PLC學(xué)與教體會(huì)談

崔永利

（浙江金華技師學(xué)院 浙江 金華 321017）

PLC學(xué)與教體會(huì)談

崔永利

（浙江金華技師學(xué)院 浙江 金華 321017）

總結(jié)PLC學(xué)與教經(jīng)驗(yàn)，從整合教材內(nèi)容、理清授課思路，PLC控制電路設(shè)計(jì)方法新分類兩個(gè)方面詳細(xì)論述了將學(xué)生迅速引入PLC知識(shí)大門的方法。

PLC；學(xué)與教；體會(huì)；教材

PLC知識(shí)進(jìn)入我國(guó)職教教材只有十多年的時(shí)間，可是在國(guó)內(nèi)許多大企業(yè)PLC技術(shù)早已得到廣泛應(yīng)用。

筆者的PLC知識(shí)是五年前培訓(xùn)學(xué)來(lái)的。學(xué)完后，又開展了PLC課程的教學(xué)。通過(guò)學(xué)和教，筆者有了許多體會(huì)，現(xiàn)介紹如下。

整合教材內(nèi)容，理清授課思路

現(xiàn)有很多關(guān)于PLC的教材或書籍編寫得雜亂無(wú)序，各種版本的所謂的PLC精品課程無(wú)標(biāo)準(zhǔn)、不規(guī)范。這使得剛接觸PLC的人很難入門。實(shí)際上，通過(guò)自身的學(xué)習(xí)過(guò)程，筆者覺得PLC比老式繼電器更容易學(xué)習(xí)。筆者將PLC教材整理后應(yīng)用于教學(xué)，可使學(xué)生用一兩個(gè)小時(shí)的時(shí)間就入門了。

筆者認(rèn)為編寫教材，一要簡(jiǎn)潔，二要有序。編寫的順序，應(yīng)按照學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，以學(xué)生想得到知識(shí)的迫切性為順序。學(xué)生最想了解的知識(shí)首先講，然后，再講學(xué)生最迫切知道的下一個(gè)問(wèn)題。此外，還要注意內(nèi)容簡(jiǎn)潔。例如，學(xué)生初次接觸PLC課程及教材，首先想知道什么叫PLC，這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該先講。筆者僅用一句話，就將這個(gè)問(wèn)題交待清楚了：“PLC就是‘可編程邏輯控制器’三個(gè)英文單詞的縮寫，可理解為一臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)?！边@個(gè)問(wèn)題對(duì)剛開始學(xué)習(xí)PLC的學(xué)生多講也沒有意義。要想讓學(xué)生了解得更深入，等學(xué)生對(duì)PLC知識(shí)掌握到一定程度再講才可以。

這個(gè)問(wèn)題講完后，根據(jù)筆者自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，接下來(lái)學(xué)生最想知道的問(wèn)題就是PLC是什么樣子的。根據(jù)這個(gè)思路，筆者講的第二個(gè)問(wèn)題就是PLC的外觀。PLC根據(jù)外觀來(lái)分類，可分為內(nèi)裝式和外裝式兩大類。外裝式像一個(gè)吊扇的調(diào)速器；內(nèi)裝式像一塊線路板，像電腦主機(jī)中的顯卡。

第三個(gè)問(wèn)題講PLC的用途。這個(gè)問(wèn)題也可用一句話高度概括：“PLC可用來(lái)替代老式繼電器電路的控制電路部分，替代后性能可大大改善?！?/p>

第四個(gè)問(wèn)題講PLC的優(yōu)點(diǎn)。筆者認(rèn)為講清PLC的優(yōu)點(diǎn)，主要要講PLC電路與老式繼電器電路相比較而產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。有些教材認(rèn)為：PLC編程簡(jiǎn)單，易學(xué)，易懂。筆者認(rèn)為這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)于電腦編程而言的，如何編程及精通各種程序語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員重點(diǎn)要學(xué)的，而PLC是電工專業(yè)人員重點(diǎn)要學(xué)的，兩者之間沒有什么可比性。有的教材認(rèn)為：PLC適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。但這個(gè)優(yōu)點(diǎn)老式繼電器電路也是具備的。筆者認(rèn)真總結(jié)了PLC的優(yōu)點(diǎn)：（1）實(shí)體（硬件）安裝方便?？刂齐娐飞蠜]有多少電線和元件，大部分工作在虛擬連接（軟件連接或編程）上進(jìn)行。（2）改變程序時(shí)，無(wú)須拆裝硬件。（3）可靠。因?yàn)椴捎昧舜罅寇浻|點(diǎn)，抗干擾性能強(qiáng)，使得出現(xiàn)差錯(cuò)或事故的概率大大降低，可延長(zhǎng)硬件壽命。（4）可節(jié)省許多繼電器，相應(yīng)地省下了許多元件，省下了安裝時(shí)間與勞動(dòng)力，硬件體積也變小了。

