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摘要:鉴于PLC的各种优点,其在工业中被广泛应用,编程控制器梯形图设计是其应用的最重要的环节。本文介绍了可编程控制器梯形图设计的两条基本原则,并举例说明了每一条原则。
关键词:可编程控制器;梯形图;原则
作者简介:田琳(1973-),女,山东鱼台人,伊犁师范学院物理与电子信息学院,助教,教育学硕士,主要研究方向:电路实验教学和研究。(新疆 伊宁 835000)
可编程序控制器PLC(Programmable Logic Computer)是数字运算操作的电子系统装置的一种,其核心是微处理器。它采用可编程的存储器,其存储器将程序、参数、数据存储器等存入内附的EEPROM中,不用备用电源即可保存。可编程序控制器专为在工业现场应用而设计,现场输入接口电路一般由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。由于输入和输出端是靠光信号耦合的,在电气上是完全隔离的,因此输出的信号不会反馈到输入端,也不会产生地线干扰或其它串扰。同时,由于发光二极管的正向阻抗值较低,而外界干扰源的内阻一般较高,根据分压原理可知,干扰源能馈送到输入端的干扰噪声很小。正是由于PLC在现场信号的输入环节采用了光电藕合,因而增强了抗干扰能力,而且PLC克服了传统继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点。
鉴于PLC的各种优点和在工业中的广泛应用,可编程序控制技术是电子信息专业是一门重要的专业选修课。该课程是伊犁师范学院(以下简称“我院”)电子信息专业自动控制方向继开设“电路分析”、“模拟电路”、“数字电路”、“自动化控制原理”、“电机拖动”后的一门独立的课程。该课程是加强学生的专业实践能力,培养学生运用理论知识解决实际问题、训练科学实验的能力和创造能力的重要环节。学生通过综合运用所学的专业知识,结合PLC的特点完成控制要求,一方面可以巩固“电路分析”、“模拟电路”、“数字电路”、“自动化控制原理”等课程知识和实验技能,另一方面可以提高学生综合运用电子技术知识解决实际问题的能力。学生在社会上就业,到用人单位所运到的软件和程序不尽相同,如果选修了该课程,能为学生在工作岗位上创造性地学习和运用新知识打下良好的基础。我院的教学条件是:实验室配备湖北众友公司生产的ZY17PLC12BC型实验箱,实验箱有可供学生编程控制入门的现成的实验案例,如电动机正反转、交通灯模拟等,又有可供学生自主实现模拟控制的扩展区,为学生完成模拟设计提供了条件。
PLC的程序编制是采用了一套以继电器梯形图为基础的指令形式。ZY17PLC12BC型实验箱的PLC主机采用的是目前工业控制中应用最普遍的三菱主机的FX1S-20MR(20点)型。FXGP_WIN-C编程软件是三菱FX系列PLC的编程环境,它是由三菱公司开发的。该论文梯形图指令就是在FXGP_WIN-C编程软件下实现的FX1S型文件。由于梯形图比较直观,控制过程可以监控,是学生乐于接受的。下面主要结合PLC的梯形图指令编制来说明我们课程所做的探索。
一、案例教学
该课程的实验教学简单,在给定实验程序的情况下,学生很快就会把所有的实验做完,但是要想自己根据要求设计出控制程序,这就要求学生下功夫研究现有程序的应用方法。为了促使学生自行掌握PLC的编程,PLC教学课题组教师给出一到两个可编程控制的案例。具体说来我们做了以下工作。
1.学生明确被控对象的输入和输出以及中间逻辑的关系
