时间：2022-06-06 13:26:26
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1泡沫系统
泡沫成分如图1所示，泡沫系统流体原理如图2所示。泡沫由泡沫原液、水和空气3部分组成。在泡沫系统运行中，操作手通过改变泡沫各成分的比例来满足不同土质的改良需求，以达到最佳的改良效果。泡沫系统由泡沫原液泵、泡沫混合液泵、泡沫原液箱、泡沫混合液箱、泡沫水管路、泡沫混合液管路、空气管路、泡沫发生器和电气系统等部件组成。泡沫电气系统包括电气硬件和软件，系统主要包括控制元件、电控执行机构、PLC控制部分和上位机。其中，电控执行机构是泡沫各管路的动力来源；PLC控制部分是整个系统的中枢神经，可为设备提供必要的连锁与警示；上位机是操作手的操作平台，负责将操作手的各种操作指令传达给PLC，并将PLC采集到的信息反馈给操作手作为操作依据。
2电气硬件系统设计
2．1泡沫系统的供电系统结构泡沫系统采用三相380VAC电源进行供电，电源的分配如图3所示。设备利用控制变压器将部分380VAC变为220VAC，供接触器、温控器和散热风扇使用。泡沫原液泵和泡沫混合液泵的功率分别为075kW和3kW，为了精确控制泡沫原液和混合液的流量，2种泵均采用变频器控制。设备选用了西门子6SE6440－2UD21－1AA1380V－11kW和6SE6440－2UD24－0BA1380V－4kW2种变频器。泡沫原液泵和混合液泵选用变频电机，电机风扇独立供电，由GV2M06C进行短路及过载保护，直流接触器LP1K0910BD控制其通断。混合液搅拌器由1台075kW的三相电机直接驱动，由电机断路器GV2－M07C进行短路和过载保护，接触器LC1－D09M7C控制其通断。泡沫混合液经过搅拌器的搅拌后混合将更加均匀，发泡效果将更加理想。三相动力线同时给控制线路供电，使用DRT－960－24将三相电源转换为24V直流电，为PLC、传感器、电磁阀等的控制提供电力来源。
2.2泡沫系统PLC硬件设计根据泡沫系统的控制特点和盾构机的PLC网络要求，系统采用三菱PLCQ02U进行本地的数据采集、逻辑运算以及数据输出，采用三菱H网络与盾构机其他PLC进行数据交流，利用以太网网络与泡沫系统上位机进行信息交换。在进行PLC硬件配置时，各功能模块可以根据用户习惯任意搭配顺序，使其应用更加灵活方便［4－5］。系统采用了1块16点的数字量输入模块、1块16点的数字量输出模块、1块8通道的模拟量输入模块和1块4通道的模拟量输出模块作为本地控制柜的输入输出模块［6］。数字量输入模块主要用于采集断路器和变频器的反馈信息，数字量输出模块主要用于控制接触器和中间继电器，模拟量输入模块用来采集传感器的反馈信号，模拟量输出模块用来控制变频器的运行频率，进而实现对螺杆泵的调试。系统选用以太网模块QJ71E71－100同上位机通讯，选用H网模块QJ71BR11跟盾构机其他PLC通讯。
2.3泡沫系统上位机设计本系统上位机选用研祥工业电脑PPC－1561，在工业电脑上安装三菱OPC软件［7］，从而实现工业电脑与PLC的数据交换。上位机操作界面分为泡沫控制和泡沫参数设置2个操作区域。泡沫控制区域可选择需要操作的泡沫管路及控制方式，同时，控制泡沫系统的启动和停止。泡沫参数设置区域可对泡沫运行时的各控制参数（如泡沫原液比、发泡率等）进行设置。上位机设有报警界面，当泡沫系统出现故障时，该界面可显示出相应的故障信息，方便操作司机进行故障排除。
3控制系统软件设计
3.1泡沫系统控制流程泡沫系统正常运行的前提是建立在断路器及变频器正常运行的基础上。当泡沫系统各硬件一切正常后，首先进行泡沫各系统公用参数的设置，然后选择控制方式并设置与控制方式相匹配的控制参数，最后选择需要注入的泡沫管路并按下启动按钮。泡沫系统分为手动控制、半自动控制和自动控制3种控制方式。手动控制就是操作手可以根据需要对各管路的泡沫混合液流量和空气流量进行自主调节。半自动控制是泡沫系统运行后，PLC根据各路设定的泡沫混合液流量和发泡比控制泡沫系统的注入。自动控制在掘进时才能运行，PLC根据推进速度自动控制泡沫系统的注入。泡沫系统开始运行时，PLC首先检测泡沫混合液箱的液位开关，当出现低液位报警时，泡沫水管气动阀打开且泡沫原液泵运行。在泡沫水管路上安装流量计，PLC根据水的流量和上位机设置值进行泡沫原液流量计算，然后通过控制泡沫原液泵的变频器进而控制泡沫原液流量，使泡沫混合液按设定的混合比进行混合。