這樣，半小時(shí)左右就可以完成“PLC概述”這一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)。接下來(lái)，就可以講第二節(jié)內(nèi)容：PLC的安裝。PLC安裝可分六個(gè)步驟：（1）輸入輸出分配，要求畫一個(gè)I/O分配表；（2）畫硬件連接圖；（3）畫梯形圖；（4）寫出指令表；（5）將程序輸入PLC；（6）試車。其中，前四步是需要學(xué)生重點(diǎn)掌握的內(nèi)容。步驟講完后，舉典型實(shí)例——自鎖控制電路。這個(gè)電路只需著重講清LD、OR、ANI、OUT、END五個(gè)指令即可。但是，為了讓學(xué)生能夠迅速地適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，再增添LDI、ORI、AND三個(gè)指令，這樣就講全了最常用的八大指令，不太常用的指令可以先不講，以免學(xué)生學(xué)習(xí)抓不住重點(diǎn)或因指令過(guò)多記憶困難而出現(xiàn)厭學(xué)情緒。

第三節(jié)課和第四節(jié)課講PLC安裝步驟中各步驟的規(guī)律或要求。例如，第一步寫I/O分配表可歸納出以下規(guī)律：通常是一個(gè)按鈕需一個(gè)輸入點(diǎn)即X點(diǎn)，一個(gè)限位開關(guān)需要一個(gè)輸入點(diǎn)；一個(gè)熱繼電器的常閉觸點(diǎn)需要一輸入點(diǎn)，通常一個(gè)接觸器的線圈需要一個(gè)輸出點(diǎn)即Y點(diǎn)；一個(gè)電磁閥的線圈需要一個(gè)輸出點(diǎn)；一盞指示燈需要一個(gè)輸出點(diǎn)。自鎖控制電路的I/O分配表如表1所示。

表1 自鎖控制電路I/O分配表

第二步，講畫硬件連接圖的要求。畫硬件連接圖的要求如下：所有按鈕都采用常開觸頭。按鈕一端接相應(yīng)的X點(diǎn)，另一端接COM點(diǎn)。接觸器的線圈通常一端接相應(yīng)的Y點(diǎn)，另一端與所有接觸器的線圈連接在一起，然后，與熔斷器串聯(lián)，再接到220v電源上。220v的電源另一端，再串聯(lián)一個(gè)熔斷器，熔斷器的另一端與PLC的COM點(diǎn)連接在一起。對(duì)于三菱出品的PLC，一個(gè)接觸器的線圈有一個(gè)COM點(diǎn)，要將所有的COM點(diǎn)連接在一塊。如果是正反轉(zhuǎn)控制電路，那么其中的聯(lián)鎖觸點(diǎn)要與接觸器的線圈串聯(lián)。自鎖控制電路的硬件連接圖如圖1所示。

圖1 自鎖控制電路的硬件連接圖

第三步，寫梯形圖。這是大家都會(huì)注意的問(wèn)題，筆者就不贅述了。第四步，寫指令。先介紹前文所述的八大指令的具體含義。如LD通常的意義是將一常開觸點(diǎn)與起始母線聯(lián)接起來(lái)。以此類推，通常用四個(gè)小時(shí)時(shí)間就可以把已有老式繼電器電路知識(shí)基礎(chǔ)的學(xué)生引進(jìn)PLC知識(shí)的大門。許多PLC知識(shí)、如PLC工作原理、PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)、PLC發(fā)展歷史、PLC發(fā)展前景等內(nèi)容，筆者認(rèn)為可穿插到后面的章節(jié)講授，也可作為選學(xué)內(nèi)容或自學(xué)內(nèi)容。對(duì)PLC知識(shí)，應(yīng)使學(xué)生先增加一些感性知識(shí)，即先入門再逐步深入。另外，PLC結(jié)構(gòu)與工作原理不容易學(xué)習(xí)和掌握，對(duì)很多學(xué)生而言，學(xué)完這些后，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用PLC沒有多大意義。

