淺談經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法在中職PLC教學(xué)中的應(yīng)用

楊鷺蕓

[摘 要] 根據(jù)學(xué)生原有的繼電器控制系統(tǒng)知識(shí)，引入經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，通過(guò)實(shí)例分析，介紹了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法在PLC教學(xué)上的應(yīng)用。

[關(guān) 鍵 詞] 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法；中職；PLC

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）35-0156-02

可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC），優(yōu)點(diǎn)多，應(yīng)用廣泛，是各中職院校電氣自動(dòng)化專業(yè)的一門主干課程。課程的學(xué)習(xí)在于使學(xué)生理解PLC的工作原理，在掌握PLC基礎(chǔ)知識(shí)、PLC指令系統(tǒng)的同時(shí)能獨(dú)立分析、修改、編寫簡(jiǎn)單的程序。其中，讀懂、理解程序并能夠進(jìn)行分析是中職PLC教學(xué)環(huán)節(jié)中的重點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)和修改。中職學(xué)生相對(duì)來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)差，學(xué)習(xí)態(tài)度也比較消極，而PLC技術(shù)于他們來(lái)說(shuō)又是一門全新的課程。因此，在教學(xué)中要取得好的教學(xué)效果在于采用合適的教學(xué)方法，由淺入深、循序漸進(jìn)。筆者通過(guò)兩年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在中職PLC教學(xué)中引入經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，可以讓學(xué)生較快入門，對(duì)指令的應(yīng)用、梯形圖的功能有了更直觀、更深入的認(rèn)識(shí)。下面，淺談經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法在中職PLC教學(xué)中的應(yīng)用。

一、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是PLC教學(xué)中常用的一種程序設(shè)計(jì)方法。在PLC的發(fā)展初期，梯形圖的設(shè)計(jì)主要沿用繼電器控制系統(tǒng)中電路圖的設(shè)計(jì)方法，這種方法顧名思義需要編程者具有一定的經(jīng)驗(yàn)，需要編程者掌握大量的典型電路，并且在掌握這些典型電路的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)實(shí)際控制問(wèn)題的分析，再進(jìn)行修改和完善。而學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了電力拖動(dòng)課程，掌握了繼電器控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，積累了一定的“經(jīng)驗(yàn)”，掌握了基礎(chǔ)的典型控制電路。下面就以“電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制”及“Y/Δ降壓起動(dòng)控制”這兩個(gè)典型案例介紹經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法在教學(xué)上的應(yīng)用。

二、典型案例

（一）電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制

1.繼電器控制系統(tǒng)

圖1主回路中，若KM1主觸頭接通，則電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。若KM2主觸頭接通，U、W兩相相序?qū)φ{(diào)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。同時(shí)，在圖1控制電路中采用了互鎖方式，防止KM1、KM2兩個(gè)接觸器同時(shí)接通電源，造成兩相電源短路。此控制系統(tǒng)中，正反轉(zhuǎn)按鈕與接觸器之間的邏輯關(guān)系是由它們之間相連的導(dǎo)線來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在以往的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)能夠熟練分析出電路的控制功能。

2.PLC控制系統(tǒng)

PLC采用歐姆龍CPM2A機(jī)型。完整的PLC控制系統(tǒng)包含：PLC接線圖、I/O口分配表、梯形圖。其中主電路不變，同樣采用兩個(gè)接觸器KM1和KM2的主觸點(diǎn)接入電動(dòng)機(jī)。PLC接線圖中使用24V直流電源將三個(gè)按鈕SB1、SB2、SB3和熱過(guò)載繼電器FR常開觸點(diǎn)接入PLC的四個(gè)輸入端0.00、0.01、0.02、0.03，與圖1控制電路一一對(duì)應(yīng)。同樣的，圖2中PLC接線圖的輸出部分10.00和10.01分別接了兩個(gè)接觸器線圈KM1和KM2，并設(shè)置了硬件互鎖，這也與圖1相對(duì)應(yīng)，個(gè)中規(guī)律，學(xué)生一目了然。根據(jù)PLC接線圖再寫出輸入/輸出分配表（即I/O口分配表）便水到渠成了。

電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)I/O口分配表

在PLC控制系統(tǒng)里，存儲(chǔ)在PLC內(nèi)的用戶程序決定著輸入、輸出信號(hào)之間的邏輯關(guān)系。換句話說(shuō)，如果想要輸出端接觸器動(dòng)作，完成正反轉(zhuǎn)控制功能，則必須編寫電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)程序。梯形圖是PLC中使用得最多的編程語(yǔ)言，它的特點(diǎn)在于與繼電器控制系統(tǒng)的控制電路圖很相似，對(duì)初學(xué)的中職學(xué)生來(lái)說(shuō)，直接將控制電路圖“翻譯”成梯形圖是PLC學(xué)習(xí)初期最簡(jiǎn)單、最直接、也是最容易掌握的編程方法。

