在教學中怎么選擇合適的PLC設計課題

劉 丹

摘 要:一個好的設計課題對于提高學生對PLC的程序設計能力,至關重要。恰當的設計課題,能夠迎合學生的好奇心,喚醒自信心,滿足探索的要求。

關鍵詞:PLC 自動控制系統 軟件 程序要求 梯形圖

可編程序控制器簡稱PLC,是現代工業控制的基礎部件,是工廠自動化(FA Factory Automation)的支柱之一。它既有計算機控制系統的可編程特點(控制功能由軟件實現),又具有繼電器控制系統的優良的抗電噪能力(適應工業控制的各種惡劣的工作環境)。可編程序控制器還具有很強的連網能力和很高的可靠性,不僅可以單機使用,而且可以與計算機結合組成集散式控制系統。

可編程序控制器聚集了結構簡單、編程簡單、可靠性高、性能價格比較高、抗干擾能力強、通用靈活、體積小等一系列優點,使其在工業生產過程的自動化控制領域得到了越來越廣泛的應用。因此各中職學校的機電和電梯等專業都開設了“可編程序控制器”課程,而開設這門課的主要教學目的是讓學生能夠進行簡單程序的設計編輯。恰當的設計課題,能夠迎合學生的好奇心,喚醒自信心,滿足探索的要求。

PLC的工作方式和通用微機不完全一樣,因此用PLC設計自動控制系統與微機控制系統開發設計過程也不完全相同,需要根據PLC的特點進行系統設計。PLC與繼電器控制系統也有本質區別,硬件和軟件可分開設計是PLC的特點。PLC的軟件設計步驟一般有以下幾個設計步驟。

1.了解控制系統概況,形成整體概念。

2.分配輸入輸出設備。

3.畫出梯形圖。

4.對PLC的梯形圖進行編輯。

5.對程序進行調試。

6.編寫程序說明書。

顯然,建立一個PLC控制系統,必須先了解控制系統的全部功能、控制規模、控制方式、I/O信號種類和數量、是否有特殊功能接口、與其他設備的關系、通信內容和方式等。只有全面了解了整個控制系統,才能分配輸入輸出設備,之后就可以設計PLC程序畫出梯形圖。梯形圖畫好后,可以使用專用軟件直接把梯形圖輸入計算機并下裝到PLC進行模擬調試、修改直到符合要求。這便是程序設計的整個過程。

學生在了解了PLC的應用設計步驟后,我們就可以設計程序了。本文以三菱公司FX系列PLC為機型進行介紹,以全自動洗衣機為例,其他教育工作者可舉一反三,觸類旁通。

程序設計課題為全自動洗衣機控制,如圖1所示為全自動洗衣機控制示意圖,設計要求如下:

全自動洗衣機能實現“正常運行”和“強制停止”兩種控制方式。PLC投入運行,系統處于初始狀態,啟動時,先將水位通過水位選擇開關設在合適的位置(高、中、低),開始進水,水滿時停止進水,2S后開始洗滌正轉。正轉20S后,暫停2S;然后反轉20S,暫停2S,這樣反復循環。若正反洗未滿5次,則返回長正洗開始的動作,若正反洗滌滿5次,則開始排水,排空后脫水30S即完成一次從進水到脫水的大循環,若未完成3次大循環,則返回從進水開始的全部動作,進行下1次大循環。若完成了3次大循環,則進行洗完報警,報警3S后結束全過程自動停機。

另外,手動排水開關和手動脫水開關進行手動排水和脫水,按停止按鈕實現停止進水,排水、脫水報警。

圖1 全自動洗衣機控制系統

如上所述要求,根據本人的教學經驗,此程序最簡也要80多步,學生很難設計得出正確的程序。但如果將按照全自動洗衣機流程將以上程序化簡為多個小程序,即進水、洗衣、排水、脫水、報警,讓學生一步一步地解決難題,則可達到很好的教學效果。

1.首先要學生確定輔助繼電器,我們知道在PLC內有很多輔助繼電器,在PLC內部起輔助作用。在本程序中,可以設定M0作為按下起動按鈕的輔助繼電器;M1作為判斷洗衣機水位是否和設定水位不一致的輔助繼電器;M2作為判斷洗衣機水位是否和設定水位一致的輔助繼電器;M3作為停止自動洗衣輔助繼電器。它的梯形圖如圖2所示,可見此程序非常簡單,學生可以很容易的設計出正確的程序。

2.設計進水控制程序。其設計要求為:

按下起動按鈕SB1或者脫水完畢,而且洗衣大循環未到3次時,開始進水,當水位達到設定的水位后停止進水,等待2S后進入洗衣過程。在強制停止情況下,當停止按鈕按下時立即停止進水。

此時輸入輸出關系增加了T,程序在上一程序的基礎上稍加難度。此處可對幾種時間繼電器的應用進行進一步的講解。它的梯形圖如圖3所示,梯形圖中計數器C1指大循環3次,計時器T0指水位達到設定的水位等待2S。

3.設計洗衣控制程序。

洗衣控制在設計思路和指令應用上與進水控制基本相同,在難度上并沒有太大延伸。其設計要求為:進水到設定水位2S后,開始洗衣,先正轉20秒,暫停2秒,然后反轉20秒,暫停2秒。這樣循環5次后進入排水過程。它的梯形圖如圖4所示。

圖4 洗衣控制梯形圖

4.設計排水控制程序。

在上一程序中增加了計數器,這部分程序中的難點在于計數器是在什么情況下開始計數,以及什么情況下開始復位。我們通過分析知道,C0計數器只要T6為OFF時,計數輸入T6,每接通一次,C0計數器計數一次,即當前計數值增加1,當計數值等于設定值5時,計數器C0的觸點動作,排水電磁閥Y1接通,表示洗衣過程完畢后,進入排水過程,水排空后停止排水。它的梯形圖如圖5所示。

圖5 排水控制梯形圖

5.脫水控制程序。

水排空后,開始脫水,脫水30S停止脫水。這部分程序與洗衣控制程序差不多,學生很容易編出此部分程序,需要注意的是判斷水排空與否是在排水完畢后,所以要用到排水完畢輔助繼電器M4,它的梯形圖如圖6所示。

圖6 脫水控制梯形圖

6.洗完報警控制程序。

洗衣大循環3次后,開始洗完報警過程,3S后停止報警。這部分程序與排水控制程序相同,要用到計數器C1,當Y4接通時C1計數1次,當計數值達到設定值3時,報警器Y5接通。這樣整個洗衣過程結束,它的梯形圖如圖7所示。

圖7 洗完報警控制梯形圖

程序要求部分至此完畢,其程序的輸入輸出關系見表1、表2。

以上六個程序學生大多還是沿用了設計電力拖動控制線路的設計思路,由淺到深,不但具有針對性而且具有啟發性,變復雜為簡單,既激發了學生鉆研的興趣,增強了自信心,同時教學效果也能夠得到很大提高。

表1 I/0分配表

表2 其他元件分配表

參考文獻:

[1]《可編程序控制器及其應用》勞動和社會保障部教材辦公室組織編寫北京:中國勞動社會保障出版社,2001.7

[2]《變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應用技術》岳慶來北京:機械工業出版社,2006.5

作者單位:廣州市機電高級技工學校