PLC培訓教學中梯形圖設計思想的建立與培養(yǎng)

付 斌

（武漢工程職業(yè)技術(shù)學院 湖北 武漢：430080）

在PLC技術(shù)的應用中，梯形圖不但沿用和發(fā)展了電氣控制技術(shù)，而且其功能和控制指令也遠遠超過電氣控制范疇。它不僅可實現(xiàn)邏輯運算，還具有算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，是具有工業(yè)控制指令的微機系統(tǒng)。梯形圖的設計是計算機程序設計與電氣控制設計思想結(jié)合的產(chǎn)物，難度大，邏輯關系復雜，是一種高端、復雜、煩瑣的智力“游戲”。所謂PLC梯形圖設計思想是指：編程人員如何利用給定的前提條件及工藝要求，為設計出PLC梯形圖而進行的分析、綜合、判斷、推理等認識活動的過程。這就需要培養(yǎng)一種思維習慣，形成一種思維模式，本文就在職職工培訓中，PLC梯形圖設計思想的建立與培養(yǎng)進行了探討。

1 梯形圖設計思想的建立

1.1 沿襲模仿法

對于剛學完PLC硬件和軟件知識的學員，還沒有任何編程經(jīng)驗，初次遇到編程設計問題時，往往是無從下手、一籌莫展，這時可沿襲模仿現(xiàn)成的梯形圖“照葫蘆畫瓢”。比如單按鈕實現(xiàn)二臺電動機起——停控制的梯形圖設計，學員就可以模仿單按鈕實現(xiàn)一臺電動機起——停控制的梯形圖來編寫控制程序。如圖1是單按鈕實現(xiàn)一臺電動機起——停控制梯形圖，圖2是單按鈕實現(xiàn)二臺電動機起——停控制梯形圖。

1.2 替代轉(zhuǎn)換法

圖1 單按鈕實現(xiàn)一臺電動機起——停控制

PLC使用與繼電器控制電路圖極為相似的梯形圖語言，因此梯形圖和繼電器控制電路圖有很多相似之處。學員在生產(chǎn)崗位工作了若干年，熟悉繼電器控制電路，在繼電器控制電路圖的基礎上，根據(jù)被控制對象對控制的要求，將繼電控制電路轉(zhuǎn)換、“翻譯”成梯形圖是一條捷徑。這種設計方法一般不需要改動控制面板，保持了系統(tǒng)原有特性，不用改變學員在工作中長期形成的操作習慣，學員易于接受，易于理解。如電動機正反轉(zhuǎn)控制，用接觸器——繼電器控制時，電路如圖3所示，根據(jù)圖3轉(zhuǎn)換成的梯形圖如圖4所示。

1.3 “添枝加葉”法

圖2 單按鈕實現(xiàn)二臺電動機起－停控制

圖3 繼電器控制電動機正反轉(zhuǎn)

圖4 PLC控制電動機正反轉(zhuǎn)

在PLC梯形圖程序中，起動、保持、停止電路廣泛應用。很多程序的主干部分就是起－保－停電路，在此電路的基礎上增加不同的指令，就可以實現(xiàn)不同的控制要求和功能。還有由二個定時器組成的振蕩電路，以此電路為基礎，增加不同的指令也可以實現(xiàn)不同的控制要求和功能。例如小車的自動往返控制程序，車庫門的控制程序，電動機正反轉(zhuǎn)定時控制等。圖5是起保停控制梯形圖，圖6是小車自動往返控制梯形圖。

圖5 起保揨電路

圖6 小車自動往返電路

1.4 任務分塊法

程序設計工作的本質(zhì)是控制功能的分解，經(jīng)常采用“自頂向下、逐步求精”的方法，把所要開發(fā)的應用程序按功能分解為若干個子功能，針對每個子功能編寫子程序。這種思維方式的要點是理清控制任務的層次脈絡，熟悉控制任務的工藝流程，把大問題化成若干小問題，然后“各個擊破”。任務分塊的目的就是把一個復雜的工程，分解成多個比較簡單的小任務，如數(shù)學中對于行數(shù)和列數(shù)較高的矩陣運算時，常采用矩陣分塊法使大矩陣的運算化成小矩陣的運算將矩陣用若干條縱線和橫線分成許多個小矩陣使大矩陣的運算化成小矩陣的運算問題就好解決的多了。PLC梯形圖設計中很多控制問題都能用任務分塊法進行程序設計，如工業(yè)洗衣機控制程序，就可以分成四小塊分別進行梯形圖設計，（1）先設計給水閥進水程序（圖7）；（2）再設計波輪正、反轉(zhuǎn)程序（圖8）；（3）然后設計出水閥放水程序（圖9）；（4）最后設計蜂鳴程序（圖10）。

