現代學徒制下PLC與觸摸屏應用課程的項目化教學探索

■ 張玉娟 胡慧之（無錫城市職業技術學院）

一、引言

按照崗位分類式的現代學徒制人才培養模式，無錫城市職業技術學院的信捷電氣訂單班，根據各類職業崗位(群)所需的能力要求，把符合其素質能力的學生進行劃分，建立和完善因材施教、因需施教的課程體系和教學內容、靈活多元化的評價機制以及學生管理監督制度。通過這種培養方式，學生能真正實現與不同類別的職業崗位（群）進行“無縫對接”，實現學生、企業、學校共贏的結果。

采用“師帶徒”的方式，由企業工程師、學校專業教師共同帶領自動化專業學生完成實訓室的安裝調試，共建信捷實訓室。信捷電氣班同學分組進入實訓室安裝現場，向企業工程師和專業教師學習電氣安裝的工程規范、電氣設備的安裝技能和調試要點。學生在“做中學”，親自動手安裝調試實訓室設備，自動化專業素質得到了很大提升。

PLC與觸摸屏應用作為信捷電氣班的專業核心課，是在現代學徒制的背景下，基于信捷實訓室的條件，進行的項目化教學。本文主要介紹這門課程在項目化教學方面進行的一些探索。

二、項目選擇原則

項目的選擇必須符合以下原則：符合從易到難的認識規律、涵蓋的知識要全面、要緊密結合生產實際。下面進行具體介紹。

（一）符合從易到難的認識規律

PLC與觸摸屏應用是工廠電氣與PLC的后續課程。工廠電氣與PLC這門課主要講述了繼電器、接觸器、三菱FX2N系列PLC等的相關知識，使學生認識了GX-Developer編程軟件，并能夠運用指令、梯形圖或SFC來進行PLC的編程。PLC與觸摸屏應用主要是在學生學過三菱PLC之后，學習信捷PLC的相關知識，通過學習，了解信捷PLC與三菱PLC的異同點，會用信捷PLC進行設計和編程，認識步進電機、伺服電機、觸摸屏等信捷產品，為后續走上工作崗位奠定基礎。

（二）涵蓋的知識要全面

PLC與觸摸屏應用這門課的主要內容包括信捷PLC 的開關量及順序控制、PLC 控制步進系統、模擬量控制和PID控制、用觸摸屏控制變頻器運行、用觸摸屏控制溫度系統、交流伺服控制系統、網絡控制系統等等，內容豐富全面。

（三）緊密結合生產實際

PLC與觸摸屏應用這門課主要是學習信捷PLC及其它產品的應用，學習的內容都是信捷的產品，緊密結合生產實際，相當于學生在學校就進行了培訓，工作后可以很快上手。

三、具體項目內容

本文以PLC控制步進系統、變頻器的運行和交流伺服控制系統這三個教學過程中的典型案例進行介紹。

（一）PLC控制步進系統

將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件稱之為步進電機。在未超載的情況下，脈沖信號的頻率和脈沖數決定了電機的轉速和停止的位置。脈沖信號一般是指周期性的方波信號。

脈沖信號一般由單片機或PLC產生。控制器是指產生脈沖信號的裝置及人機界面等輔助部分。但是，由于控制器產生的脈沖信號，其驅動能力是非常有限的，不能直接驅動步進電機，故通常需要配合步進驅動器組成步進系統。圖1為整個步進系統的控制框圖。

圖1 步進系統控制框圖

圖2是信捷PLC、步進驅動器和步進電機的硬件連線圖。PLC發射脈沖信號給步進驅動器，步進驅動器驅動步進電機運轉。PLC的脈沖發射端口是Y0，脈沖方向端口是Y1，Y1為1和0的時候，步進電機的轉動方向剛好相反。

圖2 PLC、步進驅動器與步進電機的連線圖

（二）用觸摸屏控制變頻器運行

工業觸摸屏作為替代傳統控制按鈕和指示燈的智能化操作顯示終端，是通過觸摸式工業顯示器把人和機器連為一體的智能化界面，是一種人機交互方式。信捷TH765觸摸屏的編輯工具是TouchWin軟件。

變頻器是能夠改變交流電源頻率的一種設備，是一種理想的調速手段。它的五種運行方式按優先級依次為：點動運行、閉環運行、PLC運行、多段速運行和普通運行。

點動運行是指變頻器在停機狀態下，接到點動運行命令后，按點動頻率運行。當閉環運行有效參數P7.00=1時，變頻器將進入閉環運行模式。當PLC工程有效參數P8.00個位≠0時，變頻器將進入PLC運行模式，變頻器將按照預先設定的運行模式運行。通過多功能端子可以使閉環運行方式和PLC運行方式失效，并切換為較低級別的運行方式。通過多功能端子的非零組合，選擇多段頻率進行多段速運行的方式稱之為多段速度運行。普通運行是指通用變頻器的簡單開環運行方式。以上五種運行方式中，除“點動運行”外都可設定多種頻率運行。

通過在觸摸屏上更改設定頻率及運行命令控制變頻器運行的控制方案大體來說有兩種。

（1）圖3是用觸摸屏作為PLC的人機界面，用PLC來控制變頻器運行的控制框圖。由于PLC控制變頻器的方式多種多樣，所以此控制方案幾乎能實現所有功能。

圖3 觸摸屏+PLC控制變頻器控制框圖

（2）圖4是直接用觸摸屏與變頻器通訊，觸摸屏直接控制變頻器的控制框圖。這種方案功能相對單一，只能通過通訊實現變頻器的控制，但省去了PLC，適用于變頻器控制要求不高的場合。

圖4 觸摸屏控制變頻器控制框圖

（三）交流伺服控制系統

伺服系統的輸出變量通常是機械或位置的運動。實現執行機構對給定指令的準確跟蹤是它的根本任務，即輸入指令信號的變化規律能夠自動、連續、精確地通過輸出變量的某種狀態復現。圖5是伺服閉環系統框圖，由圖可以看出，伺服系統由控制器、伺服放大器、電動機、負載、旋轉編碼器、反饋測量裝置等部分組成。

圖5 伺服閉環系統框圖

從圖5可以看出，輸入給控制器PLC后，PLC發命令（如脈沖個數，固定頻率的脈沖等）給伺服驅動器，伺服驅動器驅動伺服電機按命令執行，通過旋轉編碼器反饋電機的執行情況與接收到的命令進行對比并在內部進行調整，使其與接收到的命令一致，從而實現精確的定位。而負載的運動情況（位置、速度等）通過相應傳感器反饋到控制器輸入端與輸入命令進行比較，實現閉環控制。當然，伺服系統也可以是半閉環控制。

圖6是XC系列PLC、伺服驅動器和伺服電機的接線圖，伺服驅動器與伺服電機連接時，必須將驅動器上的端子與電機的U、V、W、PE一一對應，不可以交叉，否則將導致電機堵轉或飛轉。

圖6 PLC、伺服驅動器與伺服電機的連線圖

四、結論

本文進行了現代學徒制下PLC與觸摸屏應用課程的項目化教學探索，介紹了項目選擇的基本原則和三個典型案例。