在完成控制之初,要求学生深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求,必须在编制梯形图之前考虑清楚输入和输出以及动作顺序、动作条件和连锁以及操作方式(手动、自动、连续等)控制的基本方式。这就需要运用到学生所学的专业知识,如时序逻辑电路的知识等。下面是给出的洗衣机的程序控制程序,并以此为例来说明梯形指令编写方法。我们要实现的功能是:先把脏衣服漂洗2分钟,浸泡5分钟,然后再漂洗13分钟。然后对这个过程的动作进行分析:只要我们按一下洗衣服的按钮,接下来就是洗衣机自动而且连续实现漂洗几分钟,浸泡几分钟,然后再漂洗的动作。由此我们可以得到结论:整个被控制部分的输入部分有一个,就是启动按钮;其输出部分有两个,一个输出外接使洗衣机漂洗电路,另外一个输出是浸泡时间的显示电路。(如图1所示)从第0步到第13步:按钮X000为启动洗衣机洗涤按钮,X001为复位按钮,按钮X000和继电线圈M0互锁,按下按钮X000,可以触发定时器T0、T1和T2;从第13步到第16步:T0和M0触发继电线圈M1,从第16步到第19步:T0和T1触发继电线圈M2,从第19步到第22步:T1和T2触发继电线圈M2,从第22步到第25步:继电线圈M1和M3被触发时输出Y000即洗涤。从第25步到第27步:继电线圈M2被触发时输出Y001即浸泡显示灯。
2.学生把要实现的目标分成小模块逐步实现编程,然后再综合起来实现功能
PLC教学课题组教师以抢答器为例说明该设计方法,首先要求学生被控对象的输入和输出以及中间逻辑的关系,这里就要用到自锁、互锁等概念,在搞清楚输入和输出以及中间逻辑的关系之后,工作就完成了一大半。但是学生容易出现的问题是急于把所有的梯形图全部编制出来,结果往往导致编制的程序不能运行,这样就要求教师引导学生正确的设计思路。也就是我们要求学生的第二点把要实现的目标分成小模块逐步实现编程,然后再综合起来实现功能。
对较复杂的控制系统,我们要求学生根据生产工艺要求,把要实现的目标分成小的模块,每一个模块实现其中的一个小的方面的功能,每个小的模块的功能都分别实现以后,再综合起来,实现要实现的目标。为了让学生完成一个四路抢答器的设计,首先我们要求学生编程实现四路抢答部分,然后实现答题计时部分。
如图2所示:该梯形图是抢答部分的梯形图设计,程序的第1步到第7步是第0路抢答的程序,X000是抢答按钮,和第0路的显示电路部分Y000互锁,X004是控制和复位按钮。程序的第7步到第14步是第1路抢答的程序,X001是抢答按钮,和第1路的显示电路部分Y001互锁,X004是控制和复位按钮。从第14步到28步程序功能相同。这一部分电路功能实现以后再实现答题计时部分。
图3是抢答器的定时答题工作控制电路的梯形图,X006是抢答计时开始按钮,由主持人操作,X005是控制和计时复位按钮,程序实现的功能是答题一分钟,输出电路Y004显示到答题58秒时,蜂鸣器工作2秒,提示答题时间到,然后答题时间和蜂鸣器同时结束。
合并在一起抢答器的整体功能得以实现。其中控制按钮X000,X001,X002,X003是抢答按钮,X004,X005,X006是主持人控制的按钮,X004是主持人控制的抢答按钮,X005是答题控制和复位按钮,X006是答题开始按钮。
总之,可编程控制器的梯形图设计教学中要求学生不能盲目地开始编程,在编制梯形图以前要对整个控制工程有清醒地认识,对输入和输出的设置以及中间的逻辑关系要考虑清楚,要对整个的控制工程有整体的规划,然后在分模块逐步实现,直到实现目标。
二、学生自主学习
课题组所提倡的自主学习主要的教学思想是:在完成正常教学所要求的实验以外,要求学生必须完成一个到两个自行设计的控制过程,而且完成的设计任务越新颖,越有创造性,学生将取得更好的成绩。如果学生不能完成设计过程,该选修成绩就不能及格。或者可以认为学生没有选修该课程,教师可以不给学生成绩。控制方案可以由学生自己设计,也可以由教师提供。教师有备选的30个题目供学生选择,如节日循环彩灯、太阳能自动给水和加热控制器、广场音乐喷泉等,学生可以根据自己的层次选择自己可以设计的题目,从而使不同层次的学生都可以得到提高。通过方法迫使学生为了取得好成绩,必须很好地完成设计任务。为了提出新颖的创意,学生就必须查资料,或结合社会生产和自己生活中遇到的实际问题提出设计思路,并实现控制过程。