在泡沫原液泵运行的同时，位于泡沫混合液箱的搅拌器开始工作，将泡沫混合液充分搅拌。当混合液箱高液位开关动作时，泡沫原液泵停止且泡沫水管气动阀关闭，同时PLC开始计时，5min后泡沫混合液箱搅拌器停止工作。当泡沫混合液箱液位正常且泡沫注入开始按钮被按下后，泡沫混合液泵运行，同时空气管路的电动调节阀也开始工作。PLC根据不同的控制模式计算泡沫混合液的流量值，然后对泡沫混合液变频器进行调节，进而控制泡沫混合液的流量；与此同时，PLC将空气流量的检测值和计算值进行比较，进而控制电动调节阀的打开和关闭。在电动调节阀的运算控制中引用PID控制，从而得到更加稳定的空气流量。在泡沫混合液管路中安装压力传感器，当压力检测值高于设定值时，泡沫系统停止工作且进行系统报警，操作手根据具体情况进行相应处理。
3.2程序设计程序设计采用梯形图设计，利用三菱GXDeveloper软件进行PLC编程。梯形图编程简单明了，具有良好的可读性和可维护性。梯形图的编程设计入门简单，对操作人员进行简单培训即可进行常规操作，方便操作人员对系统故障的诊断和排除［8－10］。在程序设计中，利用工业电脑采集到的启停信号及相关的控制选择信息配合控制回路中反馈的安全信号做出条件判断。当满足运行条件时，给出正常的运行提示，同时进行泡沫注入的控制输出；当不满足运行条件时，将无法进行泡沫注入操作，同时报警程序运行，并在工业电脑上给出故障提示，故障清除后报警信息才能消失。满足运行条件后，PLC首先采集工业电脑输入的控制信息，利用不同模式下泡沫系统的计算公式计算泡沫各成分的流量值；然后，通过调节变频器输出频率调节泡沫原液泵及泡沫混合液泵的流量，达到泡沫各成分精确控制的目的。为了更好地调节泡沫系统，在泡沫各管路中设置流量计，实时监控泡沫各成分流量值，并将流量反馈信号与其流量计算值进行比较，实时校验，进一步提高泡沫系统的控制精度。
3.3故障处理对系统运行过程中检测到的故障进行收集，故障报警检修人员可以直观地通过报警信号对故障进行处理。
在过流继电器进行整定时，关键的组成部分为电路开关、电流发生器、整流器、测试电流表、单相交流低压电源、毫伏表，在电路运行中，过流继电器可以充分发挥各项保护功能，比如过压保护、欠压保护、过流保护等。在过流继电器运行之前，对于三相电流的流过值应该提前设置，一旦三相电流出现故障，整个继电保护装置都会处于故障状态之下，在故障情形下，显示屏会将电流流过值显示出来，可以通过人工干预和延时设置方式对这一状态进行改变，在电流变化的情形下，继电保护器可以给予修改，对跳闸实施延时操作；如果在线路运行过程中，电压一直处于较高状态，继电保护装置就会启动过压保护功能，实施相应的保护措施，此外还会启动报警方式，比如闪灯、警告音等，如果继电保护器发生故障，在液晶显示屏上，电压值变化情况也会显示出来，此时可以通过人工干预和延时设置等方案对这一问题进行改善；在设备大的运行过程中，如果电压一直处于偏低状态，继电保护器开启的保护模式为欠压保护功能，当故障状态恢复正常后，此种保护功能可以实现实时关闭，自动退出故障状态。在过流继电器实施整定的过程中，首先应该进行通电试验，在完全断开高速开关的情形下，实施升压试验与降压试验，对电力电压的整定情况给予密切观察，一旦电压处于稳定状态，整定工作便可以立即开展，在实际整定过程中，对于相关检验装置的变化情况应该仔细观察，比如毫伏表、电压表、电流表等，相关数据的变化情况应该给予及时记录，通过此操作，不仅能使系统的稳定性得到提升，还能营造一个安全的作业环境，让操作人员放心、有效的开展工作。
2过压继电器的整定方式
在过压继电器实施整定操作时，关键的构成部分为单相调压器、倍压整流型电压发生器、测试电压表、单相交流低压电源、电路开关等，可以对不同状态的故障实施保护，比如动态断相、静态断相、欠压、错相、电压不平衡以及过压等内容。在电气设备运行过程中，如果出现断相问题，此时开展的保护措施为动态断相保护；在设备处于非工作状态时，一旦出现断相问题，此时开展保护措施为静态错相保护功能；在线路运行过程中，如果电压一直处于偏高状态，可以实施过压保护；当三相电压出现不平衡问题时，电压不平衡的保护模式会立即启动，有效的改善这一故障；在线路运行过程中，出现错误电源输入的情况下，可以启动错相保护措施；一般在线路运行都提前设有预设电压，如果线路电压处于较低状态，可以开启欠压保护，是一种有效的保护方式。