现代学徒制下PLC与触摸屏应用课程的项目化教学探索

2020-01-02张玉娟胡慧之无锡城市职业技术学院

营销界 2019年39期

■ 张玉娟胡慧之（无锡城市职业技术学院）

一、引言

按照岗位分类式的现代学徒制人才培养模式，无锡城市职业技术学院的信捷电气订单班，根据各类职业岗位(群)所需的能力要求，把符合其素质能力的学生进行划分，建立和完善因材施教、因需施教的课程体系和教学内容、灵活多元化的评价机制以及学生管理监督制度。通过这种培养方式，学生能真正实现与不同类别的职业岗位（群）进行“无缝对接”，实现学生、企业、学校共赢的结果。

采用“师带徒”的方式，由企业工程师、学校专业教师共同带领自动化专业学生完成实训室的安装调试，共建信捷实训室。信捷电气班同学分组进入实训室安装现场，向企业工程师和专业教师学习电气安装的工程规范、电气设备的安装技能和调试要点。学生在“做中学”，亲自动手安装调试实训室设备，自动化专业素质得到了很大提升。

PLC与触摸屏应用作为信捷电气班的专业核心课，是在现代学徒制的背景下，基于信捷实训室的条件，进行的项目化教学。本文主要介绍这门课程在项目化教学方面进行的一些探索。

二、项目选择原则

项目的选择必须符合以下原则：符合从易到难的认识规律、涵盖的知识要全面、要紧密结合生产实际。下面进行具体介绍。

（一）符合从易到难的认识规律

PLC与触摸屏应用是工厂电气与PLC的后续课程。工厂电气与PLC这门课主要讲述了继电器、接触器、三菱FX2N系列PLC等的相关知识，使学生认识了GX-Developer编程软件，并能够运用指令、梯形图或SFC来进行PLC的编程。PLC与触摸屏应用主要是在学生学过三菱PLC之后，学习信捷PLC的相关知识，通过学习，了解信捷PLC与三菱PLC的异同点，会用信捷PLC进行设计和编程，认识步进电机、伺服电机、触摸屏等信捷产品，为后续走上工作岗位奠定基础。

（二）涵盖的知识要全面

PLC与触摸屏应用这门课的主要内容包括信捷PLC 的开关量及顺序控制、PLC 控制步进系统、模拟量控制和PID控制、用触摸屏控制变频器运行、用触摸屏控制温度系统、交流伺服控制系统、网络控制系统等等，内容丰富全面。

（三）紧密结合生产实际

PLC与触摸屏应用这门课主要是学习信捷PLC及其它产品的应用，学习的内容都是信捷的产品，紧密结合生产实际，相当于学生在学校就进行了培训，工作后可以很快上手。

三、具体项目内容

本文以PLC控制步进系统、变频器的运行和交流伺服控制系统这三个教学过程中的典型案例进行介绍。

（一）PLC控制步进系统

将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件称之为步进电机。在未超载的情况下，脉冲信号的频率和脉冲数决定了电机的转速和停止的位置。脉冲信号一般是指周期性的方波信号。

脉冲信号一般由单片机或PLC产生。控制器是指产生脉冲信号的装置及人机界面等辅助部分。但是，由于控制器产生的脉冲信号，其驱动能力是非常有限的，不能直接驱动步进电机，故通常需要配合步进驱动器组成步进系统。图1为整个步进系统的控制框图。

图1 步进系统控制框图

图2是信捷PLC、步进驱动器和步进电机的硬件连线图。PLC发射脉冲信号给步进驱动器，步进驱动器驱动步进电机运转。PLC的脉冲发射端口是Y0，脉冲方向端口是Y1，Y1为1和0的时候，步进电机的转动方向刚好相反。

图2 PLC、步进驱动器与步进电机的连线图

（二）用触摸屏控制变频器运行

工业触摸屏作为替代传统控制按钮和指示灯的智能化操作显示终端，是通过触摸式工业显示器把人和机器连为一体的智能化界面，是一种人机交互方式。信捷TH765触摸屏的编辑工具是TouchWin软件。

变频器是能够改变交流电源频率的一种设备，是一种理想的调速手段。它的五种运行方式按优先级依次为：点动运行、闭环运行、PLC运行、多段速运行和普通运行。

点动运行是指变频器在停机状态下，接到点动运行命令后，按点动频率运行。当闭环运行有效参数P7.00=1时，变频器将进入闭环运行模式。当PLC工程有效参数P8.00个位≠0时，变频器将进入PLC运行模式，变频器将按照预先设定的运行模式运行。通过多功能端子可以使闭环运行方式和PLC运行方式失效，并切换为较低级别的运行方式。通过多功能端子的非零组合，选择多段频率进行多段速运行的方式称之为多段速度运行。普通运行是指通用变频器的简单开环运行方式。以上五种运行方式中，除“点动运行”外都可设定多种频率运行。

通过在触摸屏上更改设定频率及运行命令控制变频器运行的控制方案大体来说有两种。

（1）图3是用触摸屏作为PLC的人机界面，用PLC来控制变频器运行的控制框图。由于PLC控制变频器的方式多种多样，所以此控制方案几乎能实现所有功能。

图3 触摸屏+PLC控制变频器控制框图

（2）图4是直接用触摸屏与变频器通讯，触摸屏直接控制变频器的控制框图。这种方案功能相对单一，只能通过通讯实现变频器的控制，但省去了PLC，适用于变频器控制要求不高的场合。

图4 触摸屏控制变频器控制框图

（三）交流伺服控制系统

伺服系统的输出变量通常是机械或位置的运动。实现执行机构对给定指令的准确跟踪是它的根本任务，即输入指令信号的变化规律能够自动、连续、精确地通过输出变量的某种状态复现。图5是伺服闭环系统框图，由图可以看出，伺服系统由控制器、伺服放大器、电动机、负载、旋转编码器、反馈测量装置等部分组成。

图5 伺服闭环系统框图

从图5可以看出，输入给控制器PLC后，PLC发命令（如脉冲个数，固定频率的脉冲等）给伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机按命令执行，通过旋转编码器反馈电机的执行情况与接收到的命令进行对比并在内部进行调整，使其与接收到的命令一致，从而实现精确的定位。而负载的运动情况（位置、速度等）通过相应传感器反馈到控制器输入端与输入命令进行比较，实现闭环控制。当然，伺服系统也可以是半闭环控制。

图6是XC系列PLC、伺服驱动器和伺服电机的接线图，伺服驱动器与伺服电机连接时，必须将驱动器上的端子与电机的U、V、W、PE一一对应，不可以交叉，否则将导致电机堵转或飞转。