PLC培訓(xùn)教學(xué)中梯形圖設(shè)計思想的建立與培養(yǎng)

付 斌

（武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢：430080）

在PLC技術(shù)的應(yīng)用中，梯形圖不但沿用和發(fā)展了電氣控制技術(shù)，而且其功能和控制指令也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電氣控制范疇。它不僅可實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，還具有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，是具有工業(yè)控制指令的微機(jī)系統(tǒng)。梯形圖的設(shè)計是計算機(jī)程序設(shè)計與電氣控制設(shè)計思想結(jié)合的產(chǎn)物，難度大，邏輯關(guān)系復(fù)雜，是一種高端、復(fù)雜、煩瑣的智力“游戲”。所謂PLC梯形圖設(shè)計思想是指：編程人員如何利用給定的前提條件及工藝要求，為設(shè)計出PLC梯形圖而進(jìn)行的分析、綜合、判斷、推理等認(rèn)識活動的過程。這就需要培養(yǎng)一種思維習(xí)慣，形成一種思維模式，本文就在職職工培訓(xùn)中，PLC梯形圖設(shè)計思想的建立與培養(yǎng)進(jìn)行了探討。

1 梯形圖設(shè)計思想的建立

1.1 沿襲模仿法

對于剛學(xué)完P(guān)LC硬件和軟件知識的學(xué)員，還沒有任何編程經(jīng)驗，初次遇到編程設(shè)計問題時，往往是無從下手、一籌莫展，這時可沿襲模仿現(xiàn)成的梯形圖“照葫蘆畫瓢”。比如單按鈕實(shí)現(xiàn)二臺電動機(jī)起——停控制的梯形圖設(shè)計，學(xué)員就可以模仿單按鈕實(shí)現(xiàn)一臺電動機(jī)起——停控制的梯形圖來編寫控制程序。如圖1是單按鈕實(shí)現(xiàn)一臺電動機(jī)起——停控制梯形圖，圖2是單按鈕實(shí)現(xiàn)二臺電動機(jī)起——停控制梯形圖。

1.2 替代轉(zhuǎn)換法

圖1 單按鈕實(shí)現(xiàn)一臺電動機(jī)起——停控制

PLC使用與繼電器控制電路圖極為相似的梯形圖語言，因此梯形圖和繼電器控制電路圖有很多相似之處。學(xué)員在生產(chǎn)崗位工作了若干年，熟悉繼電器控制電路，在繼電器控制電路圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控制對象對控制的要求，將繼電控制電路轉(zhuǎn)換、“翻譯”成梯形圖是一條捷徑。這種設(shè)計方法一般不需要改動控制面板，保持了系統(tǒng)原有特性，不用改變學(xué)員在工作中長期形成的操作習(xí)慣，學(xué)員易于接受，易于理解。如電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，用接觸器——繼電器控制時，電路如圖3所示，根據(jù)圖3轉(zhuǎn)換成的梯形圖如圖4所示。

1.3 “添枝加葉”法

圖2 單按鈕實(shí)現(xiàn)二臺電動機(jī)起－停控制

圖3 繼電器控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)

圖4 PLC控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)

在PLC梯形圖程序中，起動、保持、停止電路廣泛應(yīng)用。很多程序的主干部分就是起－保－停電路，在此電路的基礎(chǔ)上增加不同的指令，就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求和功能。還有由二個定時器組成的振蕩電路，以此電路為基礎(chǔ)，增加不同的指令也可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求和功能。例如小車的自動往返控制程序，車庫門的控制程序，電動機(jī)正反轉(zhuǎn)定時控制等。圖5是起保停控制梯形圖，圖6是小車自動往返控制梯形圖。