三、教学效果及需要改进的方面
取得的教学成绩:通过该教学思路的实施,得到的教学效果是学生专业技能的提高和自信心的增强。学生设计的自动可乐零售机的控制器等,方法和思路都很新颖。如果能够实现实物将是不错的大学生科技创新产品。有的同学因为在PLC方面的专长被技工学校录用,学生学习PLC的热情高涨,有的同学毕业论文设计就是用该课程为主要内容完成的。
需要改进的方面:从教的方面来讲,要注意教学资料的积累和教学的持续性,往届学生的设计可以提供给新一届的学生作为参考资料;对有创造性的设计,要鼓励、督促、支持学生实现实物,以更好地推动下一届学生的教学,让下一届学生有一个努力学习和赶超的目标和方向。从学的方面来说:学生也有消极应付的现象,比如从网上下载一些程序,或者是请同学帮助自己实现程序,自己大概了解其操作就了事;有的学生因为长时间(比如说5次课)不能使用梯形图指令的应用方法而产生了畏难心理。
四、结束语
总之,PLC这门课程是应用性比较强的一门课程,在学习的过程中我们既可以锻炼学生适应就业市场的需要,又可以培训学生具有正确项目的设计方法。我们在教学中采取既有详实的教学案例可供学习,又有严格的教学管理方法,强迫学生努力学习,通过该课程的学习,学生无论从思想上还是从专业知识运用上都有质的飞跃。今后我们将在实践中不断地改进和探索PLC的教学方法,为培养出更优秀的人才而努力。
参考文献:
[1]王永华.现代电气控制及可编程控制技术[M].北京:北京航空航天出版社,2002.
[2]徐德,孙同余,陈桂友.可编程序控制器(PLC)应用技术[M].济南:山东科学技术出版社,2002.
[3]皮壮行,宫振鸣,李雪华.可编程序控制器系统设计及应用实例[M].北京:机械工业出版社,2001.
[4]常斗南.可编程控制器原理、应用、实验[M].北京:机械工业出版社,2002.
[5]胡学林.可编程控制器教程(实训篇)[M].北京:电子工业出版社.
[6]何军锋.基于可编程控制器的分切机控制系统的研究[D].西安:西安理工大学,2008.
(责任编辑:郝魁府)
关键词:可编程控制器;梯形图;原则
作者简介:田琳(1973-),女,山东鱼台人,伊犁师范学院物理与电子信息学院,助教,教育学硕士,主要研究方向:电路实验教学和研究。(新疆 伊宁 835000)
可编程序控制器PLC(Programmable Logic Computer)是数字运算操作的电子系统装置的一种,其核心是微处理器。它采用可编程的存储器,其存储器将程序、参数、数据存储器等存入内附的EEPROM中,不用备用电源即可保存。可编程序控制器专为在工业现场应用而设计,现场输入接口电路一般由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。由于输入和输出端是靠光信号耦合的,在电气上是完全隔离的,因此输出的信号不会反馈到输入端,也不会产生地线干扰或其它串扰。同时,由于发光二极管的正向阻抗值较低,而外界干扰源的内阻一般较高,根据分压原理可知,干扰源能馈送到输入端的干扰噪声很小。正是由于PLC在现场信号的输入环节采用了光电藕合,因而增强了抗干扰能力,而且PLC克服了传统继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点。
鉴于PLC的各种优点和在工业中的广泛应用,可编程序控制技术是电子信息专业是一门重要的专业选修课。该课程是伊犁师范学院(以下简称“我院”)电子信息专业自动控制方向继开设“电路分析”、“模拟电路”、“数字电路”、“自动化控制原理”、“电机拖动”后的一门独立的课程。该课程是加强学生的专业实践能力,培养学生运用理论知识解决实际问题、训练科学实验的能力和创造能力的重要环节。学生通过综合运用所学的专业知识,结合PLC的特点完成控制要求,一方面可以巩固“电路分析”、“模拟电路”、“数字电路”、“自动化控制原理”等课程知识和实验技能,另一方面可以提高学生综合运用电子技术知识解决实际问题的能力。学生在社会上就业,到用人单位所运到的软件和程序不尽相同,如果选修了该课程,能为学生在工作岗位上创造性地学习和运用新知识打下良好的基础。我院的教学条件是:实验室配备湖北众友公司生产的ZY17PLC12BC型实验箱,实验箱有可供学生编程控制入门的现成的实验案例,如电动机正反转、交通灯模拟等,又有可供学生自主实现模拟控制的扩展区,为学生完成模拟设计提供了条件。