“翻譯”過(guò)程如圖3所示，這種“翻譯”對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單、好理解，只需把繼電器電氣符號(hào)改成PLC電氣符號(hào)（其中線圈用表示，常開觸點(diǎn)用表示，常閉觸點(diǎn)用表示），然后再進(jìn)行調(diào)整。也就是將上表中的I/O口分配表中相應(yīng)的輸入、輸出地址補(bǔ)充進(jìn)去，一份完整的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)梯形圖便出來(lái)了。梯形圖程序的工作過(guò)程如下：按下SB2，常開觸點(diǎn)0.01接通，輸出線圈10.00上電并自鎖，接觸器KM1得電，其主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)正轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，常閉觸點(diǎn)10.00斷開，以確保10.01不能得電，實(shí)行軟件互鎖。若按下SB3，常開觸點(diǎn)0.02閉合，輸出線圈10.01被驅(qū)動(dòng)，并自鎖，接觸器KM2得電，其主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)反轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，常閉觸點(diǎn)10.01斷開，以確保10.00不能得電，實(shí)行軟件互鎖。停機(jī)時(shí)按下SB1，常閉觸點(diǎn)0.00斷開，過(guò)載時(shí)熱繼電器FR閉合，常閉觸點(diǎn)0.03斷開，這兩種情況都能使輸出繼電器10.00或10.01失電，從而導(dǎo)致KM1和KM2失電，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

通過(guò)這個(gè)“翻譯”過(guò)程，學(xué)生很容易找出其中的竅門，也能夠一步步分析出梯形圖的功能，對(duì)可編程控制器的工作原理有了初步的理解，即，輸入端的按鈕按下后，通過(guò)執(zhí)行存儲(chǔ)器內(nèi)部的正反轉(zhuǎn)程序，CPU發(fā)出控制命令，使輸出端的接觸器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制功能。學(xué)生在理解的同時(shí)也提高了學(xué)習(xí)興趣和信心。

（二）Y/Δ降壓起動(dòng)控制

1.繼電器控制系統(tǒng)

圖4主電路中，當(dāng)KMY主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)繞組以Y形方式連接；當(dāng)KM△主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)繞組以△方式連接。按下起動(dòng)按鈕SB2，電動(dòng)機(jī)先以星形接法降壓?jiǎn)?dòng)，然后再轉(zhuǎn)換成△接法全壓運(yùn)行。

2.PLC控制系統(tǒng)

圖4電路中需要用到時(shí)間繼電器KT，屬于通電延時(shí)型，而CPM2A內(nèi)部的定時(shí)器也相當(dāng)于通電延時(shí)型，可直接替換，但沒(méi)有具體的實(shí)物接線。PLC定時(shí)器與繼電器控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器相比有很多優(yōu)勢(shì)：首先，它在PLC內(nèi)部，多個(gè)使用時(shí)不需要考慮接線問(wèn)題；其次，每一個(gè)定時(shí)器的常開、常閉延時(shí)觸點(diǎn)可以任意使用，而時(shí)間繼電器的常開、常閉延時(shí)觸點(diǎn)是有限的。學(xué)生通過(guò)控制電路圖與梯形圖的轉(zhuǎn)換，在理解程序功能的基礎(chǔ)上能夠更加清楚地體會(huì)兩者之間的對(duì)比，從而幫助學(xué)生掌握PLC中定時(shí)器在編程中的使用。

根據(jù)前面所介紹的“翻譯”步驟，學(xué)生很容易可以得到Y(jié)/Δ降壓起動(dòng)控制PLC接線圖、I/O口分配表和梯形圖。其中PLC接線圖、I/O口分配表這里不再一一列出，而梯形圖如圖5所示，具體操作過(guò)程為：按下起動(dòng)按鈕，輸入點(diǎn)0.02接通，輸出線圈10.00、10.01上電并自鎖，接觸器KM、KMY得電，主電路中相應(yīng)的主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)定子繞組在Y形連接下降壓?jiǎn)?dòng)。同時(shí)定時(shí)器TIM000啟動(dòng)，開始定時(shí)，經(jīng)過(guò)2秒后，T0常閉觸點(diǎn)繼開，切斷輸出線圈10.01，KMY失電，主觸頭斷開，切斷降壓?jiǎn)?dòng)回路；T0常開觸點(diǎn)閉合，輸出線圈10.02上電，KM△得電，主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)定子繞組在△連接下全壓運(yùn)行。停車時(shí)按下SB1，梯形圖中0.00斷開，或者電路發(fā)生過(guò)載時(shí)，梯形圖中0.02斷開，接觸器KM和KM△失電，主觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

以上兩個(gè)案例中，教師可進(jìn)一步拓展知識(shí)點(diǎn)，比如電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，也可用SET、RSET指令或者KEEP指令來(lái)完成；比如電動(dòng)機(jī)的Y/Δ降壓起動(dòng)，也可使用其他的控制方案。經(jīng)驗(yàn)法教學(xué)的重點(diǎn)在于學(xué)生通過(guò)“翻譯”過(guò)程理解PLC控制系統(tǒng)的組成、工作原理、梯形圖程序的編寫規(guī)則、指令系統(tǒng)的綜合應(yīng)用、編程思維的建立。而教學(xué)的難點(diǎn)在于“翻譯”得出的梯形圖并非是最簡(jiǎn)的，學(xué)生必須根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的要求進(jìn)一步修改與完善，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入、經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，逐步進(jìn)行一些簡(jiǎn)單程序的設(shè)計(jì)。

總之，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法可以在學(xué)生繼電器控制思想的基礎(chǔ)上逐漸引入PLC的編程思想，過(guò)渡性小，學(xué)生易于接受，這種方法適用于較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)和復(fù)雜控制系統(tǒng)的部分程序，對(duì)初學(xué)者是必備的一項(xiàng)編程技能。筆者通過(guò)兩年的實(shí)踐，在中級(jí)工學(xué)生的PLC教學(xué)上取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴一平.可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用（歐姆龍機(jī)型）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[2]戴一平.可編程控制器技術(shù)訓(xùn)練與拓展[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.