《交流调速及应用》课程大纲.docx
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《交流调速及应用》课程大纲
无锡职业技术学院
《交流调速控制设备安装、调试及运行》
课程模块教学大纲
教育层次：
专科层次、学制三年
课程模块号：
D1D430A
课程教学时数：
64
一、课程性质和任务
1．课程性质
本课程是高职高专电气工程与自动化专业的一门专业主干学习领域课课程。
是《自动化综合实践》课程的先导课程
2．课程任务
电气自动化的控制对象可以分为三大类：
逻辑控制对象、运动控制对象及过程控制对象。
本课程以运动控制主流的变频器调速为重点，结合步进控制系统、伺服控制系统的学习，通过传授怎样使用、有哪些使用场合、使用中应注意哪些环节、出现问题或故障怎样处理等环节，学生学会通用变频器的典型应用（含通用变频器的主回路、控制回路的接线、参数设定、变频器与PLC的互连方法、不同负载特性的交流控制系统的组成）；通过对步进驱动器和步进电动机组成的简易位置控制系统、伺服电动机以及伺服控制器系统的具体实现，使学生学会简单位置控制系统的组成（含控制信号要求与PLC与控制器的互连方法。
为学生第一岗位使用变频器控制系统及步进、伺服控制系统打下良好的应用基础。
二、课程教学设计
本课程采用学习领域教学方法设计。
选取简易型通用变频器调速系统、转矩矢量高性能变频器调速系统、PLC、变频器综合控制系统、步进电动机控制系统、伺服电机单轴位置控制系统五种控制系统，按基于工作过程系统化的课程开发要求，将本课程分为五大情境即“简易型通用变频器调速系统安装与调试”、“转矩矢量高性能变频器调速系统安装与调试运行”、“步进电动机控制系统安装与调试运行”、“伺服电机单轴位置控制系统安装与调试”、“PLC、变频器综合控制系统安装与调试”五个学习情境。
在确定五个情境的基础上，将每个情境分成若干个与工作过程相匹配的工作任务，学生完成每个工作任务后，相当于经历了实现每一个交流调速控制系统的设备选型、控制系统制作、调试、运行的整个工作过程。
本课程以我院教师自行开发的专利设备“柔性自动化实训设备”为教学载体，通过不同功能模块及相应设备载体的组合，以工作任务为教学单元，按照情境六步法组织教学，真正做到学中做、做中学，提高学生的应用技能。
三、前导课程模块
先修学习领域课程
《电气控制图纸的识读与绘制》、《工厂常规电气控制设备制作与调试维护》、《小型PLC控制系统程序编制与制作调试》、《工学结合顶岗实习》。
四、教学目标
1、知识教学目标
1）知道各种调速系统的优缺点及组成方法。
2）掌握简易通用变频调速系统的设备选型，熟悉简易通用变频器的功能、使用方法、典型应用的实现。
掌握简易通用变频调速系统的安装、调试及运行的方法；能用高性能变频器实现闭环运行、转矩矢量控制。
3）能看懂步进、伺服等位置控制系统的图纸及组成原理。
2、能力教学目标
1）能对简易变频调速系统、高性能变频调速系统、步进伺服控制系统进行按图施工。
2）能对各种交流调速系统进行参数设定、带负载调试并运行。
能根据交流调速设备的报警信息进行故障排除。
3）能根据具体的要求，对简单交流调速系统进行工艺要求分析并设计相关图纸、具体实施系统。
3、实现教学目标采取的措施
1）采用理、学、实三位一体教学，对照教师自行设计的教学载体具体完成每一任务的教学内容。
整门课程在交流调速实训室及自动化综合实训室完成。
2）有一定难度或要求比较高的任务，一般老师首先在实训载体进行演示增加学生兴趣及求知欲。
3）到工厂参观具体应用案例，拓展学生自主完成任务的思路。
4）充分利用本课程的网络教学资源，提供有关资料检索清单，为学生自主学习提供条件。
五、教学内容及要求
学习情境一简易型通用变频器调速系统安装与调试
1．课程教学基本要求
