PLC學與教體會談

崔永利

（浙江金華技師學院 浙江 金華 321017）

PLC學與教體會談

崔永利

（浙江金華技師學院 浙江 金華 321017）

總結PLC學與教經驗，從整合教材內容、理清授課思路，PLC控制電路設計方法新分類兩個方面詳細論述了將學生迅速引入PLC知識大門的方法。

PLC；學與教；體會；教材

PLC知識進入我國職教教材只有十多年的時間，可是在國內許多大企業PLC技術早已得到廣泛應用。

筆者的PLC知識是五年前培訓學來的。學完后，又開展了PLC課程的教學。通過學和教，筆者有了許多體會，現介紹如下。

整合教材內容，理清授課思路

現有很多關于PLC的教材或書籍編寫得雜亂無序，各種版本的所謂的PLC精品課程無標準、不規范。這使得剛接觸PLC的人很難入門。實際上，通過自身的學習過程，筆者覺得PLC比老式繼電器更容易學習。筆者將PLC教材整理后應用于教學，可使學生用一兩個小時的時間就入門了。

筆者認為編寫教材，一要簡潔，二要有序。編寫的順序，應按照學生認知規律，以學生想得到知識的迫切性為順序。學生最想了解的知識首先講，然后，再講學生最迫切知道的下一個問題。此外，還要注意內容簡潔。例如，學生初次接觸PLC課程及教材，首先想知道什么叫PLC，這個問題應該先講。筆者僅用一句話，就將這個問題交待清楚了：“PLC就是‘可編程邏輯控制器’三個英文單詞的縮寫，可理解為一臺工業計算機。”這個問題對剛開始學習PLC的學生多講也沒有意義。要想讓學生了解得更深入，等學生對PLC知識掌握到一定程度再講才可以。

這個問題講完后，根據筆者自己的學習經驗，接下來學生最想知道的問題就是PLC是什么樣子的。根據這個思路，筆者講的第二個問題就是PLC的外觀。PLC根據外觀來分類，可分為內裝式和外裝式兩大類。外裝式像一個吊扇的調速器；內裝式像一塊線路板，像電腦主機中的顯卡。

第三個問題講PLC的用途。這個問題也可用一句話高度概括：“PLC可用來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。”

第四個問題講PLC的優點。筆者認為講清PLC的優點，主要要講PLC電路與老式繼電器電路相比較而產生的優點。有些教材認為：PLC編程簡單，易學，易懂。筆者認為這個優點是相對于電腦編程而言的，如何編程及精通各種程序語言是計算機專業人員重點要學的，而PLC是電工專業人員重點要學的，兩者之間沒有什么可比性。有的教材認為：PLC適應性強，應用范圍廣。但這個優點老式繼電器電路也是具備的。筆者認真總結了PLC的優點：（1）實體（硬件）安裝方便。控制電路上沒有多少電線和元件，大部分工作在虛擬連接（軟件連接或編程）上進行。（2）改變程序時，無須拆裝硬件。（3）可靠。因為采用了大量軟觸點，抗干擾性能強，使得出現差錯或事故的概率大大降低，可延長硬件壽命。（4）可節省許多繼電器，相應地省下了許多元件，省下了安裝時間與勞動力，硬件體積也變小了。

這樣，半小時左右就可以完成“PLC概述”這一節內容的教學。接下來，就可以講第二節內容：PLC的安裝。PLC安裝可分六個步驟：（1）輸入輸出分配，要求畫一個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，前四步是需要學生重點掌握的內容。步驟講完后，舉典型實例——自鎖控制電路。這個電路只需著重講清LD、OR、ANI、OUT、END五個指令即可。但是，為了讓學生能夠迅速地適應實驗室的仿真實驗環境，再增添LDI、ORI、AND三個指令，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，以免學生學習抓不住重點或因指令過多記憶困難而出現厭學情緒。

第三節課和第四節課講PLC安裝步驟中各步驟的規律或要求。例如，第一步寫I/O分配表可歸納出以下規律：通常是一個按鈕需一個輸入點即X點，一個限位開關需要一個輸入點；一個熱繼電器的常閉觸點需要一輸入點，通常一個接觸器的線圈需要一個輸出點即Y點；一個電磁閥的線圈需要一個輸出點；一盞指示燈需要一個輸出點。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。按鈕一端接相應的X點，另一端接COM點。接觸器的線圈通常一端接相應的Y點，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，再接到220v電源上。220v的電源另一端，再串聯一個熔斷器，熔斷器的另一端與PLC的COM點連接在一起。對于三菱出品的PLC，一個接觸器的線圈有一個COM點，要將所有的COM點連接在一塊。如果是正反轉控制電路，那么其中的聯鎖觸點要與接觸器的線圈串聯。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。這是大家都會注意的問題，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與起始母線聯接起來。以此類推，通常用四個小時時間就可以把已有老式繼電器電路知識基礎的學生引進PLC知識的大門。許多PLC知識、如PLC工作原理、PLC內部結構、PLC發展歷史、PLC發展前景等內容，筆者認為可穿插到后面的章節講授，也可作為選學內容或自學內容。對PLC知識，應使學生先增加一些感性知識，即先入門再逐步深入。另外，PLC結構與工作原理不容易學習和掌握，對很多學生而言，學完這些后，對于實際應用PLC沒有多大意義。

