關(guān)于PLC工作原理的教學(xué)分析與設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)立明，李 敏，甘功程，陳 科

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002）

關(guān)于PLC工作原理的教學(xué)分析與設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)立明，李 敏，甘功程，陳 科

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002）

隨著技術(shù)的發(fā)展與人們生活質(zhì)量的不斷提高，工農(nóng)業(yè)和民用各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)化程度的要求與日俱進(jìn)。要提高自動(dòng)化程度，少不了要應(yīng)用可編程控制器（簡(jiǎn)稱PLC），所以高等教育有關(guān)工科專業(yè)都開設(shè)了PLC技術(shù)相關(guān)課程。老師們對(duì)PLC工作原理的教學(xué)抱有不同態(tài)度，特別是職業(yè)院校老師，大多數(shù)認(rèn)為工作原理抽象難懂，學(xué)生聽不懂也沒多大必要。筆者在教學(xué)過程中多次巧遇學(xué)生設(shè)計(jì)的PLC控制系統(tǒng)存在異常，分析原因都是由于沒理解好PLC的工作原理造成的。

PLC；工作原理；教學(xué)；分析；設(shè)計(jì)

PLC應(yīng)用日益廣泛，隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，很多已就職的機(jī)械類技術(shù)員都意識(shí)到要惡補(bǔ)PLC知識(shí)和技能，學(xué)習(xí)、使用PLC都要進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修，都離不開PLC控制程序，都需要理解PLC的工作原理。

1 異?，F(xiàn)象的案例介紹

（1）電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)——連續(xù)控制系統(tǒng)異常。①電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)——連續(xù)控制的要求。某企業(yè)一臺(tái)機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)需要采用PLC控制，該電動(dòng)機(jī)要求能正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)——連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)并調(diào)試，即：設(shè)計(jì)電氣原理圖（包含主電路和PLC控制I/O接線圖），列PLC的I/O地址分配表，編寫PLC控制程序，安裝、并通電調(diào)試。②初學(xué)者的設(shè)計(jì)方案。此案例采用節(jié)約PLC輸入點(diǎn)的做法，熱繼電器的觸點(diǎn)不占PLC輸入點(diǎn)，在接觸器線圈回路中串熱繼電器的常閉觸點(diǎn)，另外，所有按鈕都接常開觸點(diǎn)。因篇幅原因，在此省略主電路和PLC控制I/O接線圖，I/O地址表如表1所示，初學(xué)者設(shè)計(jì)的PLC控制程序如圖1所示。③調(diào)試出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象。按圖1程序進(jìn)行調(diào)試，接線、硬件都正確，按正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕能進(jìn)行正常啟動(dòng)，在運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，按停止按鈕也能進(jìn)行正常停止，但是，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)都異常，按下正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕，松開按鈕后，電動(dòng)機(jī)并不停止而是像連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一樣繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。

圖1 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)-連續(xù)的PLC控制程序（有異?，F(xiàn)象）

表1 電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)-連續(xù)控制的I/O地址表

2 PLC工作原理

PLC有RUN和STOP兩種工作模式，只有在RUN模式才執(zhí)行用戶程序（又叫PLC控制程序）。PLC在RUN模式時(shí)，不僅需要完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)，還要按順序進(jìn)行輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新。

輸入采樣階段：實(shí)際是集中輸入。在程序執(zhí)行之前，將每個(gè)輸入端子對(duì)應(yīng)的輸入電路的通斷狀態(tài)進(jìn)行采樣，并將信息寫入輸入寄存器。外部輸入電路接通，寫入“1”，稱為“1”狀態(tài)。外部輸入電路斷開，寫入“0”，稱為“0”狀態(tài)。

程序執(zhí)行階段：PLC是典型的串行工作方式，是按第一步運(yùn)算→第二步運(yùn)算……最后一步運(yùn)算，掃描到END指令才算程序執(zhí)行完。PLC在程序執(zhí)行階段，總是按先左后右，先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描。每執(zhí)行一條指令時(shí)，所需要的輸入狀態(tài)或其他元件的狀態(tài)，分別從輸入寄存器或元件寄存器中讀取，再將執(zhí)行結(jié)果（邏輯運(yùn)算的結(jié)果）寫入到元件寄存器中。

輸出刷新階段：PLC是典型的串行工作方式，是按第一步運(yùn)算→第二步運(yùn)算……最后一步運(yùn)算，掃描到END指令才算程序執(zhí)行完。PLC輸出刷新實(shí)際是集中輸出，它并不是每執(zhí)行程序的一個(gè)邏輯行就立即驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載工作，而是在整個(gè)程序執(zhí)行一遍后，將所有輸出寄存器的0、1狀態(tài)在同一時(shí)刻集中傳送到輸出鎖存器，如果用戶程序中某一個(gè)輸出的邏輯值為“1”，對(duì)應(yīng)的輸出寄存器為“1”狀態(tài)，外部負(fù)載得電工作。反之外部負(fù)載失電停止工作。

3 運(yùn)用PLC工作原理分析、排查案例異常問題

正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)操作：如圖1所示，按下正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕SB3，在按下SB3的一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，SB3對(duì)應(yīng)的輸入寄存器X2為“1”狀態(tài)，在這個(gè)掃描周期的程序執(zhí)行階段，計(jì)算出輸出Y000的邏輯值為“1”，后面的邏輯行都不滿足條件，所以，掃描運(yùn)行到END，都只有Y000的邏輯值為“1”，通過輸出刷新，于是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。在電動(dòng)機(jī)已正轉(zhuǎn)的情況下，松開按鈕SB3，在松開SB3的下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，SB3對(duì)應(yīng)的輸入寄存器X002為“0”狀態(tài)，于是X2的常閉觸點(diǎn)邏輯值為“1”，但此時(shí)因Y000在上一個(gè)掃描周期（即：在松開SB3的那個(gè)掃描周期）中還是“1”狀態(tài)，所以，本次掃描周期中，Y000常開觸點(diǎn)邏輯值為“1”，于是對(duì)Y000常開觸點(diǎn)串聯(lián)X2常閉觸點(diǎn)的邏輯行進(jìn)行計(jì)算，得出Y000的邏輯值繼續(xù)為“1”，通過輸出刷新，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)。后面周而復(fù)始循環(huán)掃描的結(jié)果，Y000的邏輯值都為“1”，所以用圖1所示控制程序，出現(xiàn)了即使按正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕并不是點(diǎn)動(dòng)效果的異?，F(xiàn)象，用同樣的原理可以分析出圖1反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)異常的原因。

4 PLC工作原理的教學(xué)設(shè)計(jì)

PLC工作原理抽象，如果采用傳統(tǒng)的理論教學(xué)方法，學(xué)生很難理解，因?yàn)椴焕斫猓绻霈F(xiàn)上述案例所述的這種異常情況，學(xué)生沒辦法分析故障原因，更談不上排除故障了。上述電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)——連續(xù)控制的異常現(xiàn)象是個(gè)很好的PLC工作原理教學(xué)案例，可以設(shè)計(jì)成電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)——連續(xù)控制系統(tǒng)異常的故障分析與排查任務(wù)，讓學(xué)生先體驗(yàn)異?，F(xiàn)象，帶著故障分析與排查任務(wù)，講授PLC工作原理，這樣，肯定能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。

[1]廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用：第3版[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2014.

[2]鄭燕.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2014.

[3]阮友德.任務(wù)引領(lǐng)型PLC應(yīng)用技術(shù)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

簡(jiǎn)立明（1968-），女，湖南邵東人，主要研究方向：PLC、變頻調(diào)速、伺服等工控技術(shù)。