PLC技术教育革新探析

本文作者：金鑫 周明 单位：江苏师范大学 江苏省电工电子实验教学示范中心

实验内容研究

采用触摸屏作为数字给定，通过PLC及D/A模块送模拟量给变频器，由变频器驱动三相异步电动机，构建一交流开环调速系统；在上述开环调速系统基础上加入直流测速发电机结合A/D模块构成一交流闭环调速系统，采用数字PID控制实现闭环调速。

教学方法研究

以系统的观点，引导启发式教学。从实验内容的展开情况可以看出，整个训练过程是以一个实际系统为载体，由浅入深、循序渐进的过程。首先，以最基本的三相异步电机正、反转和星三角启动等简单系统，练习PLC基本指令的使用及主回路和控制回路的设计和接线。在此基础上联系现场情况，启发学生采用按钮、开关和指示灯等主令和显示电器也可以用触摸屏来实现，然后引导学生学习触摸屏的软件开发和硬件通信。然后，在上述电气控制系统的基础上自然过渡到调速系统，并通过调速方法的比较引入目前应用较为广泛的变频调速，进而引导学生如何使用变频器，常规变频器的输入多为模拟量，如果用PLC控制，学生自然想到需要采用D/A模块。

再联系触摸屏的使用，学生就有能力设计一个采用触摸屏给定数字转速再通过PLC及D/A模块控制变频器的开环调速系统。再通过改变系统负载大小，观察开环情况下电机转速的变化，引导出对闭环系统的需求，那么速度反馈环节采用测速发电机是模拟量输出，学生在掌握了D/A模块的基础上很快就能掌握A/D模块的使用。这样学生就逐渐掌握了如何构建交流闭环调速系统的实际方法。以理论指导实践，以实践验证理论，侧重实践能力培养。截止到PLC实训之初，学生已经对电气工程及自动化专业的理论知识部分有了一定的认识，但尚未和现场实际情况建立起必要的条件反射，比如学生虽然大部分学过三相电动机正、反转，也都做过实验，而且在PLC控制时也看见输出继电器动作，但电机真正要运行，主电路是必不可少的，所以学生需要补充工厂电气的相关知识和技术，亲自动手将三相交流电经过熔断器、接触器主触点、热继电器送入三相电动机。

在构建开环系统之前，学生需要复习电力电子技术及电机学等理论，然后才能具体实现异步电动机的变频调速。再随着开环系统负载的变化，开环机械特性的缺点又显现出来，这就用到了自动控制原理，指导学生构建闭环调速系统，再加上同样的负载，比较开环和闭环的输出变化情况。学生也可以通过改变PID参数观察系统稳定性、快速性和准确性的变化规律。这样学生就掌握了改善交流调速系统性能的调试方法。

教学实践及效果

本PLC实验教学平台，目前已经在我校电气工程及自动化专业的实践环节中开展了三年，所搭建的教学平台和电力拖动控制系统课程进行组合已经被评为校级精品课程，并被批准为省级精品课程重点建设项目。已经有相当一部分学生经过训练，在理论联系实际的能力和动手能力上有了显著的提高，并在求职过程中表现出色，先后有几十个学生被多家国内知名企业录用，而且从单位反馈的信息来看，学生的理论知识和专业技能都有着很强的竞争力。徐州人力资源和社会保障局也组织业内专家对此平台进行了评估和鉴定，专家对此实训平台给予了充分的认可，并批准为国家三级PLC系统设计师考核平台。综上所述，本文介绍了以PLC为自动控制系统控制器，从系统的角度入手进行PLC实验的方法，方法注重理论和实践的联系，将PLC知识融入自动控制系统，使学生在进行一门课程实验的同时综合运用了多门专业课程。目前准备继续扩大系统的容量，将计算机网络技术、现场总线技术及组态软件等课程内容进一步集成一个完整的自动化课程实训内容，为学生打造一个更为综合的动手能力训练平台，提高学生运用所学理论知识分析、解决实际问题的能力。