淺談技工院校中PLC與變頻器的綜合教學(xué)

李靜

摘 要：隨著我國人民生活水平的不斷提高，越來越多的大中型企業(yè)利用先進的自動化技術(shù)進行生產(chǎn)工作。為了讓技工院校學(xué)生實習(xí)后能更好地適應(yīng)企業(yè)。結(jié)合技工院校中學(xué)生的實際情況，主要從提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動學(xué)生的積極性出發(fā)，達到學(xué)做合一的目的。以日常生活中的恒壓供水為例，討論在PLC與變頻器相結(jié)合的綜合教學(xué)中采用的教學(xué)方法，為學(xué)生步入社會、走向工作崗位打好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PLC可編程控制器；變頻器；恒壓供水

一、創(chuàng)設(shè)情境，任務(wù)描述

某居民小區(qū)為了實現(xiàn)恒壓供水，應(yīng)用壓力開關(guān)根據(jù)管內(nèi)壓力實現(xiàn)對泵的運行速度的控制，當(dāng)壓力增大（用水量?。┑缴舷迚毫r，減小泵的速度；當(dāng)壓力減?。ㄓ盟看螅┑较孪迚毫r，提高泵的速度，從而實現(xiàn)管內(nèi)壓力的恒定。

接到任務(wù)后，教師根據(jù)班級人數(shù)及實訓(xùn)條件將學(xué)生分為若干小組，并指定組長。由各組組長進行組內(nèi)成員分工，準(zhǔn)備相關(guān)設(shè)備、工具及材料。教師帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)安全操作規(guī)程、隔離方法以及安裝工藝要求；學(xué)習(xí)變頻器調(diào)速的原理、恒壓供水系統(tǒng)的組成與原理。采用小組討論的方式，制訂設(shè)計方案；對結(jié)果進行表述與展示。師生共同討論，并最終作出決策。

變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機、管道和閥門等構(gòu)成。通常由鼠籠式異步電動機驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水。因此，供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速。異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的。

異步電機的轉(zhuǎn)速為：n=60f（1-s）/p；

異步電機的轉(zhuǎn)差率定義為：S=（n1-n）/n*100%；

異步電機的同步速度為：n1=60f/p；

其中：n1為異步電機的理想空載轉(zhuǎn)速；n為異步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；f是異步電機的定子電源頻率；p為異步電機的極對數(shù)。

從上式可知，當(dāng)極對數(shù)p不變時，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子電源頻率f成正比，因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機的同步轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方式需要專用的變頻裝置，即變頻器。最常用的變頻器采取的是變壓變頻方式。在改變輸出頻率的同時也改變輸出電壓，以保證電機磁通基本不變。其關(guān)系為：U1/f=常數(shù)。（式中：U1——變頻器輸出電壓，f——變頻器輸出頻率）

變頻調(diào)速時，從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速具有高效率、高精度、調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點。因此，變頻調(diào)速是交流異步電機的一種比較合理和理想的調(diào)速方法，它被廣泛地應(yīng)用于對水泵電動機的調(diào)速。

二、變頻器的參數(shù)設(shè)定

教師給出運行曲線圖，并由各小組在規(guī)定時間內(nèi)根據(jù)任務(wù)要求，以各種流程圖的形式設(shè)定變頻器的運行參數(shù)以及基本參數(shù)，并上臺展示；最終師生共同探討出結(jié)論。變頻器的運行頻率7個：15 HZ、25 HZ、30 HZ、35 HZ、40 HZ、45 HZ、50 HZ和基本參數(shù)12個：轉(zhuǎn)矩提升4%、上限頻率50 HZ、下限頻率5 HZ、基底頻率50 HZ、加速時間3 s、減速時間4 s、電子過流保護3 A、啟動頻率8 HZ、加減速參考頻率50 HZ、時間單位秒2、逆轉(zhuǎn)防已選擇1、操作模式選擇3。

在恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運行的水泵電機要切換到工頻狀態(tài)下運行時，只能在50 HZ時進行。50 HZ就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。當(dāng)變頻器的輸出頻率已經(jīng)到達50 HZ時，即使實際的供水壓力低于設(shè)定壓力，也不能增加變頻器的輸出頻率。當(dāng)電動機運行頻率下降到某一個值（5 HZ）時，實際的供水壓力不會隨著電動機頻率的下降而下降。這個頻率（5 HZ）就是電動機運行的下限頻率。

三、用PLC實現(xiàn)恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)任務(wù)要求，各小組共同探討輸入/輸出分配表，教師進行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，對落后的學(xué)生給予鼓勵和幫助。最后師生共同探討出結(jié)論：控制電動機的啟動和停止需要2個輸入點，變頻器極限頻率的檢測信號（下限壓力和上限壓力）占用PLC的2個輸入點，共需4個輸入點。水泵電機M，可以實現(xiàn)七種速度變頻運行，也可以工頻運行，需PLC的3個輸出點，控制變頻器使電動機正轉(zhuǎn)運行需要1個輸出點，共需要4個輸出點。系統(tǒng)所需的輸入/輸出點數(shù)量共為8個點。對恒壓供水系統(tǒng)的基本要求如下：

（1）要有完善的保護功能。

（2）PLC程序設(shè)計要滿足恒壓供水系統(tǒng)任務(wù)的要求。

（3）避免水泵電機工作時間過長。

四、評價反饋

此環(huán)節(jié)分為自我評價、小組評價和教師評價三部分。通過互相評價，學(xué)生能夠取長補短、互相學(xué)習(xí)、共同進步，增加成就感和進取心。

教師應(yīng)致力于營造生動活潑的教學(xué)氛圍，引導(dǎo)學(xué)生積極思考和探究，并以創(chuàng)新精神去理解和運用知識；課堂上堅持以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的原則，適時引導(dǎo)學(xué)生積極參與教學(xué)過程，在此過程中發(fā)現(xiàn)和理解知識；注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；利用學(xué)生“好動、好奇”的特點，從學(xué)生熟悉的生活情境和感興趣的事物出發(fā)，提供觀察和操作的機會，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺能動性，讓學(xué)生在操作中獲得正確的認(rèn)知，為學(xué)生走向社會，更快、更好地適應(yīng)工作打好基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]徐鐵.PLC應(yīng)用技術(shù).中國勞動和社會保障出版社，2007-08.

[2]戰(zhàn)麗紅.變頻技術(shù)及變頻器芻議[J].現(xiàn)代制造，2011.