淺析掌握可編程控制器工作原理的重要性

可編程控制器是集自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)為一體的工業(yè)自動(dòng)化計(jì)算機(jī)。它是在電氣控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，具有功能強(qiáng)、可靠性高、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制中，并且在其他領(lǐng)域不斷延伸。盡管大多數(shù)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校均開設(shè)了這門課程，但由于未能正確理解可編程控制器的工作原理，能熟練操作運(yùn)用可編程控制器應(yīng)用技術(shù)的中職學(xué)生很少，尤其是基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的中級(jí)工班學(xué)生。

一、學(xué)生沒有正確理解可編程控制器的工作原理的原因

筆者通過向?qū)W生開展問卷調(diào)查和與同行探討分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生沒有正確掌握可編程控制器的工作原理的原因，既有教材上可編程控制器原理介紹不具體和教師不重視的因素，又有學(xué)生受到電器控制并行工作方式束縛的因素。

《可編程控制器原理及其應(yīng)用》（中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，第二版）教材，在介紹可編程控制器原理方面，只是簡單地講述了可編程控制器工作的三個(gè)過程，并沒有具體、詳細(xì)、形象地講解其串行工作方式和輸出滯后等問題。部分教師受“理論夠用”理念的影響，不重視可編程控制器原理的講解，也造成學(xué)生難以領(lǐng)會(huì)可編程控制器的串行工作方式。

中職學(xué)校一般都是在二年級(jí)下學(xué)期或三年級(jí)才開設(shè)《可編程控制器原理及應(yīng)用》課程，在學(xué)習(xí)此課程之前，學(xué)生普遍都已學(xué)習(xí)了《電力拖動(dòng)控制線路與技能訓(xùn)練》等電器控制課程，雖然為學(xué)習(xí)《可編程控制器原理及應(yīng)用》打下了邏輯控制基礎(chǔ)，但也容易帶來思維上電器并行控制的慣性，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用可編程控制技術(shù)。

二、可編程控制器工作原理的幾個(gè)要點(diǎn)

可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其工作原理建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)上。計(jì)算機(jī)的CPU是以分時(shí)操作方式來處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，程序按指令逐條執(zhí)行，反映到可編程控制器原理上，有集中采樣、集中輸出、周期性循環(huán)掃描串行工作方式等特點(diǎn)。為此，教師在教學(xué)過程中要特別注意兩個(gè)要點(diǎn)：一是由于PLC是集中采樣，在程序處理階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入映象寄存器中的內(nèi)容也不會(huì)變化，要到下一周期的輸入采樣階段才會(huì)改變；二是由于PLC是串行工作方式，所以PLC的運(yùn)行結(jié)果與梯形圖程序的順序有關(guān)。這與繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。它有效避免了觸點(diǎn)的臨界競爭，減少了繁瑣的聯(lián)鎖電路。

三、開展可編程控制器工作原理及其他理論教學(xué)的幾點(diǎn)想法

1.要重視可編程控制器工作原理教學(xué)

目前各技工學(xué)校使用的《可編程控制器及其應(yīng)用》教材，對(duì)內(nèi)容的深度、難度作了較大調(diào)整，采用理論知識(shí)與技能訓(xùn)練一體化的模式，盡可能多地使用圖片、表格等形式展示知識(shí)點(diǎn)，使其更加符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，但在教材內(nèi)容的深度調(diào)整中卻忽視基本原理的描述。而教師也片面認(rèn)為職業(yè)技術(shù)學(xué)校學(xué)生基礎(chǔ)差，理論夠用就行，就隨意地“照本宣讀”甚至刪減必要的理論教學(xué)。在沒有“吃透”職業(yè)活動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法，沒有領(lǐng)會(huì)一體化教學(xué)本質(zhì)的情況下，更容易走極端，狹隘地認(rèn)為先進(jìn)的教學(xué)理念、教學(xué)方法，就是不需要各種理論、原理的教學(xué)。其實(shí)中職教學(xué)必須堅(jiān)持以能力為本位，這就需要教師合理確定能力結(jié)構(gòu)和知識(shí)結(jié)構(gòu)，靈活地運(yùn)用各種先進(jìn)的教學(xué)方法組織教學(xué)，在職業(yè)活動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法或者一體化教學(xué)實(shí)踐中一定要注意理論內(nèi)容的處理，同樣要重視必要的理論教學(xué)。

