李 智 楊 潔 張雅婕

（武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢：430080）

西門子S7－300型PLC技能訓(xùn)練課題研發(fā)

李 智 楊 潔 張雅婕

（武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢：430080）

可編程控制器（PLC）廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。以西門子S7－300型PLC為核心，把S7－300型PLC和MM440變頻器的應(yīng)用相結(jié)合，通過研發(fā)的技能訓(xùn)練課題使學(xué)生掌握在工程中PLC硬件和編程軟件的配合及應(yīng)用、掌握MM440變頻器外部硬件與參數(shù)設(shè)置的關(guān)系，并且了解工藝對PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的要求，掌握工程設(shè)計思想和實現(xiàn)自動控制的具體方法。

PLC；變頻器；技能訓(xùn)練

0 引 言

隨著可編程控制器（PLC）、變頻器在工業(yè)控制和傳動領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對于PLC和變頻器的培訓(xùn)需求越來越大。維修電工國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，也明確提出了維修電工要掌握電氣控制線路設(shè)計、可編程控制器及其應(yīng)用的相關(guān)要求。但當(dāng)前大多數(shù)學(xué)校的PLC教學(xué)是采用以理論教學(xué)為主，實驗演示為輔的傳統(tǒng)教學(xué)模式，沒有結(jié)合PLC的實用性和應(yīng)用性，更未突出其技能訓(xùn)練。學(xué)生難以真正掌握如何在工程項目中應(yīng)用PLC。因此，以西門子S7－300型PLC作為核心的技能訓(xùn)練課題的研發(fā)有著重要的現(xiàn)實意義。

1 技能訓(xùn)練課題的設(shè)計

1.1 課題開發(fā)目的

電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)作為自動化相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課，是一門實踐性很強(qiáng)的課程，要求學(xué)生通過學(xué)習(xí)能具有較強(qiáng)的實踐應(yīng)用能力和較高的工程素質(zhì)，能從事工程技術(shù)相關(guān)工作。根據(jù)該課程應(yīng)用性強(qiáng)、結(jié)合實際緊密的特點，其研發(fā)的技能訓(xùn)練課題應(yīng)該達(dá)到以下目的：學(xué)生能從一個工程任務(wù)的提出到根據(jù)工藝要求制定總體設(shè)計方案，再進(jìn)行具體電氣系統(tǒng)設(shè)計、控制程序的開發(fā)，最后聯(lián)機(jī)調(diào)試直至一個符合工程任務(wù)要求的PLC控制系統(tǒng)完成。

1.2 基本功能

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，交流變頻技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。由PLC和變頻器構(gòu)成的傳動系統(tǒng)在實際工程中的應(yīng)用更是舉不勝舉，而大多數(shù)情況下，PLC和變頻器則是作為兩門課程進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中對于PLC和變頻器在整個控制系統(tǒng)中的作用和兩者之間的相互關(guān)系猶如盲人摸象。因此，本綜合性技能訓(xùn)練課題把S7－300型PLC和MM440變頻器的應(yīng)用相結(jié)合，通過技能訓(xùn)練課題使學(xué)生掌握在工程中S7－300型PLC硬件和編程軟件的配合及應(yīng)用、掌握MM440變頻器外部硬件與參數(shù)設(shè)置的關(guān)系，并且了解工藝對PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的要求，掌握工程設(shè)計思想和實現(xiàn)自動控制的具體方法。

技能訓(xùn)練課題名稱：用PLC和變頻器實現(xiàn)三相異步電動機(jī)正反向運行及轉(zhuǎn)速的控制。

具體工藝和控制要求如下：

（1）基本功能。按鈕SB1和SB2分別用于啟動電動機(jī)的正、反向運行，按鈕SB3用于控制電動機(jī)停止。通過PLC對變頻器控制端口開關(guān)的操作，實現(xiàn)對電動機(jī)正、反向運行控制。通過變頻器設(shè)置電動機(jī)運行的最低頻率和最高頻率分別為0Hz和50Hz，斜坡上升時間和下降時間分別為3s和6s，電動機(jī)穩(wěn)定運行頻率設(shè)置為30Hz。

（2）擴(kuò)展功能。當(dāng)電動機(jī)過載時，電動機(jī)自動停止運行并通過指示燈發(fā)出報警信號。報警指示燈按照亮3s、滅2s的頻率閃爍報警。按下報警確認(rèn)按鈕SB4，報警燈停止報警，否則報警燈閃爍三次后將常亮。

1.3 考核要求

（1）根據(jù)以上工藝和控制要求，用西門子S7－300型PLC和MM440型變頻器完成電路圖及技術(shù)資料的設(shè)計：

1）動力電路圖（主電路圖）。

2）確定I／O信號并分配地址，列出I／O地址表，并要求寫出符號名。

3）設(shè)計PLC控制的I／O接線圖（必須根據(jù)給定機(jī)型實際接線端子確定，且有必要的保護(hù)措施）。

4）設(shè)計梯形程序圖。5）變頻器參數(shù)設(shè)置。

（2）按照設(shè)計的I／O接線圖在給定的工控柜上完成安裝接線（已提供工控柜固有設(shè)備的技術(shù)資料和安裝接線圖）。元件布置合理，安裝要緊固，配線要緊固、美觀，導(dǎo)線要進(jìn)線槽。

（3）熟練操作編程軟件，正確輸入用戶程序至PLC，按照被控設(shè)備的工藝要求進(jìn)行模擬調(diào)試（輸入信號在接線時統(tǒng)一用按鈕模擬接線調(diào)試），達(dá)到技術(shù)要求。

