任务驱动式教学的应用

任务驱动式教学的应用

邓丽芳

邓丽芳（南宁高级技工学校广西南宁530031）

【摘要】以职业活动为导向的任务驱动式教学模式，是当今教学改革的一项重要内容，结合目前大功率电动机用自耦变压器降压起动的方法，从经济、可靠的角度考虑，提出用PLC来实现一台自耦变压器分时起动多台电动机，给出系统主回路和控制电路接线图、PLC部分主要程序，并具体阐述了其实现方法。

【关键词】教学改革；任务驱动式教学；PLC；自耦变压器；电动机降压起动

创新是技工教育和职业培训永恒的主题。教学改革的其中一个内容就是以任务驱动的形式开展教学，以职业活动为导向，在真实的工作情景中，通过完成一个实际而又具体的任务，让学生运用已学的基本知识去分析、解决实际问题，达到学以致用的目的，提高学生的学习积极性和综合职业能力，勇于创新，使教学活动具有针对性、实用性和可操作性。

PLC是以自动控制技术、微型计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，它是电子技术、计算机技术与继电逻辑自动控制系统相结合的产物，以其灵活性、通用性、可靠性高等特点广泛应用于各个领域，特别是在工业生产自动控制方面具有独特的优势。熟悉掌握和应用PLC去解决生产实践中存在的实际问题是新一代技术工人的要求。

对电工自动化专业的学生，在学生学习了电力拖动基本控制线路、PLC基础知识和基本指令以后，提出任务：用PLC来实现一台自耦变压器分时起动多台电动机。

1．任务描述

对于30KW以上较大功率的三相鼠笼型交流异步电动机，目前大多采用的是自耦变压器降压起动。在有多台电动机工作的场合（比如电厂供水系统中的水泵房），常用的起动方法是对每台电动机用一台自耦变压器进行降压起动，这样做的话，有几台电动机就需要有几台自耦变压器及相应的降压起动控制电路柜，不但增加了投入的成本，占地面积也很大（自耦变压器体积大），而且还使电路变得复杂，增大了维护工作量。因为这些电动机的起动并不要求同时进行，每台电动机的启动时间仅几秒到十几秒钟时间，电动机正常运行后，对应的自耦变压器就会被切除，失去了作用。所以，从经济、可靠的角度考虑，提出用PLC来实现：一台自耦变压器分时起动多台电动机。

2．电路要面临和解决的问题

一般情况下，用一台自耦变压器起动多台电动机应满足如下电气控制要求：

2．1某一台电动机起动时，应该使这台电动机首先与自耦变压器连接进行降压起动，而不能有全压起动的可能性。

2．2在某一台电动机自耦变压器降压起动过程中，应确保不能影响其他正在运行的电动机，并且与其他电动机降压起动能进行互锁，即不能有两台及以上的电动机同时进行降压起动。

2．3电动机起动结束后，通过软件定时器或时间继电器先暂时断开电动机电源，使自耦变压器处于空载状态时再将其切除，以减少触头电弧，提高使用寿命，最后再将电动机接交流电源，让其全压运行。

2．4电路可靠性要尽量高，以防止误操作及故障而产生的危害，安全性要高，灵活性要好，对电动机要有必要的保护，如短路保护、过载保护、失压与欠压保护等。

2．5电路应尽可能简单，以减少接点的数量，并要求能用普通型号的接触器、继电器接线。

3．电路设计与实施

通过多次实践，用一台自耦变压器分时控制多台电动机降压起动是切实可行的。现以三台电动机为例给出其系统主回路和控制电路接线图，以及PLC部分主要程序，并阐述其实现方法。

3．1主电路组成。主电路原理图如图1所示。主电路由一台自耦变压器、7只交流接触器、5只隔离开关、4组熔断器和3只热继电器组成。图1中KM0控制自耦变压器与电源的通断，KM1、KM2、KM3分别控制各电动机与自耦变压器的通断，KM11、KM12、KM13分别控制各台电动机与电源的通断，FU0、FU1、FU2、FU3分别是自耦变压器和各台电动机的短路保护，FR1、FR2、FR3分别实现对三台电动机的过载保护。

