談教學中的可編程控制器綜合實踐活動

摘要：為鞏固和加深學生對可編程控制器（以下簡稱PLC）課程的理解及應用，提升學生的實踐動手能力，我主持指導機電一體化專業學生進行了PLC綜合實踐活動。顯然，這一活動既主要包括了PLC軟件應用，又包含了電氣、電子線路的實際接線和制作。更突出的特點是避免了高職院校PLC實踐教學上普遍同一個調（畫I/O圖、電氣控制圖、設計程序、監控下空載運行）的做法，變由學生實際制作和帶荷實際運行。它比監控運行或外接模型模擬運行來得更接近實際，更具操作性，更有成功感，大大地調動了學生學習積極性和興趣。

關鍵詞：可編程控制器；搶答器；綜合實踐；設計制作；活動

同行們都清楚，搞這一綜合實踐活動不容易！從內容的選取上來講，題材小，技術和操作技能含量就少，就顯得過于簡單；題材大了，則不切實際，難于制作，比如實際的機械手或電梯等。因此，要根據學院實際充分利用現有的設備、器材等全面考量，適當添加一些花錢較少又方便購買的元器件。從器材的準備上來說，要根據選取的實踐活動題材及早進行預算、購買齊全并預有備件，以防制作中損壞不能及時補上。從學生方面來說，要鼓動他們：這一場不光是知識應用的比試，而且是個人發揮、團隊精神、集體智慧和手藝、匠心的技能較量。從實踐小組的人員搭配、時間安排上來說，要認真考慮做好組織工作：宜3~4人一組，時間為1周。此外，還要充分準備好所需工具，缺少的要抓緊補充。總之，方方面面都必須充分考慮到、準備好。否則，很可能達不到預期的目的與效果。

一、 工具

（1）共用工具：手電鉆4把、開切電鋸1臺、砂輪機1臺等。

（2）各組工具：萬用表、小手錘、大小活絡扳手、直尺、卷尺、螺絲刀、平頭鉗、尖嘴鉗、剪刀、各式銼刀、電工刀、砂紙等。

二、 基本要求

按分配的設備器材，制作出設計合理、體積較小、功能較多、操作較方便、外形美觀的搶答器。

三、 設計及制作指導

（1）明確控制對象及控制范圍：詳細分析被控對象、控制過程和要求，熟悉了解工藝流程后列出控制系統的所有功能和指標要求，并指定較細致的工作進度計劃，注意程序設計要計劃最多時間。

（2）PLC控制系統I/O點數估算、畫出分配圖。

（3）硬件與程序設計：畫控制系統流程圖，進一步弄清各信息流之間的關系，然后具體安排輸入輸出的配置和地址編號，再畫出PLC端子和現場信號聯絡圖表。通常，硬件設計和程序編寫可平行進行，即進行程序設計的同時，可以進行硬件配備工作，如搶答器操作箱的制作、線路的安裝，PLC的安裝，輸入、輸出線的連接等。

（4）總裝統調：總裝統調前須進行模擬調試。用裝在PLC上的模擬開關模擬輸入信號的狀態，用輸出點的指示燈模擬被控對象，檢查程序沒有錯誤后，方可將PLC接到系統里去，進行總裝統調。

首先，對PLC外部接線要認真檢查，還可用自行編寫的試驗程序對外部線路做掃描通電檢查，檢查接線有無故障。然后在不接入主電路情況下先進行預調，確認接線無誤才接上主電路，將模擬調試好的程序送入存儲器進行總調試，直到各個部分的功能都正常且能協調一致成為一個完整的整體控制為止。假若統調達不到設計的要求，那可對硬件和軟件作調整，比如外圍線路及修改程序，一直到全部調試完成。

四、 完成情況及效果

（1）參加此次活動的共有9個小組，其中1個小組總裝統調最后未能完成。

（2）對剩下8個小組制作的搶答器現場進行操作驗證：其中有1個組的搶答器功能較少、有1個組的搶答器不光功能較少且外形制作較差。我們在剩下的6個組中進行了評獎：一等獎1個，二等獎2個，其余為鼓勵獎，分別發給獎金與證書。