在过压继电器实施整定过程时，首先应该进行初次通电试验，在具体的试验过程中，应该将高速开关断开，在继电保护器的基础上，有针对性的开展整定电路，进而实施降压试验，在试验过程中，对于压升与压降的情形应该给予密切观察，是否有异常情况存在，当压升与压降恢复到正常范围后，可以立即合上告诉开关。当合上高速开关后，接下来对过压继电器进行再次整定。在实施整定过程时，对于电压表的指示情况、过压继电器动作应该实时密切观察，对各种情况给予严格记录，所有操作完成后，再对过压继电器进行调整。在电路运行过程中，对于保护对象，继电保护器可以实时监控和判别，针对具体的异常情况，比如警告信号、动作信号等，选择必要的断路方法，迅速自动切断有异常表现的设备元件，实现故障的有效恢复，起到隔离的作用和保护作用，促进电气设备的安全、稳定运行。
3结束语
工作过程导向的课程是以职业工作的岗位能力作为课程培养的核心内容及目标，这与传统基于知识体系的课程有着本质的区别，其课程的内涵也有着自己显著的特征.基于工作过程导向的课程其内涵包括三个方面：教学目标、教学内容、教学组织.(1)教学目标：将职业核心能力的习得作为课程的主要教学目标.工作过程导向的课程定位与目标就与传统课程有着本质区别，工作过程导向的课程其本质目的是使学生通过课程的学习获得从事某一职业必须具备的能力，也有文献称为职业行动能力.目前在职业教育中，虽然已经对这一目标取得了共识，但是很多教育工作者将职业能力等同为职业技能，这是不科学的.职业技能仅仅是从事某一职业岗位所需的具体操作能力，而职业能力是一个更加广义的范畴，包含情感能力、构思能力、反思能力等，明确这一区别对课程开发具有实践指导意义.(2)课程内容：将工作岗位能力的获得作为课程的主要教学内容.工作过程导向的课程在课程内容上区别于传统课程在于其教学的内容的选取是根据职业工作的需要来选取教学内容，而不是根据学科的知识结构来选取教学内容.根据这种方式来选取教学内容实际上对传统的理论知识进行了弱化，而与实践紧密相关的隐性知识的地位得到了加强.隐性知识无论是获得、表述还是传授难度都较显性知识要高，这是为职业教育工作者提出了挑战.更高层次的教育在于培养以及激发学生的自主获得隐性知识的习惯和能力，这对职业教育受教育者的职业生涯更加重要，也是目前职业教育工作者还较少关注的一个问题.(3)教学组织：将工作岗位的进阶作为课程内容安排的主要方式.课程教学的组织是课程建设中的一个重要方面，传统课程的教学组织是按照知识的逻辑关系进行组织，这显然与工作过程导向的课程所要实现的教学目标不相适应.职业特征是工作过程导向的课程核心，按照工作岗位的进阶来组织其教学就成为课程开发过程中所应该遵循的准则，其组织过程也是对原有知识体系结构进行分拆，进而根据工作行为的动态过程进行重构的过程.目前从事职业教育的工作者对知识体系的组织方式有着很大的思维惯性，这使得在工作过程导向的课程组织过程中常常难以达到“实至名归”的状态.总结工作过程导向课程内涵可以用图1表示其三个方面.
2工作过程导向的《电气控制与PLC》课程开发过程
《电气控制与PLC》作为一门职业岗位特征十分明显的课程，传统的知识系统型课程已经难以适应该课程的教学要求，迫切需要按照工作过程导向进行该课程的开发.根据此课程的特点，工作过程导向的《电气控制与PLC》课程开发过程如图2所示.在课程开发过程中，通过专任教师与不同合作对象的配合，使其能够与该课程对应的工作过程零距离，使所承担的教学活动能够培养出胜任工作岗位的合格工作者.(1)在岗位能力调研阶段，通过任课教师通过到企业与工程技术人员一起进行实地调研，明确《电气控制与PLC》所对应的工作岗位是维修电工，该工作岗位具体需要的核心技术能力为机电设备电气控制安装与维修.(2)在岗位任务分析阶段，任课教师与行业专家一起具体分析课程对应的维修电工岗位典型的工作的任务，也为课程内容选取和学习情景的构造积累素材和奠定基础.(3)在课程结构组织阶段，任课教师在职教专家的指导下对与本课程相关的其他课程进行整合，避免教学内容遗漏与重复.(4)在课程内容选取阶段，任课教师根据前面确定的岗位能力、岗位任务以及课程整合的结构，在岗位能手的协助下选取本课程具体的内容，同时也将学习情境构造完成.(5)在教学活动实施阶段，任课教师与学生在构造的学习情境下完成预定的教学任务.(6)在教学完成后，任课教师在教育专家的指导下对本课程的教学质量进行评估，并提出改进意见，促进今后的课程建设工作.