认识交流调速的各种电动机含普通异步电动机、变频调速专用异步电动机、电磁调速电机、力矩电动机，知道各种电动机组成的调速系统的优缺点。
会用简易变频器、异步电动机组成调速系统并进行常规运行，会进行不同频率给定、不同控制命令控制系统的实现。
会对简易变频器、异步电动机调速系统完成制动运行、多段速度运行。
（4）会用简易变频器、永磁同步电动机组成调速系统并运行。
（5）会对以上交流调速系统进行正确接线、参数设定及运行中出现故障进行排除。
2．重点、难点
教学重点
（1）简易变频器主回路、控制电路的组成；调速系统的构建思路。
（2）简易变频器、异步电动机交流调速系统的功能、组成，系统图纸理解、按图施工、不同负载情况下变频器功能的确定、参数的设定及最后运行。
教学难点
变频器调速系统运行中出现故障原因的判别、故障消除
3．提交作品
有关变频器选型依据及书面材料。
简易变频器调速系统图纸，不同负载形式的变频参数选择。
在实训室内完成系统调试。
（4）2—3人一组，分工完成任务，并知晓整个情境每个具体任务的完成过程
4.考核办法
序号
具体考核内容
配分
评分标准
得分
1
分工合理，每人工作量分配合理
10
每人均参与，能完成自己的任务。
2
协作精神、合作意识
10
具有协作意识，每人均知道整个项目的流程及实现情况。
3
设计思路及资料提供
20
设计思路清晰，提供的书面（电子）资料完整，符合IEC标准，设计图纸合理。
4
实物制作。
30
外形美观，符合电气制作规范，节省耗材，实物与设计图纸吻合，接线没有错误。
5
电气调试
30
完成项目所有功能演示。
其他
发生电气短路、损坏器件
每次扣20分。
安全操作符合规范
违反一次，扣20分。
学习情境二转矩矢量高性能变频器调速系统安装与调试运行
1．课程教学基本要求
能根据控制要求选择转矩矢量高性能变频器
学会高性能变频器闭环控制系统的组成方式并具体实现。
学会光电编码器及相应的变频器选择卡的选型。
实现变频器0HZ输出全转矩输出功能。
学会光电编码器与变频器的接线、有关参数设定。
了解小型PLC通信控制变频器的系统组成、互联接线、简单通信控制程序、变频器参数设定。
2．重点、难点
教学重点
高性能变频器功能理解。
闭环控制系统的组成及实现。
教学难点
不同型号光电编码器与变频器的互联关系。
高性能变频器0HZ输出频率全转矩输出功能实现及应用场合。
理解通信的概念。
除了变频器参数设定意外PLC通信参数配置及程序实现。
（4）在高性能功能运行时出现故障进行故障原因判断并排除。
3．提交作品
在综合实训室内完成通用变频器主电路、控制电路实物制作。
在综合实训室内完成通用变频器主要功能预置及频率参数设定。
在综合实训室内通过外接给定方式完成变频器频率设定。
（4）2—3人一组，分工完成任务，并知晓整个情境每个具体任务的完成过程。
6、考核办法
序号
具体考核内容
配分
评分标准
得分
1
分工合理，每人工作量分配合理
10
每人均参与，能完成自己的任务。
2
协作精神，合作意识
10
具有协作意识，每人均知道整个项目的流程及实现情况。
3
设计思路及资料提供
20
设计思路清晰，提供的书面（电子）资料完整，符合IEC标准，设计图纸合理。
4
完成通用变频器主电路及控制电路接线
15
外形美观，符合电气制作规范，节省耗材，实物与设计图纸吻合，接线没有错误。
5
完成通用变频器主要功能预置
15
所有预置功能设置正确。
6
完成变频器的频率参数设置
15
主要频率参数设置正确。
7
电气调试
15
完成项目所有功能演示。
其他
发生电气短路、损坏器件
每次扣20分。
安全操作符合规范
违反一次，扣20分。
学习情境三步进电动机控制系统安装、调试与运行
1．课程教学基本要求
学会步进电动机、步进驱动器组成控制系统设备的选型。
学会步进控制系统互联接线、简单步进控制系统图纸设计。
