《机电控制与PLC应用技术》课程教学改革探索

2019-03-22俞娟杜逸鸣

创新创业理论研究与实践 2019年4期

俞娟，杜逸鸣

（三江学院机械与电气工程学院，江苏南京 210012）

1 开设《机电控制与PLC应用技术》课程的意义

笔者所在的院校师资力量雄厚，各类实验设备齐全，日常教学的内容具有较强的专业性和全面性，以培养全面应用型技术人才为本院校的培养目标。

电气及其自动化专业的教学内容涉及电力电子技术、电机电气控制技术、可编程控制器应用、机电一体化技术等诸多领域，是一门综合性强的学科，但长期以来的课程安排只进行理论教学和与之相对应的、单一的实验教学，缺乏与实际生产实践联系的综合性应用实训。因此，该院在充分调研的基础上将电气自动化技术与电气控制技术的理论教学与实践教学相结合，并以此作为电气及其自动化专业的主要教学内容，其特点是电气工程与自动化相结合、机电控制与PLC应用技术相结合、强电与弱电相结合、软硬件结合，为此我们在该专业开设了《机电控制与PLC应用技术》这门课程，其主要目标是：通过该课程的学习，要求学生掌握机电控制与PLC应用技术的基本理论知识，掌握基本的实验技能，掌握三菱PLC、变频器等设备的基本理论知识及工作原理，掌握这些智能电器的工作性能、运行状态和基本参数设置，能按设计要求进行编程，并能正确掌握三菱PLC、变频器等智能电器在机电控制系统中的应用方法。

通过学习，能使学生快速掌握三菱PLC和变频器的操作技术、理解自动化电气设备的工作原理，使学生能够独立完成电气控制系统的研究、设计、组装、调试及故障排除，这也是应用型本科生所必须具备的技能之一，也符合该校的培养目标。

2 开设《机电控制与PLC应用技术》课程的目的

该课程是电气及其自动化专业的一门重要专业核心课，通过该课程的学习，要求学生掌握机电控制的基本概念、基本方法与相关的理论知识，使学生掌握机电控制与PLC、变频器等智能电器应用技术综合知识，并能应用到控制工程方面，了解新的机电控制技术和发展趋势、了解工业网络的重要性，掌握三菱PLC、变频器、LOGO！等智能电器的基本知识和在机电控制系统中的实际应用。

将《机电控制与PLC应用技术》作为专业课程的国内院校较少，大部分教学课程主要以教授机电控制理论和逻辑控制理论为主，而忽略了实践教学的重要性。通过相关的调查报告可以看出，我国院校的教学活动主要将PLC技术和变频器调试技术作为变频调速系统的主要教学内容，而对自动变频技术和自动启动技术方面的教学课程非常少。但因为电力拖动是现代化工业生产的常用技术，其电力消耗较大，占据了工业生产的大部分电力资源；而调速技术的好坏又决定着电力拖动的耗电量大小，因此，以科学的调速技术来实现对电力拖动耗能的控制，降低电力拖动的电能消耗量，对于电力拖动的控制和管理具有重要意义。

微电子控制是交流电动机调频技术的基础学科。与传统的直流电机控制技术相比，交流电动机控制技术所消耗的电能更少，且调压和调速的效果更好，其最大的优势在于调速范围大、调频稳定、操作简单、控制性强、保护性强、功能齐全、流程较少、运行平滑，在生产过程中使用此方法能够获得精准的速度参数，具有较强的应用性。

变频调试系统最大特点为编程简单、控制性强、适用范围广、控制平滑、安全性高等，是工业生产企业实现自动化的基础手段。因此，开设机电控制课程和PLC应用教学课程使学生在深度掌握相关理论的基础上，能够熟练运用各种电机变频控制系统，并自主设计、开发变频调试程序，实现对调试目标的有效控制。另外，开设这些教学课程还能够让学生在实践的过程中，熟练掌握交流电机变频调速的控制原理，了解交流变频技术与电能消耗控制之间的关系，使学生认识到变频调速技术是我国工业企业实现自动化的重要基础。

(1)使学生通过此课程的学习，能够熟练掌握PLC编程控制理论、变频调速理论，并能够对这些理论进行实践和应用，掌握我国机电控制技术动向，并未来智能控制电器的发展方向有所认知，并能正确使用。

(2)让学生通过课程的学习，能够准确理解PLC机电控制的概念，强化学生的实践意识，提高学生的动手操作能力，使其能够熟练掌握和应用各种智能电器，使学生认识到科技的不断发展和微电子技术的不断进步，推动着变频器处理器（CPU）、可编程控制器以及各种智能电器的生产技术的不断进步和提高。

3 《机电控制与PLC应用技术》课程教改思路

《机电控制与PLC应用技术》课程强调的是机电控制的相关概念与理论知识，理论性强，比较抽象，如何让学生能更深入地理解掌握所学知识，并在以后的工作岗位上能熟练应用，就必须增加实践环节，理论知识与实践相结合。而电梯是人们生活中常用的典型的机电一体化产品。目前应用最为广泛的控制系统是抗干扰能力强、性能稳定的变频器和PLC控制。

电梯采用交流变频调速器与PLC控制的开关量与数字量双制式控制，由三相鼠笼式感应电动机作为曳引电机，其工作过程是电梯启动时，变频器使定子电流频率从低频率开始，按控制要求上升到额定频率；到达预定楼层前根据信号进行减速，使转速相应从额定频率开始平滑下降，从而实现电梯平层，而PLC则用来完成对电梯曳引电机和开关门电机的启动停止，运行方向、加减速、楼层显示，内召外召，安全保护等指令信号进行管理和控制。正因为电梯设备的维护和使用综合了PLC技术、电机调速技术、电气控制技术、调频控制技术、机械控制技术，对这些技术理论具有较强的实践性和应用性；因此，将电梯综合实践教学课程引入到日常教学活动中，能够使以上课程内容得到拓展和强化。但是实体电梯占地空间大，价格昂贵，维护成本高，而且在实际操作中存在缺乏全面性，操作性及需要破拆原有线路等问题，所以在电梯实训的基础上，引入仿真电梯实训装置可以避免这些问题，同时增加教学时的安全系统，减轻教学负担。

该院采购的THJDDT-2型透明电梯实训装置采用正式的部件组成，内部装有：变频调速控制器、PLC编码控制器、数字化双制式控制器，实际功能与真实的变频调速电梯相同，具有全集选功能，能自动平层，响应轿内，自动关门，外呼叫信号，还在电梯中设置了50多项电气和机械故障以供学生们进行实践操作，比如：电路故障、变频故障、电气故障、编程混乱故障、机械运行异常故障等电梯设备的常见性故障，所有环节的设计比较合理是目前国内教学设备行业中技术含量最高的设备之一。

（1）增加以电梯为中心的综合实践内容。要求学生以团队的形式开展调研、资料查找，充分了解电梯的机械和电气控制系统，通过电梯这个控制对象的实践性教学环节的学习，达到机电控制与PLC应用技术理论与实践的结合的认知，达到机电控制与PLC等技术的综合应用。

（2）提高学生分析与解决实际问题的能力，使学生能够深入了解电机机电控制器的工作原理，掌握相关的理论和现有主流的机电控制技术，以及PLC的编程、安装、调试等技术。

（3）通过综合实践使学生熟练掌握PLC及变频器等智能化电器在电梯控制系统中的应用。在电梯实训中，学生应根据设置的故障现象，进行分析和诊断，结合所学理论知识，提出解决方案，并学会排除故障。