3结束语
在值班室内安装控制箱，当将鼓风机控制方式转到手动控制方式时，在控制箱可以控制鼓风机的启、停，并可以手动改变变频器运行频率，在生产比较稳定的情况时，手动输入变频器频率，风机云新稳定；控制箱上安装双回路数显表，显示鼓风机的运行状态，包括鼓风机的运行电流、运行频率。
2自动控制
当将鼓风机控制方式转到自动控制方式时，鼓风机启动后，鼓风机的运行频率根据调节池的液位变化自动调整变频器的运行频率；调节池液位达到高液位时，鼓风机在工频下运行，当调节池液位达到高液位以前，鼓风机运行频率随液位的变化而变化；为了保证3台变频控制的鼓风机同时自动控制运行频率一致，在液位显示控制仪表输出的4~20mA信号加装一拖二模拟信号隔离器，通过一拖二模拟信号隔离器将频率信号分别传输给每台鼓风机变频器；从而保证了三台风机变频器的运行频率的一致，保证生产稳定运行。系统图及控制箱原理图如图2所示。
3变频器的选型和技术特性
目前市场上变频器的种类较多，考虑到变频器的性价比及公司内部备品备件问题，我公司选用AB生产的PowerFlex750系列的PowerFlex753变频器，其功能强大，易于使用、灵活且适用于各种工业应用特点，维修方便。变频器具体参数为6脉冲，带直流端子；机柜为IP20，NEMA/UL，变频器功率为160kW，额定电压为400VAC；选用风机水泵类变频器；变频器的具体型号为：20F1NC302。变频器控制柜距离风机距离为60m，小于100米，因此没有选用出线电抗器。
4安装调试
为了保证公司生产稳定，3台鼓风机分开单独改造，一台机组改造成功以后，再着手进行另1台鼓风机改造，即保证了生产的稳定，又使鼓风机变频改造工作连续进行，安装调试一次成功。
5结语
教学程序设计的好坏，完全决定了该课程是否是遵循了项目化教学的特点，即如何实现“项目引领、任务驱动，讲、做、练一体化”为特点的项目化教学。本课程的教学以“充分发挥学生的主体作用为指导思想，培养学生的自主探究、自主发展的综合素质为目标，课程的各个教学情境按照“资讯一计划一决策一实施一检查一评价”的行动体系方式来组织教学。(l)课堂引入。即通过类比与对比的方法，援引生活当中的一些案例，让学生获得充分的感性认识，激发学生的学习兴趣。接着给出本项目的要求和目的，为学以致用，激发学生学习兴趣和自学埋下伏笔。(2)资讯讲授。其主要以课件及动画的演示并配合以适当的板书为主要的教学方法来进行讲授各个项目所涉及到的知识点，也即我们所说的“讲，，、“做，，、“练”一体化中老师的“讲”的过程。学生通过资讯的学习，来完成老师布置的项目任务，即我们所说的项目任务驱动法，这样学生能够学以致用，做到边学边练，激发了学生的学习兴趣。(3)项目决策。项目决策就是全组人员通过分析这个项目的具体的任务要求，来制定完成任务的路径与方法。通过该环节的练习，使得学生把所学到的知识全部联系起来，构成了一个整体，锻炼了学生的独立思考问题的能力，使得其综合应用能力得到了加强与提高。(4)项目计划。项目计划就是分析项目的具体的任务要求，通过信息查询、收集与整理、分析、总结等手段，来制定具体的工作进度表，通过该环节的学与练，锻炼了学生的项目管理的能力，使得其组织和实施项目的能力得到加强。学生的职业能力与素质、解决实际问题的能力得到了提高。(5)项目实施。通过资讯的讲授、决策的分析、计划的制定，接下来就是项目的实施，在项目实施过程中，完全体现了讲”、“做”、“练”一体化中学生的“做”和练的过程，在该教学环节中，学生作为主体，教师作为辅助者，完全体现了学生的主观能动性，项目实施的全部过程完全由学生自己独立来完成，老师只是起到了临时指导的作用，即当学生遇到难解的问题时，给与适当的启发与指导。这是一个学与做的过程。通过该环节的练习，锻炼了学生的动手能力，激发了学习的兴趣，培养了其创新及解决实际问题的能力。(6)项目检查。当项目实施完毕，还要经过最后一步:检查，检查可以通过自查、同学互查，最后教师检查来进行，通过检查可以发现一些未发现的错误，经过老师最后的检查，无误之后才可以进行通电调试运行，这样可以避免人身和设备造成不必要的损坏，确保项目最终成功调试、完成，通过本环节的练习，可以培养学生养成按照“电气工程操作规范”来进行操作的良好的习惯。(7)项目评价。每个项目采用单元式评价的方式，即以学习情境的工作任务为单元，从专业能力、方法能力及完成速度等方面，结合每个单元的评价标准，由老师给出每个项目的成绩。某单元评价标准如表所示:通过以上的教学程序，将教学目标、教学评价和教学过程组成一个有机的整体，促进了教学目标的实现，实现了学生的主动发展。
2教学方法