2.要聯(lián)系生活實(shí)際幫助學(xué)生自主構(gòu)建知識(shí)

可編程控制技術(shù)雖是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的控制技術(shù)，但它與現(xiàn)代社會(huì)生活有著廣泛而密切的聯(lián)系，只要引導(dǎo)學(xué)生積極思考，就一定能找到其中的生活元素。教師要善于將學(xué)生的生活元素融入枯燥的理論知識(shí)教學(xué)，既要做到內(nèi)容貼近學(xué)生生活實(shí)際，又要切合中職學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。一旦枯燥的理論知識(shí)變得有趣，理論課教學(xué)也將事半功倍。

筆者在講述可編程控制器“輸入掃描階段”時(shí)，曾用下面的例子幫助學(xué)生構(gòu)建串行掃描工作制。串行掃描就如同爬一幢四層宿舍樓，宿舍樓每層10間。宿舍門開的為信號(hào)“1”，宿舍門關(guān)的為信號(hào)“0”。串行如同從101室、102室一直走到110室，上樓梯到二樓，又從201室、202室一直走到210室，以同樣的方式走三樓、四樓；掃描如同每經(jīng)過一個(gè)宿舍，記下相應(yīng)狀態(tài)（0或1）。從101室、102室……走到410室，比如原來105室的門是開的，狀態(tài)為“1”，可當(dāng)離開105室時(shí)，它就關(guān)上了，狀態(tài)又變?yōu)椤?”，可記下的是“1”，也就是存入“輸入映像寄存器”為“1”，要改變也只有等下次（下一個(gè)掃描周期）。

3.要感性地、形象地開展理論教學(xué)

理論本來就來自于生活實(shí)踐，再抽象的原理，都有其感性的具體的成分；再復(fù)雜的思維，都有其邏輯性。中職學(xué)校的學(xué)生基礎(chǔ)確實(shí)相對(duì)薄弱，抽象思維能力較差，但感性認(rèn)識(shí)、形象思維能力較好，我們要“對(duì)癥下藥”、有的放矢。教師在利用現(xiàn)代多媒體教育技術(shù)直觀形象開展理論教學(xué)的同時(shí)，更應(yīng)該通過查找資料、同行探討等方式疏理出便于形象表達(dá)、易于學(xué)生接受的原理描述方式。如筆者在講解可編程控制器循環(huán)掃描過程的“輸出刷新階段”時(shí)，為彌補(bǔ)教材在這方面的缺失，用以下實(shí)例幫助學(xué)生建立什么是“輸出刷新”。

輸入信號(hào)X00點(diǎn)的狀態(tài)在后續(xù)的5個(gè)掃描周期中分別被刷新為1，1，0，0，0，試分析輸出點(diǎn)Y00—Y02的輸出狀況，已知第0掃描周期中I／O點(diǎn)狀態(tài)被刷新為：X00(0)—0 Y00(0)—0 Y01(0)—0 Y02(0)—0

掃描過程示意圖

在每一掃描周期內(nèi)，用戶程序是按梯形圖，從頭開始由左到右、由上到下，逐條執(zhí)行，直至程序結(jié)束。

根據(jù)梯形圖邏輯每個(gè)周期程序執(zhí)行的結(jié)果是：

Y00(N)=Y01(N-1) Y01(N)=X00(N) Y02(N)=Y01(N)

已知：X00(0)=1 X00(1)=1 X00(2)=1X00(3)、(4)、(5)=0

所以第一周期的結(jié)果是：

Y00(1)—0 Y01(1)—1 Y02(1)—1

Y00(1)=Y01(0)=0 Y01(1)=X00(1)=1 Y02(1)=Y01(1)=1)

同理可得第2～5周期的輸出結(jié)果是：

Y00(2)=1 Y01(2)=1 Y02(2)=1

Y00(3)=1 Y01(3)=0 Y02(3)=0

Y00(4)=0 Y01(4)=0 Y02(4)=0

Y00(5)=0 Y01(5)=0 Y02(5)=0

（作者單位：浙江省建德市工業(yè)技術(shù)學(xué)校）