對(duì)PLC教學(xué)的思考

李華

摘 要：智能制造對(duì)PLC教學(xué)提出了更高的要求，如何滿足不同行業(yè)對(duì)PLC教學(xué)的要求，是該專業(yè)教學(xué)目前面臨的主要問題。本文從機(jī)型選擇、教學(xué)、動(dòng)手能力等方面進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：PLC 教學(xué) 思考

PLC目前是智能制造業(yè)的核心設(shè)備，智能制造對(duì)PLC教學(xué)提出了很高的要求。按照認(rèn)知規(guī)律和職業(yè)能力培養(yǎng)的要求對(duì)課程進(jìn)行排序，也可以確立PLC在機(jī)電一體化專業(yè)中課程體系的核心地位。對(duì)于如此重要的一門課，如何能夠讓學(xué)生在學(xué)校中掌握其核心實(shí)質(zhì)，從而在工作中進(jìn)行更好的應(yīng)用？本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了闡述。

一、PLC教學(xué)機(jī)型的選擇

如何使PLC教學(xué)滿足不同行業(yè)的要求，是我們目前在教學(xué)中面臨的主要問題。由于不同型號(hào)PLC的差異較大，但學(xué)校的PLC教材一般只講單一機(jī)型，這主要與產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率有關(guān)。以作者所在地區(qū)為例，前幾年三菱的PLC市場(chǎng)占有率較高，但近幾年企業(yè)更新?lián)Q代過程中卻以西門子PLC為主了，如何在單一機(jī)型的PLC教學(xué)中貫穿對(duì)其他產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)，是當(dāng)前教學(xué)中面臨的主要困難。即使同一廠家的產(chǎn)品也面臨著更新。以西門子為例，以前的PLC教學(xué)都以S7-200為例，但是此型號(hào)已于2017年10月1日起正式進(jìn)入退市階段。因此PLC教學(xué)又面臨重新選擇型號(hào)的問題。下面以西門子的不同型號(hào)為例說明在教學(xué)中對(duì)機(jī)型的對(duì)比選擇。

1.西門子不同型號(hào)的PLC對(duì)比

（1）S7-200與S7-200。SMARTS7-200 SMART是S7-200的升級(jí)換代產(chǎn)品，它們的指令、程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)區(qū)和監(jiān)控方法相同。S7-200 SMART的標(biāo)準(zhǔn)型CPU有一個(gè)RS-485接口，增加了一個(gè)以太網(wǎng)接口，可以使用S7協(xié)議通信，有開放式用戶通信功能。CPU集成的I/O點(diǎn)數(shù)為20、30、40、60點(diǎn)。緊湊型CPU只有RS-485接口，其硬件與S7-200差不多。S7-200 SMART的編程軟件僅有200多MB，界面友好，非常好用。當(dāng)前PLC教學(xué)的主流機(jī)型還是S7-200，講授S7-200有利于現(xiàn)有設(shè)備的維護(hù)，有利于學(xué)習(xí)S7-200 SMART，可以使用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。如果繼續(xù)講S7-200，建議同時(shí)簡(jiǎn)要介紹S7-200 SMART，不講S7-200使用很少的某些功能和模塊的內(nèi)容。如果能解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備的問題，建議改用S7-200 SMART的教材。

（2）S7-300/400。S7-300/400是大中型PLC，在企業(yè)中廣泛使用。但是因?yàn)槠鋵W(xué)習(xí)難度較大并且實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)昂貴，因此對(duì)于技工學(xué)校基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生來說，掌握起來比較困難，直接開設(shè)S7-300/400有一定的難度。并且S7-200和S7-300/400的差別很大，學(xué)了S7-200以后自學(xué)S7-300/400也很困難，甚至很多工程師也需要參加S7-300/400的培訓(xùn)班。并且從目前的發(fā)展趨勢(shì)看，S7-300/400正在被S7-1200/1500取代。因此不建議直接選300/400作為教學(xué)機(jī)型。

（3）S7-1200/1500。S7-1200/1500是西門子新一代PLC，軟件平臺(tái)是TIA博途，TIA博途是集成了PLC、HMI和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的軟件，同時(shí)STEP 7專業(yè)版也支持S7-1200/1500。由于此機(jī)型是目前西門子的主推機(jī)型，因此建議有條件的學(xué)校將S7-1200作為PLC教學(xué)的首選機(jī)型。

2.主推型號(hào)PLC的優(yōu)點(diǎn)

（1）S7-1200具有先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)S7-300/400/1200具有先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)，它們的功能塊（FB）的靜態(tài)數(shù)據(jù)和背景數(shù)據(jù)塊解決了調(diào)用后保存內(nèi)部數(shù)據(jù)的問題，因此徹底解決了塊的可移植性問題。學(xué)習(xí)S7-1200可以了解先進(jìn)的結(jié)構(gòu)化編程思想。

（2）S7-1200具有很高的性價(jià)比。S7-1200的性能接近S7-300，以太網(wǎng)接口功能強(qiáng)大，價(jià)格比S7-300低得多，S7-1200的性價(jià)比極高。S7-1200的編程語言為L(zhǎng)AD、FBD和SCL，SCL（結(jié)構(gòu)化控制語言）是基于PASCAL的高級(jí)編程語言。同時(shí)TIA博途軟件采用的是多窗口結(jié)構(gòu)，操作直觀、使用方便、容易入門。