在學(xué)生有了PLC入門基礎(chǔ)知識(shí)后，就可帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，引導(dǎo)他們自己做改造老式繼電器電路的實(shí)驗(yàn)。如用PLC進(jìn)行接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路實(shí)驗(yàn)、正反轉(zhuǎn)低高速啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)、正反轉(zhuǎn)能耗制動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)、一些液壓裝置等電路的改造實(shí)驗(yàn)。做完這些實(shí)驗(yàn)后，就可帶領(lǐng)飽嘗成功體驗(yàn)、信心滿滿的學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)新指令了。

PLC控制電路設(shè)計(jì)方法新分類

絕大多數(shù)有關(guān)PLC的教材書籍，關(guān)于PLC電路設(shè)計(jì)方法的分類都不夠科學(xué)和標(biāo)準(zhǔn)。各種書籍分類方法不統(tǒng)一，方法種類很多，使得初學(xué)者一下子搞不清楚，哪本書最好，哪種方法最好，哪種方法最易學(xué)，各種方法相比較各有什么優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)知識(shí)體系是怎樣的，各種辦法有什么聯(lián)系，有什么區(qū)別。例如，有些教材將PLC電路設(shè)計(jì)方法分成經(jīng)驗(yàn)法、原有電路改造法、邏輯設(shè)計(jì)法、步進(jìn)順序法等。除了設(shè)計(jì)方法分類之外，還將步進(jìn)順序法分成啟保停方式、STL方式、TL方式、以轉(zhuǎn)換為中心方式等。還有，用不同指令編寫實(shí)現(xiàn)同一種功能的程序，每一個(gè)相同功能的電路都不盡相同，每一本書中的介紹也不盡相同。筆者初學(xué)時(shí)感到一頭霧水，不易掌握。筆者還感到這些分類方法過(guò)于繁瑣，有必要重新整理歸納一下。筆者花費(fèi)了大量的時(shí)間，看了許多同類書籍以及許多網(wǎng)上發(fā)布的所謂精品課程，自己也做了大量的仿真實(shí)驗(yàn)后，認(rèn)為正確的PLC控制電路設(shè)計(jì)方法分類應(yīng)該是分為時(shí)間空間隔裂法（簡(jiǎn)稱為時(shí)空分裂法）和時(shí)間空間統(tǒng)一法（稱為時(shí)空統(tǒng)一法。）兩大類。大家最熟悉的紅綠燈PLC控制電路屬于時(shí)間空間隔裂法。它先對(duì)時(shí)間順序和紅綠黃三色燈工作持續(xù)時(shí)間進(jìn)行編寫程序，然后對(duì)每一盞燈，即對(duì)在空間存在的PLC控制對(duì)象編寫程序，如圖2所示。

圖2 梯形圖

從第二行到第九行，再算上倒數(shù)第三行和倒數(shù)第二行，共十行，屬于對(duì)時(shí)間編程；從第十行到第十五行就是對(duì)空間編程。從空間來(lái)看，有六種燈，東西綠、黃、紅三種燈，南北綠、黃、紅三種燈。從時(shí)間來(lái)看，有東西紅燈持續(xù)時(shí)間、南北紅燈持續(xù)時(shí)間、東西綠燈持續(xù)時(shí)間、東西綠燈閃光時(shí)間、東西黃燈持續(xù)時(shí)間等共十種時(shí)間。在時(shí)間段多、空間工作對(duì)象多的場(chǎng)合，宜用時(shí)空分裂法，而時(shí)間段多、空間工作對(duì)象少的場(chǎng)合宜用時(shí)空統(tǒng)一法。所謂的時(shí)間空間統(tǒng)一法，就是編寫程序時(shí)，對(duì)時(shí)間順序和空間存在的PLC的操作對(duì)象（如接觸器的線圈）同時(shí)考慮的編程方法。用PLC改造老式繼電器成熟的點(diǎn)動(dòng)、自鎖、正反轉(zhuǎn)、星三角降壓?jiǎn)?dòng)的電路屬于時(shí)間空間統(tǒng)一法，經(jīng)驗(yàn)法和步進(jìn)指令也屬于時(shí)間空間統(tǒng)一法。