在學生有了PLC入門基礎知識后，就可帶領學生進入實驗室，引導他們自己做改造老式繼電器電路的實驗。如用PLC進行接觸器聯鎖的正反轉控制電路實驗、正反轉低高速啟動實驗、正反轉能耗制動控制實驗、一些液壓裝置等電路的改造實驗。做完這些實驗后，就可帶領飽嘗成功體驗、信心滿滿的學生進一步學習新指令了。

PLC控制電路設計方法新分類

絕大多數有關PLC的教材書籍，關于PLC電路設計方法的分類都不夠科學和標準。各種書籍分類方法不統一，方法種類很多，使得初學者一下子搞不清楚，哪本書最好，哪種方法最好，哪種方法最易學，各種方法相比較各有什么優點，整個知識體系是怎樣的，各種辦法有什么聯系，有什么區別。例如，有些教材將PLC電路設計方法分成經驗法、原有電路改造法、邏輯設計法、步進順序法等。除了設計方法分類之外，還將步進順序法分成啟保停方式、STL方式、TL方式、以轉換為中心方式等。還有，用不同指令編寫實現同一種功能的程序，每一個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。筆者初學時感到一頭霧水，不易掌握。筆者還感到這些分類方法過于繁瑣，有必要重新整理歸納一下。筆者花費了大量的時間，看了許多同類書籍以及許多網上發布的所謂精品課程，自己也做了大量的仿真實驗后，認為正確的PLC控制電路設計方法分類應該是分為時間空間隔裂法（簡稱為時空分裂法）和時間空間統一法（稱為時空統一法。）兩大類。大家最熟悉的紅綠燈PLC控制電路屬于時間空間隔裂法。它先對時間順序和紅綠黃三色燈工作持續時間進行編寫程序，然后對每一盞燈，即對在空間存在的PLC控制對象編寫程序，如圖2所示。

圖2 梯形圖

從第二行到第九行，再算上倒數第三行和倒數第二行，共十行，屬于對時間編程；從第十行到第十五行就是對空間編程。從空間來看，有六種燈，東西綠、黃、紅三種燈，南北綠、黃、紅三種燈。從時間來看，有東西紅燈持續時間、南北紅燈持續時間、東西綠燈持續時間、東西綠燈閃光時間、東西黃燈持續時間等共十種時間。在時間段多、空間工作對象多的場合，宜用時空分裂法，而時間段多、空間工作對象少的場合宜用時空統一法。所謂的時間空間統一法，就是編寫程序時，對時間順序和空間存在的PLC的操作對象（如接觸器的線圈）同時考慮的編程方法。用PLC改造老式繼電器成熟的點動、自鎖、正反轉、星三角降壓啟動的電路屬于時間空間統一法，經驗法和步進指令也屬于時間空間統一法。

使用時空隔裂法編寫程序和閱讀程序較容易。因為它可以先考慮時間，再考慮空間。在同一個時間內考慮的因素變少了，注意力比較集中。化復雜為簡單，不易出錯。一次性編程成功的幾率較高，可用在情況較復雜的場合；時空統一法的優點是程序較短，可使PLC的掃描時間變短，可用在情況較簡單的場合，例如機械手的梯形圖，雖然有許多時間段，但每一時間段只有一個空間存在的PLC控制對象在工作，在這種情況下，就可采用STL指令進行編程。

這種分類法，不但清楚地將PLC知識梳理得一清二楚，而且還將PLC知識中哪些知識是必要的、重要的，哪些知識是可有可無的分辨得清清楚楚，還揭示了學習PLC知識的進程及其每一進程的目的性。如紅綠燈PLC控制電路，要想輕松地讀懂圖2或設計類似的梯形圖就必須搞懂時間繼電器、計數器，及用PLC中的時間繼電器組成的振蕩器等知識。如圖2中倒數第二行與倒數第三行的梯形圖就是由PLC中的時間繼電器組成的脈沖振蕩器。如這個基本電路搞懂了，就看懂了這兩行的梯形圖。PLC中的時間繼電器與老式繼電器不同，其常開觸點同時俱有啟、保、停三種功能。對何時啟、何時停、何時保要搞清楚。這個搞清楚了，圖2基本就看懂了。這樣，就使學生明白了學習PLC中時間繼電器章節的目的意義，增強了學生學習這一章節知識的自覺性，提高了學習效率。在講STL步進指令時，可告訴學生學STL步進指令的目的是達到掌握時空統一法應用的最高境界，以調動學生的學習積極性。它的優點在于一個STL常開觸點同時俱備了啟、保、停三種功能，大大減化了梯形圖。

此時，學生對兩種方法基本都熟練并掌握了，剩下的就是PLC聯網的問題了。這個問題筆者認為不屬于高職的研究范圍。如要研究，有以上基礎，學生可以臨時自學一下。

綜上所述，編寫有關PLC的教材，應以學生想學會知識點的迫切性為編寫順序，并且講課內容要簡潔。PLC控制電路的設計方法，可分成時空隔裂法和時空統一法兩大類。這種分類法，揭示了整個PLC的知識體系、學習進程以及學習的終極目標，每一進程與最終目標的關系明確，使學生容易明白清楚，并且大大提高了學生的學習效率。

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G712

A

1672-5727（2012）04-0164-02

崔永利，男，金華技師學院實訓處技電一體化教研室教師，研究方向為電工電子。

（本文責任編輯：張維佳）

（本欄責任編輯：王恒）