教学程序即课堂教学的组织方法，而教学方法即老师在上课过程中，所采取的具体的授课方式。我们改革了传统的教学方法，实施了教师与学生互动的交互性与灵活性的实践的教学方法，目的是突出学生在实践教学中的主体地位，调动其学习积极性，唤起学生对知识、能力的渴望与追求，具体的实施的教学方法如下:(l)理论与实践并轨教学法。即改革过去大班上课为小班上课，现在每个小班的人数为30人左右，把两个大班分成三个小班，把课堂搬进实验室，采用理论与实践并轨的教学法，使学生真正掌握这门课的精髓。通过几年的实践，效果明显。(2)分层递进式教学法。就是使学生由单元到系统，由简单到复杂，由浅入深、循循渐进地进行了实践教学。教师只提出设计要求，启发思路，学生自主设计，独立思考。(3)课外延伸式教学法。如果学生在课内时间没有按要求完成实践内容，必须在课余时间完成，才算整个课内实践内容完成，否则不能验收与签到。(4)巡回指导法。教师巡回指导，发现问题时，针对教学内容，具体问题具体分析，给予适时的启发与指导。(5)竞赛激励式教学法。在各个项目的实施过程当中，利用分组进行对比试验和竞赛，把比赛成绩作为单元考核的一部分，记入最终的学期总评成绩，目的是引导学生主动创新实践，激励学生勤于思考、勇于探索，团结协作。(队总结巩固法。根据各组任务的完成情况，分别归纳总结其注意事项，进一步提高学生对实际问题处理的方法和技巧。(7)层次分组法。教师将学生分组，按知识水平、操作技能将学生分为A、B、C三个层，然后组成2或3人为一组的协作小组，各组中分别包含A、B、C三个层的学生，这样可相互帮助，互相合作，集大家智慧去完成不同层次的任务。(8)层次指导法。即根据具体的项目任务的不同，老师指导学生的方法分为全指导法、半指导法和零指导法。全指导法即布置第一个项目任务的时候，即在任务的驱动下，由老师来启发、引导学生去完成任务，使学生明确了plc控制系统设计的步骤，学会了设计的过程。在下面的项目任务中，教师采取半指导法，学生尝试着独立来完成项目任务，其充分发挥了学生的主观能动性，使学生主动去触摸知识，探索知识，极大的调动了学习的积极性。在最后的项目研究报告中，采取零指导的方法，即整个项目任务包括项目决策、项目计划、项目的实施以及项目的最终检查等，全由学生通过小组讨论、交流来独立完成，其充分体现了教师为主导、学生为主体的原则，在实施过程中，完全体现了讲”、“做”、“练”一体化中学生的“做”和练的过程。
3教学手段
课程的教学要想获得最佳的教学效果，教学实施过程中还要辅以现代化的教学手段，在良好的教学程序设计下和恰当的教学方法的实施的前提下，再辅以现代化的教学手段来辅助教学，会使教学效果更上一层楼。本课程教学实施过程主要通过以下几个教学手段来实现:(l)多媒体课件的制作。采用信息技术教学手段，制作多媒体教学课件，以Flas的形式进行演示PLC系统的控制过程，图文并茂，提纲掣领，易于理解，有效地调动了学生的研究性和探索性学习的积极性。(2)数字化资源。我们自主开发了现代电气控制技术网络辅助教学平台，该网站包括教学指导、教学资源、课程标准、授课计划、教案、学习资源库、参考文献、授课录像等。可以和老师进行在线的交流与探讨，所有的教学资源可在网上浏览和下载，任何学生在任何时候、任何地方都能借助网络自主学习。(3)虚拟仿真教学。本课程在教学中采用了大量的虚拟仿真技术，利用三菱PLC仿真教学软件，学生可以在机房、宿舍、教室等地方进行三菱PLC指令的学习，加快了学习的进度，提高了学习的效率。(4)一体化实训室。我们把课堂建搬进实训室，利用实训室的多媒体教学设备、计算机网络教学资源和实验实训设备，使学生真正做到边学、边做、边练。(5)技能比赛。通过组织学生科技创新、维修电工大赛、PLC技术大赛、机电产品设计大赛等系列活动，丰富了学生课余生活，培养了学生的专业技能和创新能力。
4考核方案设计
模块化教学区别于传统的填鸭式教学的一个重要的特点就是完全废除传统的笔试考试模式，采取单元式评价与综合评价相结合的过程评价，建立了课程评价体系。《现代电气控制技术》课程以学习情境的工作任务为单元，从以「几个方面进行评价:(l)各个项目的完成情况。占学期总评成绩的25%，每个项目都有自己的评价标准，主要从系统的设计的态度、创新性、设计图纸、技术文件的整理等方面及操作的合理性、安全性、软件设计、安装工艺、调试、解决问题的能力、调试结果等方面进行考核。(2)平时成绩考核。占学期总评成绩的25ty0，通过课后作业、课堂讨论、课堂提问、课堂纪律的遵守情况及实训室规则遵守情况来考核。(3)项目研究报告完成情况考核。占学期总评成绩的20%，主要从书写是否认真、项目报告格式是否正确、是否独立完成、内容是否有错误等方面进行考核。(4)答辩。占学期总评成绩的30%，根据提交上来的研究报告，从回答内容是否准确、流利，有无错漏等方面考核。
5结论
随着PLC技术广泛应用于工业自动化领域，其在教学中的重视程度逐渐提高。因此，为了适应这一变化，应对PLC教学进行必要的教学内容改革，合理安排教学内容。强调教学理论与实训课程的结合。在内容上，减少理论教学或生涩的概念讲解。注重核心技术，如电路设计、工作原理的讲解。适当增加PLC实验和实践环节，增加实践环节的难度，以提高学生的动手能力，注重教学内容的创新，从而制定满足现代教学的教学大纲，提高教学效率。
（二）善于应用辅助手段，提高学生的感性认识