（3）學(xué)習(xí)S7-1200為自學(xué)S7-1500打下了基礎(chǔ)。S7-1200與S7-1500除了硬件差別較大外，S7-1200就是縮小版的S7-1500。它們的編程軟件、程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、指令、通信、監(jiān)控和故障診斷方法等完全相同或兼容。學(xué)好了S7-1200，自學(xué)S7-1500就非常容易了。

二、對(duì)PLC教學(xué)的一些建議

1.強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)

雖然PLC型號(hào)不同，但無論什么型號(hào)的PLC其本質(zhì)是相通的。比如PLC數(shù)制、編碼、數(shù)據(jù)類型、系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)、程序結(jié)構(gòu)等是PLC編程和應(yīng)用的基礎(chǔ)，除了單獨(dú)講授這些內(nèi)容，建議在教學(xué)過程中結(jié)合實(shí)例不斷地向?qū)W生強(qiáng)調(diào)這些基礎(chǔ)知識(shí)。

2.教學(xué)重點(diǎn)

（1）指令的教學(xué)。不同系列PLC的指令系統(tǒng)表面看起來有很大區(qū)別，實(shí)際上很多指令的功能相同，主要是顯示上的區(qū)別。重點(diǎn)是講清楚常用指令的基本功能。計(jì)算機(jī)各種編程語言的指令都有共同之處。學(xué)好某種PLC的指令，再學(xué)習(xí)其他PLC的指令就容易了。

（2）用戶程序結(jié)構(gòu)。不同型號(hào)的機(jī)型的用戶程序結(jié)構(gòu)是有差別的，無論哪一種型號(hào)的PLC，都建議通過實(shí)例來理解并掌握其用戶程序結(jié)構(gòu)。以西門子為例，在講授FC、FB和中斷程序的編寫和調(diào)用過程中，要理解背景數(shù)據(jù)塊的功能，要學(xué)會(huì)FC和FB的區(qū)別、選用原則、多重背景等。

（3）順序控制設(shè)計(jì)法?；陧樞蚬δ軋D的順序控制法簡(jiǎn)單易學(xué)，可以用于任意復(fù)雜的控制系統(tǒng)，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便。一般可以一次試車成功。三菱的PLC以及西門子S7-300/400/1500有順序功能圖編程語言，其他型號(hào)的PLC可以使用置位和復(fù)位指令的順序控制編程方法。

3.教學(xué)手段

（1）多媒體教學(xué)。多媒體教學(xué)是必要條件，用投影儀顯示PLC編程軟件和仿真軟件的操作和運(yùn)行過程，講課的重點(diǎn)是演示軟件的操作，例如硬件和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、項(xiàng)目和程序的生成、下載、調(diào)試和監(jiān)控、故障診斷、幫助功能的使用等。教師應(yīng)熟練地操作軟件。同時(shí)強(qiáng)調(diào)“看十遍書不如動(dòng)一次手”，學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)課和仿真實(shí)驗(yàn)來學(xué)習(xí)怎樣動(dòng)手。

（2）用組態(tài)軟件。對(duì)被控對(duì)象仿真PLC的用戶程序的模擬調(diào)試應(yīng)在正確的時(shí)間提供正確的反饋信號(hào)，實(shí)際上是用人的大腦來模擬被控對(duì)象的功能。如果模擬調(diào)試時(shí)的反饋信號(hào)不能真實(shí)地反映實(shí)際系統(tǒng)的情況，這樣的程序調(diào)試是毫無意義的。按比例縮小的物理模型（例如電梯和生產(chǎn)線）價(jià)格不菲，還容易出現(xiàn)故障，有的實(shí)驗(yàn)裝置只有固定的畫面和幾個(gè)指示燈。因此可用仿真。仿真軟件是學(xué)生自學(xué)和動(dòng)手的有力工具。以西門子為例，使用S7-1200的仿真軟件，不需要任何硬件，就可以運(yùn)行和調(diào)試用戶程序，包括對(duì)中斷、開放式用戶通信、S7通信和PID參數(shù)整定的仿真。

仿真、視頻、動(dòng)畫、PPT和各類教學(xué)資源都是好東西，是幫助我們學(xué)習(xí)的有益手段，但最終我們需要的是學(xué)生真正動(dòng)手做起來，做起來才是硬道理。這就需要有實(shí)踐條件來保障所有任務(wù)的實(shí)施。PLC教學(xué)過程遵循由淺入深的規(guī)律，學(xué)生需要從PLC接線開始入門，只有能夠獨(dú)立完成最基礎(chǔ)的接線操作才有可能理解各種指令的含義。對(duì)于技工學(xué)校的學(xué)生來說，動(dòng)手能力是學(xué)習(xí)的最基本能力，因此需要從動(dòng)手能力入手來提高學(xué)生的由認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的過程。

三、小結(jié)

總之，無論什么型號(hào)的PLC，學(xué)生都需要能夠在完成接線的基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)控制任務(wù)的分析及程序調(diào)試，只有獨(dú)立完成控制任務(wù)分析才能寫出符合要求的程序。每一個(gè)工作任務(wù)下發(fā)后，學(xué)生都要仔細(xì)分析及討論其工作過程，在充分研討的基礎(chǔ)上分配出符合要求的I/O。任務(wù)完成后的程序調(diào)試過程是學(xué)生的總結(jié)過程，所有程序的完成不可能一次調(diào)試成功，如何找出問題并解決之也是考查學(xué)生的基本功。這也是PLC教學(xué)需要完成的基本任務(wù)。

（作者單位：淄博市技師學(xué)院）