PLC实验教学法的应用

PLC实验教学法的应用

梅文

杭州市萧山区技工学校梅文

摘要：针对“可编程控制器及其应用”这门实践操作性很强的课程，提出一种比较有效的实验教学法。采用这种教学法,可以加强理论知识的学习，又使学生得到PLC基本技能操作训练，能独立完成PLC编程设计调试，提高解决实际问题的能力。

关键词：可编程控制器编程设计实验教学法

可可编程控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计。

PLC课程在引入技校的教学中，也只有十年左右的时间，相对其他的专业课，无论是师资力量上、教学方法上、还是实习的设备上还不是很完善。如何上好PLC可编程控制器及其应用这门比较新型的课程，也是我们技校教师们一直在摸索和探讨的问题。本人通过这几年来对PLC理论和实习教学的经验，比较推崇了一种新的“PLC实验教学法”。PLC实验教学法主要的思路是利用有限的实验设备资源，通过选用合理的实验类型，让学生增加做实验的课时，发挥学生们的独立思维、创新设计能力。以此来激发学生的学习兴趣，提高学习PLC的效果。

1、PLC实验教学法的思路

以往的教学过程，在进行PLC理论知识的讲授后，老师为了节省时间，完成实习的课题，往往把事先准备好的实验题目及相关的参考答案也告诉了学生，甚至直接把现成的指令或梯形图已储存在电脑中。学生只要进行简单的PLC外围的接线，直接把现成的指令语句导入编程器中就可以调试了。这样的实验结果往往是成功的，但这种实习方法不利于学生能真真切切地掌握PLC的编程调度操作，以及解决PLC调试过程中出现的问题。

在此,本人尝试了实验教学法来进行PLC实验教学的改革。所谓实验教学法,就是用学校现有的实验设备,想方设法开出多种类型的基础实验和应用模拟实验,学习PLC的应用方法。然后再进一步要求学生利用已经熟悉PLC的I/O端口的接线，外围的电源电压要求，对提出的电器控制要求进行PLC的梯形图设计、程序的导入和操作调试，逐步加深了解可编程控制的实际应用。

PLC有多种程序设计语言，其中最常用的是梯形图和指令语句表。PLC采用的大家比较容易接受同时又容易学会的梯形图语言。它是以计算机软件技术为基础，形成人们习惯使用的继电器模型，形成一套自己独特的以继电器梯形图为基础的编程语言。

可编程控制器内部各种等效继电器的触点和线圈的图形符号、动作原理和常规继电器控制中的动作原理完全一致。所以学生只要简单了解可编程控制器的工作原理和它的编程技术之后，就可进行一定的应用设计,继而将PLC用于现实的电气控制系统中。这就要求教师从实际应用的角度出发，去精选各种典型的PLC控制的案例。

2.1PLC基本结构和工作原理

无论是日本还是德国生产的可编程控制器，尽管外观不同，但它的硬件结构大体相同。它主要由（CPU）中央处理器、存储器（ROM、RAM）、输入输出器件（I/O接口）、编程设备及电源五大部分组成。PLC的硬件结构框图如下图1。

可编程控制器的工作原理与计算机的工作原理基本上是相似的。它是在系统程序的管理下，通过运行一定的应用程序来完成用户指定的任务。学生已经在系统地学习了计算机方面的基础知识后，教师只需对PLC的基本结构、性能指标及工作原理进行简单介绍,其它的不必具体讲授。

2.2PLC基本知识的重点讲授

可编程控制器的基本指令借助于继电器、定时器、计数器这些软元件，主要用于逻辑处理。以三菱FX2N系列为例,共有85条功能指令。可分为程序控制、数据操作、传送比较、高速处理方便指令、外部的输入输出处理和外部功能模块控制等基本类型。在进行指令语句讲解时,必须结合相应的梯形图,同时与电气原理图进行对照。在学习了基本的逻辑指令后,还可为学生提供“三相异步电机正反转控制电路”（图2）。