传统教学的主要问题在于不够直观，学生的兴趣较低。随着现代科技的发展，多媒体成为主要教学手段。作为与计算机有着紧密联系的PLC教学来说，应充分利用多媒体设备将教学生动化，利用视频、音频等多种方式激发学生的积极性，为学生提供更丰富的信息。当然，这并不意味着放弃传统的教学模式，而是应将两种模式合理结合起来。另外，教师应注重教学引导，做好教学准备，将难懂教学概念进行视频展示，使学生的感性认识得到提高。如在利用经验设计法进行电路设计时，就应实现传统教学与多媒体的结合，首先利用板书展示基本的教学内容和教学程序，然后根据需要利用多媒体进行图片等展示，使课堂节奏更加紧凑。
（三）丰富PLC教学方法
生产中要求实时检测钢丝绳张拉力，但由于测量传感器的检测范围所限，钢丝绳张拉力的检测是通过间接测量的方式得到的。在第一牵引轮与第二牵引轮之间安装了张拉力检测轮，用来检测运行中钢丝绳的张拉力。张拉力检测轮的支撑轴为轴销式压力传感器，钢丝绳经过检测轮形成夹角θ(补角为α，传感器安装角为α/2)，钢丝绳张拉时通过张拉力检测轮在传感器上产生合力，钢丝绳张拉力合力方向即为传感器检测力的方向，其受力示意图如图2所示。张拉力主要采用PID控制。根据张拉力设定值与传感器测量张拉力实际值的差值，通过PID运算，限幅后控制电机输出转矩，使钢丝绳张拉力达到设定值。但在实际运行中，为了使成绳机在启动加速阶段迅速建立张拉力，以及改变张拉力设定时快速达到设定值(建立或卸放张拉力)，则采用增量式和PID相结合的控制。在设定值与实际值差值大于3kN时，张拉力的调节采用增量式控制，即以固定的时间周期，连续地从零累加(减)一个固定值，并将累加结果作为第二牵引轮转矩给定。
2张拉力控制
张拉力是由第二牵引轮与第一牵引轮之间的转速差形成的，第二牵引轮的转速略大于第一牵引轮的转速。根据钢丝绳的直径、结构等不同，转速差也有一定的差别。为形成转速差，9/630在线预张拉成绳机采用的控制方式:第一牵引轮电机速度控制，第二牵引轮电机转矩控制。根据张拉力检测传感器测量数据，直接控制第二牵引轮电机输出转矩产生转速差，使2个牵引轮之间的钢丝绳张拉力达到设定值，张拉力控制原理如图3所示。随着张拉力实际值不断增加，当设定值与实际值差值≤3kN时，增量式控制的累加结果固定，张拉力的调节转换为PID控制进行微调，第二牵引轮转矩给定值为累加结果和PID输出的和值，调节后使张拉力平稳达到设定值，不超调，并且保证运行中张拉力变化在工艺要求的±2kN以内。
3电气控制系统
3．1控制系统构成
9/630在线预张拉成绳机的电气系统采用PLC、现场总线控制，其网络拓扑如图4所示。网络控制系统由1个PLC主站、1个PLC现场IO站、人机界面及4台变频器联网构成，各个通讯站点通过Profibus－DP现场总线进行数据交换。Profibus－DP现场总线最高传输速率能达到12Mbps，但由于此系统通讯距离较长、现场强电干扰源较多，为了保证通讯正常可靠，系统现场总线的通讯速率选定为1．5Mbps［3］。
3．2主要元器件功能
PLC选用西门子S7－300系列，CPU为313C－2DP，该CPU集成Profibus－DP通讯接口，作为整个网络的主站。由于现场信号与配电室距离较远，网络中配置现场IO站，现场信号、传感器信号、操作控制等信号通过现场IO站传入PLC主站进行逻辑运算以及数据处理，处理结果通过Profibus－DP现场总线发送指令到各个变频器控制相应的运行状态［4］。人机界面安装在现场操作台上，其接入Profibus－DP现场总线，显示设备运行状态、各运行参数的实时数值，便于操作人员清楚了解设备状况及工艺参数，并且通过人机界面，操作人员随时对运行参数进行设置。控制系统中，张拉力检测轮上的传感器决定着张拉力控制的效果及精度，设计选型上采用轴销式压力传感器，其型号为ZX－2T，输出0～20mA模拟量信号，传感器信号通过PLC现场IO站的模拟量模块采集张拉力信号到PLC，PLC进行数据运算控制钢丝绳张拉力达到设定数值。9/630在线预张拉成绳机的运行要求动态响应好、力矩精度高，所以在变频器的选型上要求较高，为此变频器选用施耐德公司ATV71系列变频器［5］。主机电机为速度控制模式，电机端部的旋转编码器反馈信号接入变频器，形成速度闭环控制，使电机的速度精度达到额定速度的±0．01%，保证运行时速度平稳。第二牵引轮电机为转矩控制模式，同样安装旋转编码器，反馈信号接入变频器形成速度闭环控制，使转矩的控制精度达到±5%，有效地保证运行时的张拉力精确、平稳。收线机卷绕控制采用电机转矩控制模式，电机旋转编码器反馈信号接入变频器形成速度闭环控制，提高转矩精度，通过PLC进行卷径等计算，实现恒张力收线［6］。
3．3共直流母线应用
成绳机运行时需要改变运转速度。由于主机存在很大的惯性，在其降速过程中，能量回馈到变频器直流母线，直流母线电压升高，达到一定数值后，制动单元动作，回馈能量消耗在制动电阻上;又由于直流母线电压波动，导致直流母线上的电容频繁充放电，电容使用寿命受到很大影响，严重时还会导致电容爆炸、变频器损坏。为此，9/630在线预张拉成绳机采用了变频器共直流母线技术，如图5所示。实现把焊丝紧压在测速轮上的同时，完成断线检测功能。当断线时此装置会压下1个线径的移动量产生位移，位移触动接近开关会产生信号进行反馈。