（4）正確使用儀表、儀器及工具，仔細(xì)檢查，通電試驗要注意人身和設(shè)備安全。

2 技能訓(xùn)練課題的完成

根據(jù)考核要求和提供的硬件設(shè)備及編程軟件，學(xué)生按照工程設(shè)計思想和實現(xiàn)自動控制具體方法逐步完成技能訓(xùn)練課題。

2.1 硬件設(shè)備和編程軟件

技能訓(xùn)練所需硬件設(shè)備見表1。

表1 硬件設(shè)備清單

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計

（1）動力電路圖（主電路圖）見圖1。

圖1 主電路圖

（2）I／O地址表見表2。

表2 I／O地址表

（3）PLC控制的I／O接線圖見圖2。

圖2 I／O接線圖

（4）設(shè)計梯形程序圖

使用STEP7編程軟件，按照以下順序進(jìn)行梯形程序圖的設(shè)計：新建項目——硬件組態(tài)——編寫程序——程序下載——功能調(diào)試，詳見圖3、圖4、圖5。

圖3 硬件狀態(tài)

（5）變頻器參數(shù)設(shè)置

完成硬件接線和PLC程序設(shè)計后，進(jìn)行變頻器的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，通過PLC對變頻器控制端口開關(guān)的操作，實現(xiàn)對電動機(jī)正、反向運行控制，參見表3、表4、表5。

表3 恢復(fù)變頻器工廠默認(rèn)值

表4 設(shè)置電動機(jī)參數(shù)表

（6）通電調(diào)試

電路連接好后經(jīng)指導(dǎo)教師檢查無誤，方可通電調(diào)試。根據(jù)程序運行情況，調(diào)試并修改。

2.3 實訓(xùn)報告的內(nèi)容

（1）設(shè)計題目、主要內(nèi)容及設(shè)計要求。

（2）工藝分析、實現(xiàn)方案及多種實現(xiàn)方案的比較。

（3）硬件設(shè)計思路和設(shè)計過程。

（4）控制程序設(shè)計思路、主要邏輯關(guān)系、流程圖和調(diào)試方法。

（5）系統(tǒng)功能調(diào)試和性能測試。

表5 數(shù)字輸入控制端口開關(guān)操作運行參數(shù)表

3 課題小結(jié)

本課題從工程應(yīng)用角度出發(fā)，體現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)的步驟及方法，具有很強(qiáng)的實用性和綜合性。該技能訓(xùn)練課曾在武鋼維修電工技師操作技能考試的訓(xùn)練中應(yīng)用，訓(xùn)練效果事半功倍，與傳統(tǒng)的實驗課題相比具有以下優(yōu)勢：

（1）傳統(tǒng)的實驗課題側(cè)重點在于簡單程序的編寫、輸入和調(diào)試，完成實驗結(jié)果的觀測、記錄和PLC程序的邏輯分析。脫離具體的工程應(yīng)用做背景，程序便成為了無實際意義的梯形圖，因此學(xué)生難以掌握梯形圖程序設(shè)計的基本技巧和方法。而研發(fā)的技能訓(xùn)練課題以控制三相異步電動機(jī)為工程背景，提出具體的控制要求，因而學(xué)生可以從中學(xué)會工藝分析并將工藝需求轉(zhuǎn)換成對PLC電氣控制系統(tǒng)的控制要求，進(jìn)而編寫符合控制要求的程序，利于學(xué)生掌握常用指令的語法特點和典型程序的設(shè)計思路和方法。

（2）傳統(tǒng)的實驗課題沒有操作技能訓(xùn)練。學(xué)生通過實驗箱（臺）的面板進(jìn)行實驗結(jié)果驗證，既沒有具體的控制對象也沒有操作技能的訓(xùn)練。而研發(fā)的技能訓(xùn)練課題通過輸出端口控制變頻器，讓學(xué)生在訓(xùn)練課題的完成過程中逐步理解和學(xué)會PLC電氣圖的繪制、I／O信號的編址規(guī)則，并且通過硬件接線完成操作技能的訓(xùn)練。

（3）傳統(tǒng)的實驗課題在硬件和軟件的配合以及PLC和變頻器聯(lián)機(jī)應(yīng)用方面少有體現(xiàn)，難以培養(yǎng)學(xué)生實際工程應(yīng)用中系統(tǒng)設(shè)計方面的綜合實踐能力。而該技能訓(xùn)練課題需要正確設(shè)置I／O地址、變頻器參數(shù)，并且變頻器端口接線無誤才能聯(lián)機(jī)調(diào)試。因此，在完成課題的過程中使學(xué)生的實踐能力、分析和解決問題的能力有一定的突破，真正達(dá)到開發(fā)、設(shè)計PLC電氣控制系統(tǒng)的目的。

當(dāng)然，該技能訓(xùn)練課題并不能完全取代傳統(tǒng)的實驗課題。PLC應(yīng)用技術(shù)的實踐訓(xùn)練不可能一步到位，而應(yīng)采用循序漸進(jìn)的原則。通過傳統(tǒng)實驗可以使學(xué)生熟悉PLC的編程環(huán)境和指令系統(tǒng)，以利于學(xué)生從基本應(yīng)用入手，由淺入深，再結(jié)合所研發(fā)的技能訓(xùn)練課題，最終掌握PLC電控系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試技術(shù)。

［1］ 廖常初.S7－300／400PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［2］ 李道霖.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用（西門子系列）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］ 馬 寧，孔 紅.S7－300PLC和MM440變頻器的原理與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)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

（責(zé)任編輯：李文英）

2011－11－10

2012－02－19

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