控制原理：按一下按钮SB1,电机正转并自保；按一下按钮SB2，电机反转并自保。按一下按钮SB，正转或反转均停止。本电路还利用接触器KM1和KM2的互锁触点进行互锁。

在了解工作原理后，接着要对PLC输入、输出点进行地址分配及梯形图的设计。

（1）I/O的分配：

输入点X000：SB1（停止按钮）；X001：SB2（正向启动按钮）；

X002：SB3（反向启动按钮）。

输出点Y000：KM0；Y001：KM1

（2）设计出相应的梯形图与指令表（图3）：

通过对电气原理图的工作分析，引入到可编程控制设计过程的讲解,不仅让学生学到最基本的编程指令,同时还能慢慢体会到PLC编程的电路方法。

学习PLC的指令系统之后,就可以根据系统的控制要求编制程序。对编制程序的原则和方法步骤应作重点详细讲授，同时还有必要介绍编程基本规则、技巧,避免画出不符合编程语法结构的梯形图。

3、PLC教学的实习课

PLC的实习课，根据学期的课时，作一个总体的规划。一般以一半时间理论课，一半时间实习课为宜。若每一次上课为4课时，则用2课时上理论课，另外2课时为实习课。根据学生人数、PLC设备台数量，分若干小组进行。为了提高实习习教学的质量,要尽可能多地安排实验,并且最好学生一人一组,这样学生独立来完成每一课题任务，能更充分地发挥学生的主观能动性。

3.1典型课题实验

为了完成某一具体的电气控制要求的课题，可以分下面三个步骤一一进行训练：（1）PLC可编控制器外围I/O输入输出的接线；（2）用手持编程器或电脑输入指令语句或梯形图；（3）程序的导入和运行调试。要求能熟悉进行外围接线，并使用手持编程器输入简短的程序,学电脑编梯形图，学会基本的现场调用及必要的程序修改。

在掌握了上述三项内容后，以后可根据学时的多少，来安排从易到难的课题。比如：（1）皮带轮送料的控制；（2）交通信号灯控制；（3）物料自动混合控制；（4）液体混合装置的控制；（5）水塔水位控制等。

这样通过简单的、复杂的、适应各专业各层次学生不同水平的实验,使学生从易到难逐步熟悉并掌握PLC应用技术。

3.2PLC程序设计思路

在程序设计思路上,老师要引导学生用一种先进的设计法——顺序控制设计法,即根据系统的工作过程绘出顺序功能图,设计出梯形图的方法。这种方法也是整个项目的难点,同时也是培养学生独立思考、分析解决问题、创造性思维的一个重要过程。

3.3学会改编、自编程序

实验教学法的实习课教学分为三个层次。

第一层次：做实验之前,学生应当做预习报告。这样学生能理解实验目的和要求，写好I/O的地址分配表，初步设计梯形图。

`第二层次：经过一段时间的训练,学生熟悉了几个简单的实验课题后，再让学生利用现有的资源,对输出点较多的复杂案例进行程序设计编写。

第三层次：利用现有实验单元学生自编程序完成不同的功能，并能调成功。

4．技能考核

学生的PLC操作技能考核成绩，应当在课程成绩中占有50%的比例。考核成绩可分为：平时实习成绩和期末现场技能操作考试成绩两个部分。现场考核要求学生在规定时间内，完成选定课题的程序编制，程序输入调试运行，并针对实验过程和结果进行当场评分。最后，将两项成绩的平均值作为PLC技能考核成绩。

结论：

本人在PLC教学过程中，采用实验教学的模式，已起到较好的教学效果。它不仅使学生更好地掌握PLC的理论知识，同时也激发学生的学习兴趣。更多的学生能开动脑筋积极地参与，强化了动手能力，培养了学生分析问题、解决问题的综合能力，使整体教学质量及教学效果有明显的提高。

参考文献：

(1)张万忠,可编程序控制器应用技术,化学工业出版社，2002

(2)柴敬镛，王照清，维修电工，2003