3．4放线机设计
放线机驱动部分采用交流变频电机通过一级皮带传动带动工字轮旋转，完成放线功能。放线主传动为一级皮带传动，按恒线速8m/s，埋弧焊丝一般采用h800工字轮，确定速比i=2．8，小皮带轮直径D1=140mm，大皮带轮直径D2=392mm。设定加减速时间为10s，根据8m/s恒线速和速比，进行电机选型，最终确定选用6极11kW电机作为放线电机。按公式f=Pn/60计算出最高转速时电机运行频率为48Hz，最低为24．6Hz，电机处于恒转矩运行状态，其中P=3为6极电机极对数。
3．5电控系统
整机电气系统由可编程控制器、交流变频器、人机界面、通讯等控制完成。收线机整机线速度可调，可保证恒线速8m/s高速运行。放线机为恒张力放线。在层绕过程中，放线机由满轮到空轮，直径由大变小，张力大小根据放线工字轮轮径大小自动调整。同时通过卷径计算，实现线速度跟踪，以保证焊丝张力基本恒定。
4结语
跟传统的液压注塑机相比较，广数精密全电动注塑机的最大优势在于采用了伺服电机进行电气控制。由于创新地采用了伺服电机，广数精密全电动注塑机每一个注塑成型环节都可以长时间进行高精度控制，不但比传统的液压驱动节省五至七成的耗电量，而且还节省了液压油以及冷却水的成本。在注射速度方面，传统的液压式注塑机利用蓄能器技术能够达到较快的注射速度，但是由于受到液压阀及蓄能器动作特性的限制，不能达到较低的注射速度。而伺服电机的速度控制特性比较好，从极低到极高的速度都可以加以控制，具有较广泛的速度适应范围。图2所示的是传统液压式注塑机液压伺服系统与广数精密全电动注塑机电气伺服系统的对比图。从图中可看出，广数精密全电动注塑机电气伺服系统里的伺服电动机相当于传统液压传动装置里的动力源油泵，而且还直接起着液压伺服阀以及执行元件（即油缸）的作用，因此其注射速度相应较快，精度也较高。
2广数精密全电动注塑机的电气控制
2.1工作原理
广数精密全电动注塑机采用的是公司自主研究开发的GSK6000控制系统，该系统集注塑行业先进生产工艺控制方法之大成，实现高效、节能以及环保的三大注塑理念。广数精密全电动注塑机的工作原理是充分利用塑料热塑性，通过伺服电机控制塑料的加热融化及其流入模腔的速度，再经过保压及冷却阶段即可成型为形状各异的塑料制品。在加工产品的时候，首先计量加料，经过加热使原料熔融塑化，然后施加高压注射到合好的模具里面，再经过一段时间的保压和冷却后开模，最后顶出制品即可完成整个产品注塑成型的过程。
2.2伺服单元的特性要求
广数精密全电动注塑机的注射性能在非常大的程度上依赖于伺服控制系统精密、稳定的特性，要求伺服系统具备如下四方面特性。2.2.1精度高。为保证制品可以满足精密注射成型的要求，伺服控制系统必须具备高质量以及高稳定性，务求令射胶等动作具备非常高的精度。所以，不但要求伺服单元在位置控制方面定位精度高，而且要求在速度控制方面提供高精度调速。2.2.2响应快。为使结构复杂的制品注塑成型，常需进行多级注射。要确保执行机构根据预设要求严格切换成形参数，不但要求伺服控制系统定位精度高，同时也要求其具备快速响应的良好特性，能够很快地响应跟踪指令信号。2.2.3调速范围广。无论是注射过程还是锁模过程，执行机构都被要求在比较广的速度范围内运作。例如在驱动模板进行合模的过程中，为保护模具的安全，锁模机构需要从移模阶段的高速度切换到即将闭紧模具时的低速度，由此要求驱动锁模机构运行的伺服单元能够提供一个较广的调速范围，以实现最高转速与最低转速的转换。2.2.4低速转矩大。注塑机低速运转时要求进给伺服系统具备较大的转矩输出。为满足以上特性要求，广数精密全电动注塑机对伺服系统的执行元件———伺服电机也提出了相应的几点要求：（1）要求伺服电机在全部转速范围之内都可以平滑地运转，转矩的波动要小，特别是低速运转的时候仍然要保持平稳的速度且无爬行的现象；（2）要求伺服电机具备相应的过载能力，以满足系统低速以及大转矩两方面的特性要求；（3）要求伺服电机要有较小的转动惯量、较大的堵转转矩、尽量小的机电时间常数以及尽可能小的启动电压，以满足系统快速响应的特性要求；（4）要求伺服电机可以承受得起频繁的启动、制动以及反转。
2.3动作控制
为了获得高质量的注塑产品，广数精密全电动注塑机在注塑的过程中，使用伺服电机来实现对每个运动机构动作的顺序及过程控制，以确保注塑机能够依照工序要求完成制品生产流程。广数精密全电动注塑机的注射装置是实现塑化计量、注射以及保压补缩三项功能的关键部件，其结构设计和控制方式决定着制品的质量，能满足两个基本要求：一是在限定的时间里，提供设定数量、组分以及温度均匀的熔料；二是按照塑料性能以及制品的结构情况，提供适合的注射速度及注射压力，把熔料注入模腔。注塑的所有运动过程都是由广数精密全电动注塑机的六台伺服电机通过动作配合去驱动完成的。图3所示为其主要部件结构图。与注射螺杆同轴并且连接紧密的电机叫做射胶伺服电机，起到通过传功装置实现注射螺杆向前注射运动的作用。