画出步进电动机变速正反转系统的电路图。
会按照图纸进行施工并检查接线正确。
（4）知晓单轴步进控制系统控制信号的要求。
（5）初步看懂单轴步进控制系统实现位置控制的PLC程序。
2．重点、难点
教学重点
步进控制器控制信号要求及组成原则。
小型PLC与步进控制器的互联接线、步进电动机变速正反转。
具备细分步功能的步进控制器、滚珠丝杆单轴位置控制系统控制脉冲频率、脉冲数的计算。
（4）能看懂小型PLC控制单轴位置控制的简单程序。
3．教学难点
控制脉冲频率、脉冲数的计算。
对高速脉冲信号进行相关处理。
（3）小型小型PLC控制单轴位置控制的简单程序。
（4）单轴步进、丝杆位置控制系统的调试。
（5）两轴步进立体仓库控制系统的安装调试。
（拓展要求，可有老师演示，学生进行图纸、功能分解）
4．提交作品
（1）步进电动机变速正反转运行电路图。
（2）按图施工完成单轴步进、丝杆位置控制系统。
（3）调试完成位置步进控制系统。
（小型PLC程序可有老师现行提供，再根据教学进程安排要求变化的位置控制系统）。
（3）4--5人一组，分工合作完成具体任务要求。
5.考核办法
序号
具体考核内容
配分
评分标准
得分
1
自主学习，资料检索
30
每人均独立完成资料检索及相关知识点预习，检索的资料与项目关系密切。
2
识图正确
15
能够正确识别小型PLC步进位置控制系统电路接线图。
3
制作合理
15
按图施工，并能自行检查，完善接线，直至正确施工
4
原点、高低极限位置开关的利用及功能保护
10
能将三路位置开关的有源信号输入至PLC。
5
正确处理脉冲信号
10
能将小型PLC的脉冲信号正确引入步进控制器，并根据具体情况进行串并联电阻
6
步进单轴位置控制系统的调试
15
实现给定具体位置要求运行。
进入极限位置能自动停止运行
7
两轴步进位置控制系统图纸完成、功能要求描述
5
能对老师演示的两轴步进控制系统出具图纸、描述功能。
学习情境四伺服电动机单轴位置控制系统安装、调试运行
1.课程教学基本要求
学会伺服电动机、伺服驱动器组成控制系统设备的选型。
学会伺服控制系统互联接线、简单伺服控制系统图纸设计。
会按照图纸进行施工并检查接线正确。
知道伺服系统三种控制方式的使用场合。
（4）知晓单轴伺服控制系统控制信号的要求。
（5）看懂伺服步进控制系统实现位置控制的PLC程序。
2．重点、难点
教学重点
简易伺服控制器控制信号要求及组成原则。
看懂伺服控制器三种不同控制方式的电路图。
（3）小型PLC与伺服控制器的互联接线，看懂单轴伺服位置控制系统并进行施工。
（4）能看懂小型PLC控制单轴位置控制的简单程序。
教学难点
三种伺服控制方式的应用场合。
单轴伺服位置控制系统的安装与调试。
伺服控制系统速度控制方式的电子齿轮比运行。
4．提交作品
按图施工完成单轴伺服位置控制系统。
进行简单调试。
（3）实现伺服控制系统电子齿轮比控制。
（4）4—5人一组，分工完成具体任务要求。
6.考核办法
序号
具体考核内容
配分
评分标准
得分
1
自主学习，资料检索
30
每人均独立完成资料检索及相关知识点预习，检索的资料与项目关系密切。
2
识图正确
20
能够正确识别案例四、五中变频器主回路、控制回路及变频器与PLC连接电路接线图。
3
制作合理
15
按图施工，并能自行检查，完善接线，直至正确施工
4
电子齿轮比功能实现
15
伺服驱动器接线正确，伺服驱动器参数设定正确，功能实现完整
5
单轴伺服位置控制系统
20
接线正确，思路清晰，调试步骤合理，功能实现完整
学习情境五PLC、变频器综合控制系统安装调试与运行
1.课程教学基本要求
学会变频器与小型PLC的互联接线，画出相应图纸。
多皮带机变频器传动同步运行控制系统连线、制作、变频器参数设定、简易控制程序编写及最终功能实现。
辅料比例添加机控制系统连线、制作、变频器参数设定、简易控制程序编写及最终功能实现。