PLC的程序编制是采用了一套以继电器梯形图为基础的指令形式。ZY17PLC12BC型实验箱的PLC主机采用的是目前工业控制中应用最普遍的三菱主机的FX1S-20MR(20点)型。FXGP_WIN-C编程软件是三菱FX系列PLC的编程环境,它是由三菱公司开发的。该论文梯形图指令就是在FXGP_WIN-C编程软件下实现的FX1S型文件。由于梯形图比较直观,控制过程可以监控,是学生乐于接受的。下面主要结合PLC的梯形图指令编制来说明我们课程所做的探索。
一、案例教学
该课程的实验教学简单,在给定实验程序的情况下,学生很快就会把所有的实验做完,但是要想自己根据要求设计出控制程序,这就要求学生下功夫研究现有程序的应用方法。为了促使学生自行掌握PLC的编程,PLC教学课题组教师给出一到两个可编程控制的案例。具体说来我们做了以下工作。
1.学生明确被控对象的输入和输出以及中间逻辑的关系
在完成控制之初,要求学生深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求,必须在编制梯形图之前考虑清楚输入和输出以及动作顺序、动作条件和连锁以及操作方式(手动、自动、连续等)控制的基本方式。这就需要运用到学生所学的专业知识,如时序逻辑电路的知识等。下面是给出的洗衣机的程序控制程序,并以此为例来说明梯形指令编写方法。我们要实现的功能是:先把脏衣服漂洗2分钟,浸泡5分钟,然后再漂洗13分钟。然后对这个过程的动作进行分析:只要我们按一下洗衣服的按钮,接下来就是洗衣机自动而且连续实现漂洗几分钟,浸泡几分钟,然后再漂洗的动作。由此我们可以得到结论:整个被控制部分的输入部分有一个,就是启动按钮;其输出部分有两个,一个输出外接使洗衣机漂洗电路,另外一个输出是浸泡时间的显示电路。(如图1所示)从第0步到第13步:按钮X000为启动洗衣机洗涤按钮,X001为复位按钮,按钮X000和继电线圈M0互锁,按下按钮X000,可以触发定时器T0、T1和T2;从第13步到第16步:T0和M0触发继电线圈M1,从第16步到第19步:T0和T1触发继电线圈M2,从第19步到第22步:T1和T2触发继电线圈M2,从第22步到第25步:继电线圈M1和M3被触发时输出Y000即洗涤。从第25步到第27步:继电线圈M2被触发时输出Y001即浸泡显示灯。
2.学生把要实现的目标分成小模块逐步实现编程,然后再综合起来实现功能
PLC教学课题组教师以抢答器为例说明该设计方法,首先要求学生被控对象的输入和输出以及中间逻辑的关系,这里就要用到自锁、互锁等概念,在搞清楚输入和输出以及中间逻辑的关系之后,工作就完成了一大半。但是学生容易出现的问题是急于把所有的梯形图全部编制出来,结果往往导致编制的程序不能运行,这样就要求教师引导学生正确的设计思路。也就是我们要求学生的第二点把要实现的目标分成小模块逐步实现编程,然后再综合起来实现功能。
对较复杂的控制系统,我们要求学生根据生产工艺要求,把要实现的目标分成小的模块,每一个模块实现其中的一个小的方面的功能,每个小的模块的功能都分别实现以后,再综合起来,实现要实现的目标。为了让学生完成一个四路抢答器的设计,首先我们要求学生编程实现四路抢答部分,然后实现答题计时部分。