五、 其中一組的設計制作（成品在此略）

1. 搶答器功能說明及流程圖，如圖1所示（圖略）

（1）接通電源，搶答器開始工作，各組總分自動清零，并將搶答器的答題時間默認賦值20S。

（2）當主持人未按壓開始按鈕SB6，三組中如有任意一組搶答，則該組屬于違例，HL6違例燈亮，同時違例電鈴響3S。主持人按壓SB5按鈕，可將該組總分減少一分（此設置可防止有人在搶答前故意按壓搶答按鈕不放手）。

（3）當主持人按壓開始按鈕SB6后，接通開始指示燈HL7亮，同時計時器T1開始計時10S，10S內三組分別可通過SB1、SB2、SB3按鈕進行搶答。三組中只要有一組按下搶答按鈕，接通對應的輸出繼電器，相應的HL1、HL2、HL3指示燈亮，并通過繼電器的常閉觸頭形成互鎖，使其他兩組不能搶答。如10S內沒有一組搶答，則按違例處理，該題作廢。

（4）搶答成功的一組必須在規定時間內答題完畢（默認時間為20S），如因題型不一，主持人可按鈕SB10（每按一次加1S）、SB11（每按一次加10S）進行適當加時。如在規定時間內不能完成答題的，則按違例處理。

（5）答題正確的，主持人按SB4按鈕加一分；答題錯誤的，主持人按SB5減一分。

（6）各組的分數通過累加，通過七段數碼管輸出顯示。

（7）主持人按壓SB7按鈕可復位，為下一輪比賽作準備。

（8）主持人按壓SB12按鈕，可對各組總分手動清零。

2. PLC I/O分配，如（圖2）所示

SB1——第一組搶答按鈕 SB2——第二組搶答按鈕

SB3——第三組搶答按鈕 SB4——主持人加分按鈕

SB5——主持人減分按鈕 SB6——主持人開始按鈕

SB7——主持人復位按鈕

SB10 ——主持人加時按鈕（每按壓一次加1S）

SB11 ——主持人加時按鈕（每按壓一次加10S）

SB12 ——各組總分清零按鈕

HL1——第一組搶答成功指示燈

HL2——第二組搶答成功指示燈

HL3——第三組搶答成功指示燈

HL6——違例指示燈

HL7——開始搶答指示燈

Y4 ——接通違例電鈴

3. 七段數碼管顯示接線圖，如（圖3）所示

4. 程序設計說明

（1）程序中采用主控[MC MCR]指令，以實現搶答器的開始、復位。

（2）應采用脈沖執行型的MOVP指令傳送數據給寄存器，按原設定的數據傳送給寄存器進行累加，反之，不能按設定的數據傳送給寄存器。

（3）應采用脈沖執行型的ADDP指令將數據寄存器的數據進行累加，按原設定的傳入寄存器的數據進行累加，反之，不能按設定的數據在寄存器中累加。

（4）應采用脈沖執行型的SUBP指令將數據寄存器的數據進行減法，按原設定的傳入寄存器的數據進行減法，反之，不能按設定的數據在寄存器中減法。

（5）采用乘法指令MUL對數據寄存器內容做移位處理。

（6）在LED數碼顯示設計中，由于PLC的I/O點數限制，采用一塊4位LED數碼管，數碼管低三位用于顯示3組搶答積分，PLC的Y10~Y17輸出驅動數碼管。同時，要在一組數碼管上同時顯示三組答題積分，采用MUL指令對2、3組分數做移位處理，通過SEGL輸出。

（7）SEGL指令說明：帶鎖存七段碼顯示，該指令與可編程的掃描定時（運算周期）同時執行。為實施一系列的顯示，可編程控制器的掃描定時需要10ms以上，不足10ms時，使用恒定掃描模式，請用10ms以上的掃描定時運行。

（8）其他說明：在接通Y7的電路中串入M0、M1的常閉觸點，使得主持人按壓加分或減分按鈕后，搶答器復位。

5. 梯形圖，如圖4所示（圖略）

參考文獻:

[1]王兆義.可編程控制器教程[M].北京:機械工業出版社，2000.

[2]李建興.可編程序控制器及其應用[M].北京:機械工業出版社，2001.

[3]劉 .常用低壓電器與可編程序控制器[M].西安:西安電子科技大學出版社，2005.

（廣東機電職業技術學院）