输送、均匀铺料综合控制系统连线、制作、变频器参数设定、简易控制程序编写及最终功能实现。
（5）变频器曲线运行功能实现。
2．重点、难点
教学重点
各种型号变频器与小型PLC之间的互联接线。
能看懂小型综合控制系统的电路图。
（2）三种综合控制系统对变频器的要求及变频器参数设定。
（3）综合控制系统的调试技能。
教学难点
小型PLC控制变频器多皮带机同步控制系统电路图绘制、制作。
小型PLC控制变频器实现比例辅料添加机电路图绘制、制作。
看懂输送、均匀铺料综合控制系统的电路图。
3．提交作品
两种综合控制系统的电路图并进行制作。
第三种控制系统电路图分组自行讲解。
（3）每组5-7人，分工完成具体任务。
6、考核办法
序号
具体考核内容
配分
评分标准
得分
1
分工合理，每人工作量分配合理
10
每人均参与，能完成自己的任务。
2
协作精神，合作意识
10
具有协作意识，每人均知道整个项目的流程及实现情况。
3
设计思路及资料提供
20
设计思路清晰，提供的书面（电子）资料完整，符合IEC标准，设计图纸合理。
4
完成多皮带机同步运行控制系统制作
15
外形美观，符合电气制作规范，节省耗材，实物与设计图纸吻合，接线没有错误。
5
完成辅料比例添加机控制系统制作
15
外形美观，符合电气制作规范，节省耗材，实物与设计图纸吻合，接线没有错误。
6
电气调试
30
完成项目所有功能演示。
其他
发生电气短路、损坏器件
每次扣20分。
安全操作符合规范
违反一次，扣20分。
六课时分配表
总学时64学时
情景
序号
任务
课时数
难度系数
1、简易型通用变频器调速系统安装与调试
1
普通异步电动机、变频调速专用异步电机、永磁同步电机认识
2
1
2
简易型通用变频器（ATV31）操作
2
1
3
ATV31变频器控制普通异步电动机常规运行
2
1
4
ATV31变频器控制普通异步电动机制动
2
1
5
ATV31变频器控制普通异步电动机多段速度运行
2
1
6
ATV31变频器控制永磁同步电动机
2
2
2、转矩矢量高性能变频器调速系统安装与调试运行
7
转矩矢量高性能变频器（ATV71）操作
2
2
8
ATV71变频器、变频调速专用异步电机光电编码器闭环运行
4
2
9
ATV71变频器MODBUS通信控制运行
6
3
3、步进电动机控制系统安装与调试运行
10
步进控制器、步进电动机使用
4
2
11
步进电动机正反转变速运行
4
2
12
步进电动机单轴位置控制系统调试运行
4
3
13
两轴步进电动机立体仓库控制系统安装、调试运行
4
3
4、伺服电机单轴位置控制系统安装与调试
14
伺服控制器操作
2
2
15
伺服电机单轴位置控制系统安装与调试
4
3
5、PLC、变频器综合控制系统安装与调试
16
三皮带机变频器同步控制系统安装与调试
4
2
17
比例添加机PLC、变频器控制系统安装与调试
4
2
18
PLC、变频器曲线运行控制系统安装与调试
4
3
19
输送、均匀铺料机综合控制系统安装与调试
6
3
六、成绩评定
学生学期总成绩由各项目平均成绩、期末理论考试成绩、期末技能考试成绩三部分组成，每部分成绩均采用百分制。
总成绩计算方法为：
各项目平均成绩*40%+期末理论考试成绩*30%+期末技能考试成绩*30%
七、校内教学条件
实训设备或仪器
台套数
单价
小计
制造商
备注
交流调速实训台
16
16000
256000
自制
闪光测速仪
16
1450
23200
苏州
运动控制实训台
12
24000
288000
自制
柔性自动化实训系统
5
60000
300000
自制
步进电机两轴工件库
5
30000
150000
自行改造
紫光电脑
12
4500
54000
易耗品及其他
1批
20000
20000
总计
1091200
升级会员 