PLC入門學習實驗裝置研發(fā)與應用

袁 勇 程月平

(武漢職業(yè)技術(shù)學院機電工程學院，湖北 武漢 430074)

PLC入門學習實驗裝置研發(fā)與應用

袁 勇 程月平

(武漢職業(yè)技術(shù)學院機電工程學院，湖北 武漢 430074)

設(shè)計與研發(fā)了PLC入門學習實驗裝置，介紹了針對該裝置開設(shè)的實驗項目。該裝置成本低，控制對象多，為初學者學習PLC編程與設(shè)計提供了一個很好的平臺。

PLC；入門學習；實驗裝置

0 引言

近些年，高職院校在機電、電氣類專業(yè)實驗實訓設(shè)備上投入很大，添置了很多先進的教學設(shè)備，大大提高了學生的實踐動手能力。新設(shè)備相對昂貴、維護維修成本高，對于初學PLC的學生來說操作復雜，設(shè)備調(diào)試難度高，容易打擊學生學習的積極性，還可能由于誤操作造成設(shè)備損壞。很多學校購置的設(shè)備數(shù)量并不能滿足所有學生的教學需求，僅供演示教學、參觀或部分畢業(yè)設(shè)計學生使用，或干脆閑置不用，在教學中仍使用仿真軟件，不僅沒提高教學質(zhì)量，反而浪費了大量的教學資源。筆者根據(jù)多年的高職教學實踐，設(shè)計了一款供PLC初學者使用的可編程實驗裝置，該裝置相對成套控制設(shè)備成本低，可以大量購置用于基礎(chǔ)教學，供學生進行PLC編程設(shè)計與驗證。

1 可編程控制實驗裝置研制

1.1 設(shè)計目標

本實驗裝置設(shè)計的目的有2個，一是給PLC初學者提供一個學習平臺，能進行簡單的接線、程序調(diào)試，掌握PLC常用編程指令、工作原理、編程方法和編程技巧；另一個是降低設(shè)備成本，讓大部分學校能大量購置，擺脫教學靠仿真軟件的尷尬，真正做到提高學生的實踐動手能力。

1.2 設(shè)計原則

本實驗裝置的設(shè)計原則就是簡單、實用。PLC選擇三菱公司的FX2N系列，有24個輸入點和24個輸出點，繼電器輸出，RS232通訊接口，帶有RS485通信模塊供選用，這款PLC功能相對齊全，使用范圍比較廣，能滿足一般控制要求。控制對象選擇以常用、多功能為主，做到一個控制對象可以用多種控制方法和指令實現(xiàn)。

1.3 實驗裝置設(shè)計

根據(jù)PLC這門課程的特點，控制對象選擇分為初級、中級和高級3個部分，3個部分中的學習模塊可以單獨使用也可以組合使用，實驗裝置學習模塊的面板布局如表1所示。實驗裝置中所有的控制對象均用LED燈代替，通過LED的亮滅表示系統(tǒng)的執(zhí)行情況。本裝置主要為了入門學習，因此在接線方面，公共端、電源部分都已經(jīng)內(nèi)部集成，使用過程中只需要連接按鈕至PLC輸入接口和PLC輸出至控制對象部分就可以，這樣既可簡化接線又能節(jié)約時間，同時還能減少設(shè)備的損壞率。可編程實驗裝置如圖1所示。

初級模塊有電機正反轉(zhuǎn)控制、數(shù)碼管顯示系統(tǒng)、天塔之光、PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)、水塔水位控制模塊，通過這些模塊的學習，可以了解PLC的工作原理，熟悉編程軟件的使用，掌握PLC的基本編程指令和程序調(diào)試方法。

表1 PLC實驗裝置面板布局

圖1 PLC入門學習實驗裝置

中級模塊有機械手控制模塊、自動運料系統(tǒng)、交通燈模塊、液位混合控制系統(tǒng)、郵件分揀控制模塊。這些模塊用于步進指令學習，繪制順序功能圖，掌握單流程、并行流程和選擇流程的編程方法、技巧。

高級模塊有自動售貨機、四層電梯控制系統(tǒng)，使用這些模塊不僅需要基本指令，還要學習功能指令，主要是鍛煉學生綜合應用的能力。

2 實驗項目設(shè)計與實施

天塔之光模塊在學習基本指令之后，運用真值表設(shè)計方法和累計計時方法，設(shè)計彩燈的變換種類，使彩燈呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。數(shù)碼管顯示可以用真值表方法，也可使用步進指令或功能指令實現(xiàn)，指令實驗項目有0～9計時、手機號碼順序顯示、學號順序顯示、奇數(shù)偶數(shù)選擇顯示、按鈕選擇控制顯示(按按鈕1顯示學號、按鈕2顯示手機號碼、按鈕3顯示生日、按鈕4顯示9～0倒數(shù))。數(shù)碼管還可以與其他模塊組合進行實驗，鍛煉綜合運用指令的能力。下面以自動售貨機為例說明模塊的組合使用實驗項目。

自動售貨機模擬商業(yè)街的自動食品售貨機，工作流程如圖2所示。自動售貨機分為飲料和食品2類，飲料3元，食品6元，按按鈕A則選擇飲料，按按鈕B則選擇食品。從流程圖可以看出，在選擇所買商品種類后，馬上就會在數(shù)碼管上面顯示商品價格，投幣后比較所投人民幣數(shù)目與價格。如果大于或等于商品價格，出貨的同時找零并數(shù)碼顯示找零數(shù)目；如果投幣的數(shù)目小于商品價格，則直接退幣并數(shù)碼顯示退幣數(shù)目。本實驗項目由自動售貨機模塊和數(shù)碼管顯示模塊組成，進行簡單控制設(shè)計。設(shè)計中需要用到選擇流程，選擇流程可以用步進指令也可以用功能指令實現(xiàn)，而數(shù)碼顯示商品價格、退幣數(shù)目等需要用功能指令中的七段譯碼指令，同時還需要用到比較指令，該程序邏輯關(guān)系比其他驗證程序要相對復雜。本實驗項目主要完成以下實驗目標：學生根據(jù)控制要求能單獨畫出邏輯功能圖或工作流程圖，正確使用功能指令，合理處理多個控制對象的邏輯關(guān)系。

圖2 售貨機工作流程圖

3 結(jié)語

通過在機電專業(yè)、電氣專業(yè)PLC應用課程教學實踐中應用可編程控制器實驗裝置，教師能以微課程形式講解每個指令的用法，學生有具體的控制對象進行練習，不僅培養(yǎng)了學生的學習積極性，增加了深入學習的信心，對PLC基本知識的掌握更加深入，而且，該實驗裝置成本低，使用簡單，因而受到了很多高職院校的青睞。

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[3]王偉.使用自制PLC實驗教學裝置的編程實踐[J].電子制作，2013(17)

[4]周美蘭，李昀昭，李文娟，等.基于觸摸屏的PLC實驗教學平臺的研究與實現(xiàn)[J].中國電力教育，2013(36)

2014-07-07

袁勇(1977—)，男，湖北長陽人，碩士研究生，講師，主要從事自動控制相關(guān)研究工作。