PLC电工实训装置控制系统设计

摘要：以矿井提升绞车为模型，设计了一个基于PLC的电工实训装置，从功能上讲，主要由提升绞车模型、PLC电气控制系统、变频器变频调速系统、触摸屏监控系统组成。给出了系统方案，设计了PLC控制系统、信号检测电路和变频器控制电路。该实训装置突出“工矿”特色，既包括各种电气控制技术的基础实践训练，又包括多种电工技术的综合性实践训练。

关键词：电工实训装置；提升绞车模型；PLC；变频器

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）31-7145-03

高等学校的根本任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，也是面向21世纪适应经济与社会发展的必然要求。电工实习是工科院校一门重要的实践性课程，它的主要任务就是培养学生在电工方面的操作技能和解决实际问题的能力。随着社会经济和科学技术的发展，电工实习在培养合格人才过程中所起的作用越来越受到重视。但目前一些高校的电工实训装置要么结构简单、技术落后，要么系统复杂，占用大量资金和场地。这些问题极大地限制了高等院校实训基地的建设，不利于学校的发展，也不利于学生实训技能和创新能力的培养，已经不能满足当前电工实习的需要[1] [2]。

本文以矿井提升绞车为模型，设计了一个基于PLC控制的电工实训装置，主要由提升绞车模型、PLC控制系统、变频器变频调速系统、触摸屏监测系统组成。该实训装置面向当今电工应用技术，突出“工矿”特色，既包括各种电气控制技术的基础实践训练，又包括复合多种电工技术的综合性实践训练。系统结构设计支持开放式实践教学和设计型实践开发，特别适合当今教育教学改革对创新能力培养的要求，也可以作为相关专业的课程设计、生产实习、毕业实习的实践性平台。

1 矿井提升绞车电控系统实训装置方案设计

为了突出“工矿”特色，满足电工实训的应用需求，“矿井提升绞车电控系统”实训装置由提升绞车模型、操作台、电气控制柜等部分组成，系统原理图如图1所示。

1）提升绞车模型。设计制作了“竖井普通罐笼提升系统模型”，以该模型作为电控系统控制对象，包括提升绞车、天轮、井架、井筒模型等基本部件。提升绞车采用单绳缠绕式，该类型提升绞车在我国矿井提升中占有很大比重。其工作原理是把钢丝绳的一端固定并缠绕在提升绞车的滚筒上，另一端绕过井架上的天轮悬挂提升容器，利用滚筒转动方向的不同，将钢丝绳缠上或放出，完成提升或下放重物的任务[3-5]。

2）PLC控制系统。PLC采用欧姆龙CP1H系列，安装在操作台内。操作台上面板包含触摸屏、电压表、电流表、频率表、提升指示、下降指示、运行状态指示灯；下面板包含操作按钮及主令开关；PLC、开关电源、继电器、接线端子安装在操作台内部框架主体正面。PLC根据控制命令，检测提升绞车运行的速度及位置信号，利用变频器实现提升绞车的速度控制及停车控制。系统具有自动、手动工作方式，并可方便的转换；以满足不同实训要求。

3）变频调速系统。调速系统采用安川变频器，该变频器性能优越。通过PLC给变频器发送控制信号（正转、反转、多段速等），即可控制提升绞车按照设定的速度曲线运行，满足提升阶段（如加速、减速、等速、爬行等）稳定运行的要求。变频调速装置本身具有过压、欠压、过流、过负荷、缺相等保护，同时配合来自现场的各种传感器信号，可实现绞车过卷、过速等重要保护功能。

4）触摸屏监测系统。利用触摸屏监测提升绞车运行数据。以动画、曲线、图表的方式显示提升绞车运行状态。

2 PLC控制系统设计

本设计采用欧姆龙CP1H型PLC作为主控单元，根据系统所实现的功能，PLC的输入点包括自动/手动切换、用来检测速度的编码器信号、位置检测信号等，输出点包括对变频器的控制信号、运动状态的指示信号等[6] [7]。PLC的接线图如图2所示。

5 结束语

本实训装置电控系统采用PLC作为主控单元，利用变频器实现了提升绞车全数字自动控制。提升绞车电控系统实训装置突出“工矿”特色，既包括各种电气控制技术的基础实践训练，又包括复合多种电工技术的综合性实践训练。系统结构设计支持开放式实践教学和设计型实践开发，特别适合当今教育教学改革对创新能力培养的要求，可作为电工实训装置，也可以作为相关专业的课程设计、专业设计、生产实习、毕业实习的实践性平台。该套实训装置技术先进，特色鲜明，设计新颖，可满足不同实训要求。

参考文献：

[1] 徐长英，张永.《电工实实训》教学改革探索与实践[J].电脑知识与技术，2010，6（7）：1673-1675.

[2] 秦雄志. PLC综合实验台的研制与应用[J]. 机电工程技术，2010，39（1）：89-91.

[3] 郝俊青，张煜潇，刘宏伟. PLC在电工实习中的应用[J].科技情报开发与经济，2009，19（4）：188-190.

[4] 卢燕. 矿井提升绞车电力拖动与控制[M]. 北京：冶金工业出版社，2001.

[5] 张红岩. 可编程控制器在交流提升绞车电控中的应用[J].中州煤炭，2005（4）：8-9.

[6] 廖家平，孔德鹏. 煤矿提升绞车自控系统设计[J].电工技术，2005（3）：27-29.

[7] 宋晓娜，郑军，高宁. PLC联网技术引入电工实训教学的探索[J]. 科技信息（科学·教研），2008（6）：255.

[8] 王永华，陈玉国. 现代电气控制及PLC应用技术[M]. 北京：航空航天大学出版社，2003.

[9] 叶予光. 基于PLC技术的矿井提升绞车电控系统[J]. 机电一体化，2004（6）：69-70.

[10] 李荣生，宋平. 基于变频器控制的矿井提升机系统[J]. 工矿自动化，2008（6）：128-129.