高职教育中的PLC原理与实践-精选文档

高职教育中的PLC原理与实践

由于PLC的应用日益广泛,因此已成为高职学校工科类专业一门重要的专业课程,通过这门课的学习,使学生掌握PLC基本原理及其在自动控制系统中的应用,培养学生用PLC改造传统继电器控制系统,维护和管理自动化生产线的基本技能,并为学生将来从事现代软生产线控制技术的应用与开发打下良好的基础。PLC是一门实践性和应用性很强的课程,对于与PLC技术应用密切配合的实训教学不可忽视,必须边学边练,只有这样才能有利于PLC知识的掌握,从而达到好的教学效果。 1 在校企合作项目中培养人才

根据高职教育的特点,经过多年的改革探索,我们发现对于PLC教学在实际工程项目中教授自动控制的基本原理及程序设计思想能够取得更好的效果,同时能够寻找学校和企业的结合点,大力开展校企合作,为学生寻找合适的实践平台,进而促进高职学生的动手能力和实践能力。下面以教学中用到的S7-300设计移动应急电源的项目为例,来说明创新教育的组织实施过程。 一个完善的应急电源供电系统有两个供电通道向负载供电,市电电源直接经过旁路向负载供电;在市电中断或不正常时由应急电源向负载供电,这两个通道通过切换开关控制。现有移动应急电源主要依赖柴油机发电,存在噪声大、污染环境,以及输出波形电能质量差等问题。根据项目要求,本文设计了一种基于风能、

光伏发电等的多种新能源的高可靠移动应急电源控制系统。利用西门子S7-300 PLC和MP177 6彩色触摸屏,设计现场监控及数据采集平台,并采用Step7-5.4编程软件及WinCC flexible 2008组态软件编程,设计控制及监控程序。触摸屏与PLC通过MPI电缆连接,能够实时监视和控制移动应急电源的工作状态。 系统中电能可来源于太阳能、风能、市电、柴油机,并预留有其它形式电能输入接口(备用)。系统输出可对外提供单相或三相工频交流电及24V和12V直流电。系统中DC/DC变换模块主要用于升、降压变换,使各环节直流电压能够相互匹配。PWM变流器环节用于电能变换,主要包括整流和逆变两部分功能,作为各种电源、蓄电池和交流负载之间的接口。若增加负载电压、电流检测装置,该变流器还可工作于有源滤波(APF)状态,提高电网电能质量。为保证控制系统的可靠性,作为主控系统的PLC及触摸屏用UPS电源供电,以保证其稳定工作。 2 控制系统设计

根据项目需求,系统主要包括三种工作状态,应急供电、备用状态和有源滤波,另外还具有数据检测、故障保护和通讯功能。其中备用状态时,系统优先保证蓄电池为充满状态,在此基础上还作为风能或太阳能等新能源的并网变流器使用。

PLC程序是整个控制系统的关键。采用结构化程序设计思想,基于STEP-7 V5.4编程环境,分别设计主程序及各子程序。其中:(1)主程序首先调用数据采集模块,检测系统中各模拟量数据,

并完成数据转换和计算功能,以实现相应控制功能及状态监控。根据实际情况及指令信号(主要来自触摸屏操作)进入相应的工作状态。其中“手动”过程,可通过上位机触摸屏控制系统中所有接触器的分、合及各子设备的启动、停止。故障检测部分主要接收系统中柴油机和各种变流器类设备的故障信号,给出报警信息,并执行相应的保护动作。(2)应急供电状态子程序中,系统首先判断风能或太阳能等新能源是否满足发电要求,若可用,则启动变流器等设备进行应急供电,否则先利用蓄电池对外输出电能,待柴油发电机启动完成后由柴油机经变流器或独立对外供电。(3)系统检测到蓄电池电量低于额定容量的50%时,启动蓄电池充电子程序,当蓄电池电量大于90%时停止充电,充电过程中,优先利用风能或太阳能等新能源为蓄电池充电,其次考虑使用市电,上述能源均不可用时,使用柴油发电机保持蓄电池电量。(4)新能源并网子程序中,当蓄电池充电完成后,经系统判断若有风能或太阳能满足并网要求,则系统可作为一台并网变流器使用,将新能源经PWM变流器并入三相交流电网。由于有源电力滤波器的主电路结构与PWM变流器相似,因此所设计系统还可作为APF使用,工作于该种状态时,交流负载的输出侧需根据补偿容量,连接三相电抗器,与负载构成并联型有源滤波结构,通过检测负载电流,经运算后输出补偿电流,可避免个别设备污染电网。

数据采集子程序主要完成系统模拟量的检测及转换。一般情况下,接入模拟量输入模块的信号大小为标准的4mA～20mA电流

信号。输入模块对信号进行采集并进行A/D转换,CPU从模拟量输入模块得到的即为转换后的数据。显然,转换后的数字量不能直接反映设备的状态,如要显示,需要再次转换以表明实际输入工程数值的大小。模拟量输入的工程量化转换一般通过STEP 7编程软件自带的功能FC105来实现。它用以将输入PLC对应的数据转换为直观的实际工程值,对应的数据类型则从整型转化为实型。

系统人机界面部分利用西门子触摸屏实现,根据上述程序结构分为主界面、系统状态监控、手动控制、自动控制及报警等。 3 在实践性教学中培养创新实践能力

PLC是一门以实验为主的学科,PLC实验要求学生调制现成的或自己编制的程序,进行模拟实验和带负载两种层次的训练,它不仅可以培养学生的观察能力,还能培养其实验操作创新能力。将PLC教学与实际工程项目结合,使学生能够立足于实际,熟悉实际生产过程,从而提高学生的程序设计和应用能力,培养适应市场需求的实用型技术人才。

在项目教学过程中,我们不给出课题中的PLC程序,而是只给出控制要求、I/O分配,引导学生尽量自己完成程序的编写、输入、接线、调试及运行,整个教学过程充分发挥了学生学习的主体作用,教师在这个过程中只起到引导或帮助学生解决问题的作用。学生在编写或调试程序的过程中遇到问题很正常,通过查资料或问老师,在解决这些问题的过程中就会学到新的东西,并

进一步加深了对课本知识的理解。 4 结语

在课程改革的大趋势下,各个学校都在进行项目教学的改革,实践证明,通过实际项目进行教学,既调动了学生的兴趣,又提高了学生的能力,使学生实实在在地学到了知识,取得了明显的效果。对于学校的“双师”队伍建设也起到了推动作用,可谓是一举多得。

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