基于現代電氣控制系統安裝與調試實驗綜述報告

席宇迪 甘泉 馬運強

摘?要：本文主要介紹了針對安徽機電職業技術學院電氣工程學院現代電氣控制系統安裝與調試實訓室的綜合運用。對于高職高專院校的學生來說，主要鍛煉學生實際應用能力，本文介紹了設備的硬件組成和可編程控制器、變頻器、觸摸屏的綜合實訓案例，全方位展示現代電氣控制系統的應用范圍。通過現代電氣控制系統實驗和實訓教學，學生能夠對意識課程進行綜合性項目的軟件編程和硬件調試。

關鍵詞：控制系統；綜合實訓；硬件調試

本?，F代電氣控制系統綜合實驗室擁有25套西門S71200PLC與S71500PLC實驗實訓實訓裝置，以及配套的博圖TIA軟件和HMI應用軟件等?，F代電氣控制系統綜合實驗室滿足電氣工程學院智能控制技術、機電一體化技術、電氣自動化、自動化生產設備應用等相關專業進行S71200PLC、S71500PLC、伺服控制技術、變頻器應用技術等課程的實驗教學和實訓教學要求。

一、現代電氣控制系統安裝與調試實驗裝置硬件介紹

現代電氣控制系統安裝與調試實驗裝置是雙向開門，包括A面柜門和B面柜門，兩個門打開分別是不同的實驗裝備。

（一）控制柜A面柜門布局及元件介紹

面板一：A面的實訓電源由此面板上的4P空氣開關以及啟動、停止、急停按鈕控制，三個指示燈用于指示三相電源有無缺相。面板中間為昆侖通態觸摸屏，右上角為多功能電力儀表，右下角為電力儀表電源開關和觸摸屏電源開關。

面板二：第一行為220V信號指示燈，第二行為按鈕開關，第三行為二位旋鈕開關，右上角為凸輪開關，右下角為十字開關。此面板提供實訓所需的開關及指示燈。

（二）控制柜A面柜體內部布局及元件介紹

網孔板一：此網孔板通過線槽分為三個部分，上部分為西門子1500PLC；左下部分左邊為西門子1200晶體管型PLC并安裝有16通道數字量出入和16通道繼電器輸出擴展模塊，右邊為24V開關電源；右下部分左邊為三相步進電機驅動器，右邊為伺服驅動器。

信號源面板：第一行從左往右第一個為1500PLC電源開關；第二個為1200PLC電源開關；第三個為伺服驅動器電源開關；第四個為電壓電流源開關；第五個為步進驅動器電源開關。第二行第一個表頭為0～10V可調直流電壓源；第二個表頭為0～20mA可調直流電流源（電流源和電壓源可作為PLC的模擬量輸入信號，或者變頻器模擬量調速實訓時作為調速控制信號）。

網孔板二：此網孔板通過線槽分為兩個部分，安裝有完成電力拖動所需的器件，所有器件的接線點全部轉接在了器件上、下對應的端子排上。

小車運動掛板：此掛板能夠完成伺服電機和步進電機的精確定位控制，以及光電傳感器和光電編碼器的使用。安裝有滾珠絲桿一套、限位開關兩個、光電傳感器三個、光電編碼器一個、三相步進電機一個、交流伺服電機一個（使用時需要拆下步進電機更換成伺服電機）。

（三）控制柜B面柜門布局及元件介紹

面板一：B面的實訓電源由此面板上的4P空氣開關以及啟動、停止、急停按鈕控制，三個指示燈用于指示三相電源是否正常。面板第一行為三個交流電流表；第二行為一個交流電壓表，電壓表右邊為三相電壓指示切換開關。電壓表、電流表、電壓切換開關全部屬于實訓元件，使用時需要根據實訓項目自行接線，器件的接線點已全部轉接到了柜子內部左側面端子排上。

面板二：面板左側為液晶顯示屏，右邊為PVC操作鍵盤。此面板主要由于智能設故、排故可獨立使用，也可配合教師機智能考核軟件多臺設備組網使用。

面板三：第一行為220V信號指示燈；第二行為按鈕開關；第三行為二位旋鈕開關，右上角為凸輪開關，右下角為十字開關。此面板提供實訓所需的開關及指示燈，為了方便實訓，所有器件的接線點全部轉接到了柜子內部左側面的端子排上。

（四）控制柜B面柜體內部布局及元件介紹

網孔板一：此網孔板通過線槽分為三個部分，上部分為西門子1200繼電器輸出型PLC（數字量輸出公共端可接交流220V電源），并安裝有模擬量模塊，PLC工作電源已接好，通過其旁邊的1P空開控制電源；左下部分為加熱器，內部裝有PT100和加熱元件；右下部分為西門子變頻器，變頻器的輸入電源已經接好，通過變頻器右側的3P空開進行控制。

儀表面板：面板上最左邊為溫度控制器，用于控制網孔板上的加熱器，可實現精確的溫度控制。從左向右第一個綠色的表頭為功率表、第二個表頭為轉矩表、第三個表頭為轉速表。三個表用于直流調速實驗中檢測直流電機的輸出功率、轉矩和轉速（直流調速模塊屬于選配模塊）。