使用時(shí)空隔裂法編寫程序和閱讀程序較容易。因?yàn)樗梢韵瓤紤]時(shí)間，再考慮空間。在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)考慮的因素變少了，注意力比較集中。化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，不易出錯(cuò)。一次性編程成功的幾率較高，可用在情況較復(fù)雜的場(chǎng)合；時(shí)空統(tǒng)一法的優(yōu)點(diǎn)是程序較短，可使PLC的掃描時(shí)間變短，可用在情況較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，例如機(jī)械手的梯形圖，雖然有許多時(shí)間段，但每一時(shí)間段只有一個(gè)空間存在的PLC控制對(duì)象在工作，在這種情況下，就可采用STL指令進(jìn)行編程。

這種分類法，不但清楚地將PLC知識(shí)梳理得一清二楚，而且還將PLC知識(shí)中哪些知識(shí)是必要的、重要的，哪些知識(shí)是可有可無(wú)的分辨得清清楚楚，還揭示了學(xué)習(xí)PLC知識(shí)的進(jìn)程及其每一進(jìn)程的目的性。如紅綠燈PLC控制電路，要想輕松地讀懂圖2或設(shè)計(jì)類似的梯形圖就必須搞懂時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器，及用PLC中的時(shí)間繼電器組成的振蕩器等知識(shí)。如圖2中倒數(shù)第二行與倒數(shù)第三行的梯形圖就是由PLC中的時(shí)間繼電器組成的脈沖振蕩器。如這個(gè)基本電路搞懂了，就看懂了這兩行的梯形圖。PLC中的時(shí)間繼電器與老式繼電器不同，其常開觸點(diǎn)同時(shí)俱有啟、保、停三種功能。對(duì)何時(shí)啟、何時(shí)停、何時(shí)保要搞清楚。這個(gè)搞清楚了，圖2基本就看懂了。這樣，就使學(xué)生明白了學(xué)習(xí)PLC中時(shí)間繼電器章節(jié)的目的意義，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)這一章節(jié)知識(shí)的自覺性，提高了學(xué)習(xí)效率。在講STL步進(jìn)指令時(shí)，可告訴學(xué)生學(xué)STL步進(jìn)指令的目的是達(dá)到掌握時(shí)空統(tǒng)一法應(yīng)用的最高境界，以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。它的優(yōu)點(diǎn)在于一個(gè)STL常開觸點(diǎn)同時(shí)俱備了啟、保、停三種功能，大大減化了梯形圖。

此時(shí)，學(xué)生對(duì)兩種方法基本都熟練并掌握了，剩下的就是PLC聯(lián)網(wǎng)的問(wèn)題了。這個(gè)問(wèn)題筆者認(rèn)為不屬于高職的研究范圍。如要研究，有以上基礎(chǔ)，學(xué)生可以臨時(shí)自學(xué)一下。

綜上所述，編寫有關(guān)PLC的教材，應(yīng)以學(xué)生想學(xué)會(huì)知識(shí)點(diǎn)的迫切性為編寫順序，并且講課內(nèi)容要簡(jiǎn)潔。PLC控制電路的設(shè)計(jì)方法，可分成時(shí)空隔裂法和時(shí)空統(tǒng)一法兩大類。這種分類法，揭示了整個(gè)PLC的知識(shí)體系、學(xué)習(xí)進(jìn)程以及學(xué)習(xí)的終極目標(biāo)，每一進(jìn)程與最終目標(biāo)的關(guān)系明確，使學(xué)生容易明白清楚，并且大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

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A

1672-5727（2012）04-0164-02

崔永利，男，金華技師學(xué)院實(shí)訓(xùn)處技電一體化教研室教師，研究方向?yàn)殡姽る娮印?/p>

（本文責(zé)任編輯：張維佳）

（本欄責(zé)任編輯：王恒）