如图2所示:该梯形图是抢答部分的梯形图设计,程序的第1步到第7步是第0路抢答的程序,X000是抢答按钮,和第0路的显示电路部分Y000互锁,X004是控制和复位按钮。程序的第7步到第14步是第1路抢答的程序,X001是抢答按钮,和第1路的显示电路部分Y001互锁,X004是控制和复位按钮。从第14步到28步程序功能相同。这一部分电路功能实现以后再实现答题计时部分。
图3是抢答器的定时答题工作控制电路的梯形图,X006是抢答计时开始按钮,由主持人操作,X005是控制和计时复位按钮,程序实现的功能是答题一分钟,输出电路Y004显示到答题58秒时,蜂鸣器工作2秒,提示答题时间到,然后答题时间和蜂鸣器同时结束。
合并在一起抢答器的整体功能得以实现。其中控制按钮X000,X001,X002,X003是抢答按钮,X004,X005,X006是主持人控制的按钮,X004是主持人控制的抢答按钮,X005是答题控制和复位按钮,X006是答题开始按钮。
总之,可编程控制器的梯形图设计教学中要求学生不能盲目地开始编程,在编制梯形图以前要对整个控制工程有清醒地认识,对输入和输出的设置以及中间的逻辑关系要考虑清楚,要对整个的控制工程有整体的规划,然后在分模块逐步实现,直到实现目标。
二、学生自主学习
课题组所提倡的自主学习主要的教学思想是:在完成正常教学所要求的实验以外,要求学生必须完成一个到两个自行设计的控制过程,而且完成的设计任务越新颖,越有创造性,学生将取得更好的成绩。如果学生不能完成设计过程,该选修成绩就不能及格。或者可以认为学生没有选修该课程,教师可以不给学生成绩。控制方案可以由学生自己设计,也可以由教师提供。教师有备选的30个题目供学生选择,如节日循环彩灯、太阳能自动给水和加热控制器、广场音乐喷泉等,学生可以根据自己的层次选择自己可以设计的题目,从而使不同层次的学生都可以得到提高。通过方法迫使学生为了取得好成绩,必须很好地完成设计任务。为了提出新颖的创意,学生就必须查资料,或结合社会生产和自己生活中遇到的实际问题提出设计思路,并实现控制过程。
三、教学效果及需要改进的方面
取得的教学成绩:通过该教学思路的实施,得到的教学效果是学生专业技能的提高和自信心的增强。学生设计的自动可乐零售机的控制器等,方法和思路都很新颖。如果能够实现实物将是不错的大学生科技创新产品。有的同学因为在PLC方面的专长被技工学校录用,学生学习PLC的热情高涨,有的同学毕业论文设计就是用该课程为主要内容完成的。
需要改进的方面:从教的方面来讲,要注意教学资料的积累和教学的持续性,往届学生的设计可以提供给新一届的学生作为参考资料;对有创造性的设计,要鼓励、督促、支持学生实现实物,以更好地推动下一届学生的教学,让下一届学生有一个努力学习和赶超的目标和方向。从学的方面来说:学生也有消极应付的现象,比如从网上下载一些程序,或者是请同学帮助自己实现程序,自己大概了解其操作就了事;有的学生因为长时间(比如说5次课)不能使用梯形图指令的应用方法而产生了畏难心理。
四、结束语
总之,PLC这门课程是应用性比较强的一门课程,在学习的过程中我们既可以锻炼学生适应就业市场的需要,又可以培训学生具有正确项目的设计方法。我们在教学中采取既有详实的教学案例可供学习,又有严格的教学管理方法,强迫学生努力学习,通过该课程的学习,学生无论从思想上还是从专业知识运用上都有质的飞跃。今后我们将在实践中不断地改进和探索PLC的教学方法,为培养出更优秀的人才而努力。
参考文献:
[1]王永华.现代电气控制及可编程控制技术[M].北京:北京航空航天出版社,2002.
[2]徐德,孙同余,陈桂友.可编程序控制器(PLC)应用技术[M].济南:山东科学技术出版社,2002.
[3]皮壮行,宫振鸣,李雪华.可编程序控制器系统设计及应用实例[M].北京:机械工业出版社,2001.
[4]常斗南.可编程控制器原理、应用、实验[M].北京:机械工业出版社,2002.
[5]胡学林.可编程控制器教程(实训篇)[M].北京:电子工业出版社.
[6]何军锋.基于可编程控制器的分切机控制系统的研究[D].西安:西安理工大学,2008.
(责任编辑:郝魁府)