3．2控制电路组成。3台电动机的起动和停止，由三菱FX1N系列微型可编程序控制器进行控制。选用FX1N—24MR即可完成控制功能，该PLC本身自带14个数字量输入点和10个数字量输出点（AC/DC继电器输出型），并且本身可提供24V直流电源，该PLC输出继电器在AC250V以下的电流电压可驱动纯电阻负载2A/1点，对于本例可以直接驱动接触器的线圈。根据实际输入输出点数要求无需扩展I/O模块。PLC的输入输出接点的分配和外部接线图如图2所示。在图2中SB1～SB3分别为3台电动机的起动按钮，SB11～SB33分别为3台电动机的停止按钮，SB0为故障复位按钮，FR1～FR3为3台电动机的过载保护输入接点，当电动机发生过载时，热继电器对应的常开接点FR1～FR3闭合，将故障信号送给PLC，进行相应的动作保护。在PLC的输出端，对每个继电器线圈都进行了相应的互锁，以满足上述的控制要求（1）和（2）。由于接触器的辅助触头是有限的，当起动电动机数目较多时，需用中间继电器与主接触器并联使用（如图中的KA1～KA3），以满足硬件互锁所需的触头数目。同时，在PLC内部程序设计中，也将进行必要的软件互锁，以实现“双重保护”。另外，输出点Y7端接了故障报警灯，一旦某台电动机在设定的时间内没有切除，则PLC内部控制切断KM0线圈电源，使自耦变压器断电，同时报警灯HL亮，以提醒操作人员采取必要的措施。按下复位按钮SB0，报警灯灭。

3．3程序控制。该例子采用梯形图编程，其起动和停止控制以及起动故障的报警程序如图3所示。其中T1、T2、T3是分辨率为100ms的定时器，本例中设定起动时间为7S，即起动7秒钟之后被起动的电动机将自动切换到全压运行，当然，实际应用中也可根据各台电动机的工作情况另行调整起动时间。报警部分的程序以1#电动机为例说明：用定时器的常开接点T1与相应的起动控制输出继电器Y1（它相当于KM1）的常开接点串联，当定时7S时间到，T1触点闭合，如果Y1线圈没有断电（Y1常开触点仍闭合），这说明起动结束，但起动装置未能切除，此时对输出端Y7置位，即将报警灯点亮，以提示操作人员产生故障，与此同时使输出继电器Y6复位，将自耦变压器与电源开关KM0断电，以避免事故发生。按下SB0之后，则报警灯HL被复位熄灭。对于其他电动机的控制与此类似，在此不再赘述。

4．实施情况及效果

该控制原理及线路经过多次实践应用，各台电动机均能正常起动和运行，从未出现任何故障。电路中只用一台自耦变压器就能够控制多台电动机的单独起动，而且各台电动机正常运行中，只有一只交流接触器参与工作，长期运行时节电效果显著，改造后的故障率远比改造前的故障率低，特别是只用一台自耦变压器，大大降低了投资成本和占地面积。可见改造后的设备从经济性、可靠性和稳定性等，都得到了

改善，该控制原理和线路在理论上是有依据的，实践是可行的，成果是有效的。

该控制原理对企业具有很大的推广应用价值，特别是随着电动机软起动器的日益普及，该方法同样适合于同一台软起动器起动多台电动机的场合。应用这种方法，可以很容易的画出一台自耦变压器起动多台电动机的控制电路。需要指出的是，由于自耦变压器的线圈是按短时工作而设计的，一般只允许连续起动2～3次，再次起动需将其冷却之后才能进行。当一台自耦变压器起动较多台电动机时，起动次数相对频繁，所以它的容量不仅要根据电动机的最大起动负荷和起动时间来考虑，而且要考虑到起动的频繁程度，一般采用较大一级的自耦变压器。

学生通过完成本任务（课题），对所学的电力拖动基本控制线路、PLC基础知识和基本指令得到了进一步领会和巩固，学会用科学的观点分析和解决工作中遇到的实际问题，让学生不仅掌握怎么做的的要领，还教给学生为什么这样做的道理，培养了学生良好的思想品德和职业道德,有强列的安全意识，服务意识，成本意识，能够制定初步的工作计划并组织实施和评估，学会关注电工、电子行业的最新技术发展，不断学习新知识、新技能并应用到工作中解决实际问题，勇于创新，大大提高了学生的综合职业能力，激发出来的职业成就感，使同学们建立了久违的自信心，学习积极性高涨，取得良好的教学效果。

参考文献

[1]《可编程序控制器及其应用》中国劳动社会保障出版社2001

[2]《电力拖动控制线路》中国劳动出版社1994