圖7 給水閥進水程序

圖8 波輪正反轉(zhuǎn)程序

圖9 出水閥放水程序

圖10 蜂鳴程序

1.5 結(jié)合實際法

理論聯(lián)系實際在教學過程中往往能很好地激發(fā)學員的學習興趣。在編程思想的培養(yǎng)過程中，任課教師應不局限于教材的安排，還要進行一些結(jié)合礦山實際的創(chuàng)新設計，可以用典型的礦山設備為案例，以歷年的高級技師、技師、高級工及技術(shù)運動會操作考試題目為例，編寫控制程序梯形圖，讓學員感受到PLC技術(shù)在生產(chǎn)崗位和工作實際中的應用，讓學員認識到PLC技術(shù)在職業(yè)生涯發(fā)展中的用處，從而激發(fā)學習PLC技術(shù)的熱忱和潛能，比如設計井下通風機控制程序、選礦皮帶控制程序等。圖11是選礦二條皮帶控制程序。

在以上五種教學方法中，前兩種方法對于初次接觸PLC技術(shù)的學員是一種行之有效的學習方法，后三種方法對于具有PLC基礎知識的學員在進行梯形圖設計時，加強了訓練效果，取得了事半功倍的成效。

圖11 選礦二條皮帶控制程序

2 梯形圖設計思想的強化

2.1 反復訓練，形成習慣性思維模式

學員在學校培訓的內(nèi)容多，時間短，過后很容易生疏和遺忘，欲在大腦中固化已經(jīng)建立的設計思想，不斷提高設計能力的唯一途徑是反復訓練，使設計思想在腦海中根深蒂固。這也是符合美國著名心理學家，聯(lián)結(jié)主義學習理論的創(chuàng)始人桑代克所總結(jié)的三條主要學習定律中的練習律。

2.2 多做討論和分析，比較各種方法的優(yōu)缺點

達到目標的途徑不止一條，往往各有千秋，窮其種類及優(yōu)缺點，這是設計最佳梯形圖及熟練各種指令運用的重要途徑。針對某一個控制任務的梯形圖設計，可能有各種方法，先以三至五人的小組進行討論，再全班進行討論分析，并在任課教師的指導下歸納總結(jié)其各自優(yōu)、缺點及適用性，篩選出最佳、最簡編程設計方法，這樣，可以減少學員在拿到設計題目后的試探性思維時間，提高梯形圖設計時的效率。

2.3 對設計的每一個梯形圖調(diào)試，確定其正確性

實踐是檢驗真理的唯一標準。再好的程序設計，如果不去調(diào)試驗證，設計者的心理總是沒有把握，對設計的自信心就不能確定，對自己的思維方法就不能肯定，也就無法對自己的這種設計思維方式在大腦中進行固化，因此，對設計的每個程序必須調(diào)試、驗證。另外，對所設計的程序進行調(diào)試，成功了會對設計者產(chǎn)生巨大的成就感，提高興趣，不成功則會找出問題和不足，利于對其設計程序的思維方式進行修正。

3 梯形圖設計思想的升華

3.1 多聯(lián)系生產(chǎn)實際，建立明確的感性認識

對各種被控設備及工藝流程的熟悉使設計者在清晰條理、完善思路和精煉方法等方面大有裨益，正所謂“知彼知己，百戰(zhàn)不殆”，很難想象，一個閉門造車者能設計出符合生產(chǎn)工藝要求的梯形圖。因此在培訓學習的過程中，要求學員利用周六、周日回生產(chǎn)崗位，再次熟悉由PLC控制的機電設備及生產(chǎn)工藝流程，提高感性認識，感性認識的加強和明晰將有助于設計者“文思泉涌”。

3.2 多閱讀他人程序，集思廣益，取長補短

“他山之石，可以攻玉”，閱讀他人設計的梯形圖，閱讀典型的控制程序，分析其優(yōu)點和缺點所在，可以幫助設計者了解和學習他人的程序設計思維思想和方法，取人之長，補己之短，集思廣益，使自己的設計思想不斷提高，設計能力不斷加強、設計方法不斷完善。

3.3 多總結(jié)編程經(jīng)驗教訓

人的思維能力畢竟有限，在程序設計時，考慮問題不可能面面俱到，即使非常有設計經(jīng)驗的工程師很難做到一次成功，一蹴而就，必須反復修改、調(diào)試，在對程序的修改過程中，不斷積累編程經(jīng)驗。對于剛剛掌握PLC技術(shù)的學員，進行程序設計時，肯定要走很多彎路，犯很多錯誤。前事不忘，后事之師，這句話告訴人們要把曾經(jīng)犯過的錯誤作為前車之鑒，避免重犯，在程序設計過程中所犯的錯誤也要作為借鑒。這就要求學員要不斷總結(jié)程序設計中的“敗筆”，避免在今后的設計工作中再次出現(xiàn)，正是通過對“敗筆”的不斷積累，程序設計能力才能得到不斷的提高。

4 結(jié)束語

良好的PLC梯形圖設計思維模式，可以使設計者在實際工作中或拿到設計任務后，設計起來得心應手，如魚得水，而它的確立、強化、升華過程比較艱難，經(jīng)歷的時間比較長，需循序漸進，需要學員回到工作崗位后不斷進行訓練，需要任課教師跟蹤指導。

［1］胡 健.西門子S7—300PLC應用教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

［2］廖常初.S7—300／400PLC應用技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.