I／O接线图（必须根据给定机型实际接线端子确定，且有必要的保护措施）。

4）设计梯形程序图。5）变频器参数设置。

（2）按照设计的I／O接线图在给定的工控柜上完成安装接线（已提供工控柜固有设备的技术资料和安装接线图）。元件布置合理，安装要紧固，配线要紧固、美观，导线要进线槽。

（3）熟练操作编程软件，正确输入用户程序至PLC，按照被控设备的工艺要求进行模拟调试（输入信号在接线时统一用按钮模拟接线调试），达到技术要求。

（4）正确使用仪表、仪器及工具，仔细检查，通电试验要注意人身和设备安全。

2 技能训练课题的完成

根据考核要求和提供的硬件设备及编程软件，学生按照工程设计思想和实现自动控制具体方法逐步完成技能训练课题。

2.1 硬件设备和编程软件

技能训练所需硬件设备见表1。

表1 硬件设备清单

2.2 控制系统设计

（1）动力电路图（主电路图）见图1。

图1 主电路图

（2）I／O地址表见表2。

表2 I／O地址表

（3）PLC控制的I／O接线图见图2。

图2 I／O接线图

（4）设计梯形程序图

使用STEP7编程软件，按照以下顺序进行梯形程序图的设计：新建项目——硬件组态——编写程序——程序下载——功能调试，详见图3、图4、图5。

图3 硬件状态

（5）变频器参数设置

完成硬件接线和PLC程序设计后，进行变频器的相关参数设置，通过PLC对变频器控制端口开关的操作，实现对电动机正、反向运行控制，参见表3、表4、表5。

表3 恢复变频器工厂默认值

表4 设置电动机参数表

（6）通电调试

电路连接好后经指导教师检查无误，方可通电调试。根据程序运行情况，调试并修改。

2.3 实训报告的内容

（1）设计题目、主要内容及设计要求。

（2）工艺分析、实现方案及多种实现方案的比较。

（3）硬件设计思路和设计过程。

（4）控制程序设计思路、主要逻辑关系、流程图和调试方法。

（5）系统功能调试和性能测试。

表5 数字输入控制端口开关操作运行参数表

3 课题小结

本课题从工程应用角度出发，体现了PLC控制系统的设计和实现的步骤及方法，具有很强的实用性和综合性。该技能训练课曾在武钢维修电工技师操作技能考试的训练中应用，训练效果事半功倍，与传统的实验课题相比具有以下优势：

（1）传统的实验课题侧重点在于简单程序的编写、输入和调试，完成实验结果的观测、记录和PLC程序的逻辑分析。脱离具体的工程应用做背景，程序便成为了无实际意义的梯形图，因此学生难以掌握梯形图程序设计的基本技巧和方法。而研发的技能训练课题以控制三相异步电动机为工程背景，提出具体的控制要求，因而学生可以从中学会工艺分析并将工艺需求转换成对PLC电气控制系统的控制要求，进而编写符合控制要求的程序，利于学生掌握常用指令的语法特点和典型程序的设计思路和方法。

（2）传统的实验课题没有操作技能训练。学生通过实验箱（台）的面板进行实验结果验证，既没有具体的控制对象也没有操作技能的训练。而研发的技能训练课题通过输出端口控制变频器，让学生在训练课题的完成过程中逐步理解和学会PLC电气图的绘制、I／O信号的编址规则，并且通过硬件接线完成操作技能的训练。

（3）传统的实验课题在硬件和软件的配合以及PLC和变频器联机应用方面少有体现，难以培养学生实际工程应用中系统设计方面的综合实践能力。而该技能训练课题需要正确设置I／O地址、变频器参数，并且变频器端口接线无误才能联机调试。因此，在完成课题的过程中使学生的实践能力、分析和解决问题的能力有一定的突破，真正达到开发、设计PLC电气控制系统的目的。

当然，该技能训练课题并不能完全取代传统的实验课题。PLC应用技术的实践训练不可能一步到位，而应采用循序渐进的原则。通过传统实验可以使学生熟悉PLC的编程环境和指令系统，以利于学生从基本应用入手，由浅入深，再结合所研发的技能训练课题，最终掌握PLC电控系统的设计和调试技术。

［1］ 廖常初.S7－300／400PLC应用技术［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［2］ 李道霖.电气控制与PLC原理及应用（西门子系列）［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［3］ 马 宁，孔 红.S7－300PLC和MM440变频器的原理与应用［M］.北京：电子工业出版社，2006.

Research and Development of Skill Training Programs Based on Siemens S7－300PLC

LI Zhi YANG Jie ZHANG Yajie

Programmable logic controller（PLC）is widely used in industrial control fields.In this paper，with Siemens S7－300PLC as the core，the application of the S7－300PLC and MM440inverter are combined.Through skills training programs，students may master S7－300PLC cooperation and application of programming software and hardware in engineering.They also learn about external hardware and parameter settings of the MM440inverter，understand requirements for the process on PLC frequency conversion control system，and master the design and realization of automatic control methods.Eventually they will master the specific methods of engineering design and realization of automatic control.

PLC；MM440inverter；skills training

G714

A

1671－3524（2012）02－0036－04

（责任编辑：李文英）

2011－11－10

2012－02－19

李 智（1980～），男，硕士研究生，讲师.E－mail：miracle365＠163.com