跟注射螺杆平行的电机叫做溶胶伺服电机，其作用主要是实现螺杆转动使粒状原料往前传送。用于平移整个射台的电机叫做射台移动伺服电机，由该电机驱动完成射台的往复运动。广数精密全电动注塑机以伺服电机作为驱动装置，其控制系统的硬件框架如图4所示，主要组成有人机界面、运动控制器、逻辑控制器、伺服驱动、温度控制单元以及传感器六大部分。工艺程序控制基于传感器的位置、温度、压力及速度等信息来进行，为达到高精密的注塑工艺建立了多个闭环环节。对于射出螺杆移动速度的控制，是将安装在伺服电机后的编码器信号作为输入的信号，相比于在控制器内设定速度指令来说实现了半闭环控制。对于射出压力的控制，是通过测定螺杆后的压力传感器信息来形成射出压力的全闭环控制。而对于超低速位置的控制，则是以光栅尺去实现闭环的控制。广数精密全电动注塑机动作控制系统的关键在于温度、压力等传感器信号的高速处理。工艺程序控制装置以及伺服电机驱动系统之间采用的是数字接口，两者间只互相传递数字信号，抗干扰能力特别强、因此能够实现高精度、微细量的稳定控制。
3结束语
论文摘要：随着建筑智能化的迅速发展，电气工程的地位和作用越来越重要。电气工程师应有对所负责的电气工程质量高度负责的责任心，充分应用自己的专业水平，深入、细致地搞好电气工程的质量和安全管理工作。
电气工程质量的好坏直接影响建筑物功能是否正常运行，影响该建筑的社会效益及经济效益。同时施工安全也不容忽视，要坚持“安全第一、预防为主”的方针，对新进场员工要根据工程的特点进行岗前安全培训。要编制针对本工程的安全技术措施及安全组织措施，并对施工人员进行安全技术交底，并应设专职持证上岗的安全员。
一、电气工程的质量控制
1、施工准备阶段的质量控制
电气工程师不能只停留在按图施工的水平，要全面熟悉设计图纸，努力并善于发现图纸中的不足，及时提出处理意见，对业主而言是维护其利益，对自己也是提高。好的工程质量是由高素质高水平的施工人员完成的，这就要求施工前要对施工队伍及人员进行考核和评估，并调整好技工和普工的比例。电气工程师要根据工程的实际情况编制施工组织设计（施工技术方案）并严格审查，要求有完善的质量保证体系、保证工程质量的各项技术措施，而且应符合经会审的设计图纸及国家现行的有关电气工程的施工及验收规范。对施工班组及人员进行工程的总体技术交底，由于施工人员流动性较大，还要根据工程的进度情况分阶段进行交底。明确现行实用的规范及操作规程和顺序，对工程所需的资料表格及相关技术文件、要求、标准做到心中有数。根据业主及土建工程的总体进度编制电气工程进度计划、人员计划、机具计划并组织落实，工程过程中要根据实际情况及时修改及补充。
2、施工阶段的质量控制
施工中必须根据已会审后的电气设计图纸和有关技术文件，按照国家现行的电气工程施工及验收规范，地方有关工程建设的法规、文件，经审批的施工组织设计（施工技术方案）进行。①主体施工阶段重点注意以下几个问题：严把电气管材、线盒的质量关，将不合格材料拒之于工程之外（如镀锌钢管的壁厚，厚管不小于2．5mm，薄管不小于1．5mm，镀锌层应完好，PVC管应采用中型以上，一般采用重型管，必须是阻燃型。每次进材料都应填报审表，经监理审查同意后方能用于工程）。要特别注意胶水的质量，最好选用与线管同一品牌的胶水，一般都能符合要求，浇注砼时，要求每台输送泵都有电工跟班，及时处理被压坏的线管、线盒。均压环、避雷带、防雷引下线等对建筑的安全非常重要，是否漏焊，焊接长度及质量是否满足规范及设计要求。每处都要仔细检查，特别是结构转换层，由于柱子主筋调整，防雷引下线容易错焊、漏焊，所以电气工程师要提醒施工人员引起重视，这也是监理检查内容的重点，必须认真检查，确保工程质量。②安装及调试阶段重点注意以下几个问题：要求先对配电箱、线盒内压线做样板，布线整齐、压接牢固，多股线搪锡，然后再全面展开，防止做了大量工作后才发现存在的问题，返工困难，而且影响进度。接地线的连接，接地端子的预留应符合规范要求；外墙的金属门窗、栏杆防及屋面的金属大件部分防雷作为关键，搞好工序衔接，防止遗漏；设备外壳接地应完善。要求工作按程序进行。设备运行调试要按先空载后带负荷、先单体后联动进行；并应先对可调元件如热继电器调整至设计规定值，调试运行还要持续运行规定的时间，验证电气及机械性能的可靠性。重点检查吊顶内的线路，导线穿管敷设必须符合要求。发电机自启动、与市电切换，双电源末端切换的调试，尽管实施时比较简单，但往往因为太简单、不重视或各工种之间协调不好而出现问题。消防泵的控制，因涉及降压起动、现场手动、消防控制室手动、自动起动、备用互投等控制，且往往涉及几家安装调试（供货）单位，很容易发生技术上、协调配合上的问题，加上个别设计存在一些小缺陷，影响调试和验收，电气工程师必须提前熟悉设计图纸及厂家提供的二次线路图、控制原理图，及早发现或预见可能发生的问题，并作出处理。
总之，在施工阶段质量控制方面需注意的细节问题很多，要抓住关键点,重点检查和控制。
二、电气工程的施工安全
要求施工班组每天上班前要根据当天的工作安排进行安全交底，安全工具及设施要落实到位，电气设备要符合有关临时用电的管理规定。
