基于PLC教學平臺的思考

彭 輝 解曉軍/重慶工程職業技術學院

基于PLC教學平臺的思考

彭 輝 解曉軍/重慶工程職業技術學院

隨著社會發展和自動化生產水平的不斷提高，現代化生產向著簡單靈活的控制方向發展，PLC應運而生，而且在各方面都得到了廣泛的應用，比如交通燈等，行業對這方面人才的需求也越來越大，作為人才培養基地的學校，應加大實訓設備的引進，及更新教學方式，使學生能更快更好的掌握技能，提高動手能力。

PLC；教學平臺

一、PLC發展現狀

目前，隨著大規模和超大規模集成電路等微電子技術的發展，PLC已由最初一位機發展到現在的16位和32位以上微處理器構成的微機化PC，而且實現了多處理器的多通道處理。如今，PLC技術已非常成熟，不僅控制功能增強，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠程I/O和通信網絡、數據處理以及圖象顯示的發展，使PLC向用于連續生產過程控制的方向發展，成為實現工業生產自動化的一大支柱。

現在，世界上有200多家PLC生產廠家，400多品種的PLC產品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產品，各流派PLC產品都各具特色。其中，美國是PLC生產大國，有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。歐洲PLC產品主要制造商有德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司、法國的TE公司。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士等，韓國的三星（SAMSUNG）、LG等，這些生產廠家的產品占有80％以上的PLC市場份額。

經過多年的發展，國內PLC生產廠家約有三十家，國內PLC應用市場仍然以國外產品為主。國內公司在開展PLC業務時有較大的競爭優勢，如：需求優勢、產品定制優勢、成本優勢、服務優勢、響應速度優勢。

二、PLC發展趨勢

隨著PLC應用領域日益擴大，PLC技術及其產品結構都在不斷改進，功能日益強大，性價比越來越高。

（一）在產品規模方面，向兩極發展。一方面，大力發展速度更快、性價比更高的小型和超小型PLC。以適應單機及小型自動控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技術完善的大型PLC方向發展。隨著復雜系統控制的要求越來越高和微處理器與計算機技術的不斷發展，人們對PLC的信息處理速度要求也越來越高，要求用戶存儲器容量也越來越大。

（二）向通信網絡化發展

PLC網絡控制是當前控制系統和PLC技術發展的潮流。PLC與PLC之間的聯網通信、PLC與上位計算機的聯網通信已得到廣泛應用。目前，PLC制造商都在發展自己專用的通信模塊和通信軟件以加強PLC的聯網能力。各PLC制造商之間也在協商指定通用的通信標準，以構成更大的網絡系統。PLC已成為集散控制系統（DCS）不可缺少的組成部分。

（三）向模塊化、智能化發展

為滿足工業自動化各種控制系統的需要，近年來，PLC廠家先后開發了不少新器件和模塊，如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測PLC外部故障的專用智能模塊等，這些模塊的開發和應用不僅增強了功能，擴展了PLC的應用范圍，還提高了系統的可靠性。

（四）編程語言和編程工具的多樣化和標準化

多種編程語言的并存、互補與發展是PLC軟件進步的一種趨勢。PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時，日益向MAP(制造自動化協議)靠攏，使PLC的基本部件，包括輸入輸出模塊、通信協議、編程語言和編程工具等方面的技術規范化和標準化。

三、PLC實際應用情況

PLC是以自動控制技術、微計算機技術、和通信技術為基礎發展起來的新一代工業控制裝置，隨著微處理器技術的發展，PLC得到了迅速的發展，也在社會各領域的生產訓得到了越來越多的應用。目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業使用情況大致可歸納為如下幾類。

（一）開關量的邏輯控制，這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

（二）模擬量控制在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

（三）運動控制，PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。（四）過程控制，過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

（四）數據處理，現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。

（五）通信及聯網，PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

四、PLC教學平臺

PLC教學平臺現在應用比較多是PLC實驗箱和PLC控制器的模型，對于實驗箱而言，一般配備了PLC主機和一些模擬控制裝置，比如交通燈控制、攪拌器PLC控制、步進電機的PLC控制、加工中心刀具庫選擇等，學生可以通過電腦編程，將程序傳入PLC主機，完成相應輸入輸出接線操作，就可完成實訓內容，同學通過編程軟件也可以對程序執行過程進行實時監控并反饋，實驗箱的優點是價格相對便宜，實訓項目便于開展，缺點就是實訓項目過于局限，由于PLC主機和箱體的一體化設計，所有實訓項目只能在實驗箱上完成，而實驗箱內模擬的實訓項目是很有限的，且不直觀。PLC控制器模型，主要是針對現場某一個功能實際模擬的一個小型設備，能實現現場的一些主要功能，比如直線控制模型、電梯控制模型、二維模型、高架庫等，這些設備因為要盡量接近現場，所以模擬程度較高，材質也比較好，并且集成了PLC控制主機在里面，方便接線和程序的執行,實訓過程很直觀，效果較好，因此單套設備價格都比較偏高，對于學校而言采購量不大，不適合人數較多的實驗教學，可以針對少數同學完成某個單一實訓項目。以上兩種方式共同的缺點就是PLC主機實際利用率很低，只能控制很有限的設備，性價比不高。而且每個實驗箱或設備都得配備電腦或者編程器進行編程，也會造成很大的資源浪費。

另外現在現場用得多的PLC主機品牌包括三菱、西門子等，而學校實訓平臺的組建一般只考慮一個品牌，批量采購的方式，一方面為了節約成本，另一方面也是為了組建統一的教學平臺方便教學，在實際應用中，兩個品牌的市場占有率相當，可以說是平分秋色，同學在學校進行單一的學習，也會影響到以后就業的適應性。

五、對PLC實訓教學的思考

針對以上情況，現提出一些自己淺薄的意見和思考，針對實訓設備項目過少和實訓設備不足的情況，可以考慮采用大型的PLC模擬仿真軟件方式，仿真軟件包括三菱、西門子等多平臺，只需要在機房電腦里安裝軟件就可以實現程序的編寫和模擬的仿真，并且可以模擬很多實訓項目，用不同的實驗平臺來完成。對于PLC實訓可以適當配備一些各大品牌PLC主機的模型裝置，同學可以進行現場編程，了解現場接線安裝和執行情況。另外，如果PLC能支持U盤程序讀取，就能夠充分節約實訓資源。