電阻面板：此面板為功率電阻面板，裝有兩個900Ω和一個90Ω大功率可調電阻，在直流調速實驗中作為負載使用。面板右下角是一個航空插座，用于為機床掛件內部的故障板提供電源和控制信號，在使用ZNPX、ZNPT兩種機床掛件時，需要將掛件上的航空插頭和此航空插座相連。

掛件安裝區：此區域用于安裝機床掛件或者直流調速掛件。掛件可根據實訓項目更換，只需要掛在不銹鋼掛架上即可，機床所需的三相交流電源可從電阻面板上獲取。

二、現代電氣控制系統安裝與調試實訓介紹

本實訓是在學習完觸摸屏、PLC、變頻器等課程的基礎上進行的，旨在考查學生對所學學科進行綜合運用的能力，是對學生理論學習、接線能力、編程通信能力的綜合考查。以觸摸屏、PLC、變頻器的綜合實訓為例，本課程學習觸摸屏組態通信與PLC通信控制變頻器模擬量調速。學生通過這個項目可以掌握變頻器的設置、PLC的編程、觸摸屏組態的通信等內容，加強對理論知識的學習和靈活應用。以基于觸摸屏的變頻器開環控制這一實訓內容為例，所需原件如下表1：

（一）項目控制要求

通過觸碰觸摸屏中的相應按鈕，改變PLC模擬量的輸出電壓，從而控制變頻器的輸出頻率以實現電機的調速。

（二）接線圖

請按照圖6完成實訓接線。

（三）PLC程序的編寫

打開電腦上的博圖軟件，并新建一個項目，項目可以直接命名為基于MCGS觸摸屏的變頻器開環調試。組態一臺PLC設備，并在博圖軟件里編寫PLC程序，程序如下圖所示。

（四）繪制MCGS觸摸屏的畫面并連接變量

在MCGS界面繪制控制按鈕，設置變量。變量連接如下圖，圖中需要注意，變量的地址要和PLC上的地址一致。圖中有兩個IP地址，其中本地IP是觸摸屏硬件的IP地址，用來把觸摸屏軟件的畫面下載到觸摸屏里，遠程IP就是PLC的IP地址。

（五）以工業以太網的方式通信

把電腦的網線與交換機進行連接，把觸摸屏和PLC與交換機進行連接。在MCGS軟件里把本地IP修改為觸摸屏硬件的IP地址，遠端IP修改為博圖軟件組態的PLC地址。

（六）設置變頻器參數

（1）變頻器恢復出廠參數設置P0010=30、P970=1。（2）設置P304、P307、P310時，請根據電機銘牌上的實際參數設定。（3）設定電機參數時，先設定P0010=1（快速調試），電機參數設置完成設定P0010=0（準備）。

說明：圖中變頻器“0V”端子是模擬量端子，在端子排上緊鄰“10V”端子，請不要接錯。

（七）通電調試

（1）確認接線無誤后接通電源，將配套的程序下載到PLC內。（2）點擊觸摸屏實訓項目，選擇畫面中的“模擬量調速”按鈕，進入實訓畫面。（3）觸碰畫面中的“電機啟動”按鈕，“電機工作指示”指示燈點亮，“當前頻率”顯示為0，變頻器進入待機狀態。每觸碰一次畫面中的“頻率加”按鈕，電機的運行頻率加5Hz，最高頻率為50Hz。每觸碰一次“頻率減”按鈕，電機的運行頻率減5Hz，最低頻率為0Hz。電機運行過程中觸碰畫面中的“電機停止”按鈕，電機減速停止，“電機工作指示燈”熄滅。

結語

現代電氣控制系統安裝與調試實訓裝置涉及電機與電氣控制、PLC應用技術、電工測量與儀表調試、電力電子技術、觸摸屏應用技術、變頻器應用技術、伺服步進控制技術等專業課程的知識點。實訓課程內容主要考查學生控制系統電路設計、電路布置、連接工藝與調試等工程實施能力、團隊協作能力和計劃組織能力，培養新一代技能型應用人才。

參考文獻：

［1］周明龍.現代電氣控制系統安裝與調試實訓指導書.2019，12.

［2］《維修電工高級考證實訓》指導書（全）_圖文《互聯網文檔資（http：//wenku.baidu.c）》2016.

［3］周奎，王玲，吳會琴.變頻器技術及綜合應用［M］.北京：機械工業出版社，2021.

［4］廖常初.PLC編程及應用（第3版）［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［5］路明.多種方式下的西門子變頻器的PLC控制［J］.科技信息，2012（2）：158159.

［6］基于PLC的交流電機變頻調速系統下載——《網絡（http：//ishare.iask.s）》2020.

基金項目：安徽高校自然科學研究項目（KJ2019?A1155）；安徽職業教育提質培優行動計劃項目（2020tzpy?18011）；安徽省職業與成人教育學會研究規劃課題（Azcj2021098）

作者簡介：席宇迪（1989—?），女，漢族，安徽鳳陽人，碩士，實驗師，研究方向：電氣自動化技術；甘泉（1991—?），男，漢族，安徽六安人，碩士，講師，研究方向：智能處理信息與應用；馬運強（1989—?），男，漢族，安徽利辛人，碩士，講師，研究方向：智能控制技術。