圖5 起保揨電路

圖6 小車自動往返電路

1.4 任務(wù)分塊法

程序設(shè)計工作的本質(zhì)是控制功能的分解，經(jīng)常采用“自頂向下、逐步求精”的方法，把所要開發(fā)的應(yīng)用程序按功能分解為若干個子功能，針對每個子功能編寫子程序。這種思維方式的要點(diǎn)是理清控制任務(wù)的層次脈絡(luò)，熟悉控制任務(wù)的工藝流程，把大問題化成若干小問題，然后“各個擊破”。任務(wù)分塊的目的就是把一個復(fù)雜的工程，分解成多個比較簡單的小任務(wù)，如數(shù)學(xué)中對于行數(shù)和列數(shù)較高的矩陣運(yùn)算時，常采用矩陣分塊法使大矩陣的運(yùn)算化成小矩陣的運(yùn)算將矩陣用若干條縱線和橫線分成許多個小矩陣使大矩陣的運(yùn)算化成小矩陣的運(yùn)算問題就好解決的多了。PLC梯形圖設(shè)計中很多控制問題都能用任務(wù)分塊法進(jìn)行程序設(shè)計，如工業(yè)洗衣機(jī)控制程序，就可以分成四小塊分別進(jìn)行梯形圖設(shè)計，（1）先設(shè)計給水閥進(jìn)水程序（圖7）；（2）再設(shè)計波輪正、反轉(zhuǎn)程序（圖8）；（3）然后設(shè)計出水閥放水程序（圖9）；（4）最后設(shè)計蜂鳴程序（圖10）。

圖7 給水閥進(jìn)水程序

圖8 波輪正反轉(zhuǎn)程序

圖9 出水閥放水程序

圖10 蜂鳴程序

1.5 結(jié)合實(shí)際法

理論聯(lián)系實(shí)際在教學(xué)過程中往往能很好地激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣。在編程思想的培養(yǎng)過程中，任課教師應(yīng)不局限于教材的安排，還要進(jìn)行一些結(jié)合礦山實(shí)際的創(chuàng)新設(shè)計，可以用典型的礦山設(shè)備為案例，以歷年的高級技師、技師、高級工及技術(shù)運(yùn)動會操作考試題目為例，編寫控制程序梯形圖，讓學(xué)員感受到PLC技術(shù)在生產(chǎn)崗位和工作實(shí)際中的應(yīng)用，讓學(xué)員認(rèn)識到PLC技術(shù)在職業(yè)生涯發(fā)展中的用處，從而激發(fā)學(xué)習(xí)PLC技術(shù)的熱忱和潛能，比如設(shè)計井下通風(fēng)機(jī)控制程序、選礦皮帶控制程序等。圖11是選礦二條皮帶控制程序。

在以上五種教學(xué)方法中，前兩種方法對于初次接觸PLC技術(shù)的學(xué)員是一種行之有效的學(xué)習(xí)方法，后三種方法對于具有PLC基礎(chǔ)知識的學(xué)員在進(jìn)行梯形圖設(shè)計時，加強(qiáng)了訓(xùn)練效果，取得了事半功倍的成效。

圖11 選礦二條皮帶控制程序

2 梯形圖設(shè)計思想的強(qiáng)化

2.1 反復(fù)訓(xùn)練，形成習(xí)慣性思維模式

學(xué)員在學(xué)校培訓(xùn)的內(nèi)容多，時間短，過后很容易生疏和遺忘，欲在大腦中固化已經(jīng)建立的設(shè)計思想，不斷提高設(shè)計能力的唯一途徑是反復(fù)訓(xùn)練，使設(shè)計思想在腦海中根深蒂固。這也是符合美國著名心理學(xué)家，聯(lián)結(jié)主義學(xué)習(xí)理論的創(chuàng)始人桑代克所總結(jié)的三條主要學(xué)習(xí)定律中的練習(xí)律。

2.2 多做討論和分析，比較各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)

達(dá)到目標(biāo)的途徑不止一條，往往各有千秋，窮其種類及優(yōu)缺點(diǎn)，這是設(shè)計最佳梯形圖及熟練各種指令運(yùn)用的重要途徑。針對某一個控制任務(wù)的梯形圖設(shè)計，可能有各種方法，先以三至五人的小組進(jìn)行討論，再全班進(jìn)行討論分析，并在任課教師的指導(dǎo)下歸納總結(jié)其各自優(yōu)、缺點(diǎn)及適用性，篩選出最佳、最簡編程設(shè)計方法，這樣，可以減少學(xué)員在拿到設(shè)計題目后的試探性思維時間，提高梯形圖設(shè)計時的效率。

2.3 對設(shè)計的每一個梯形圖調(diào)試，確定其正確性

實(shí)踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。再好的程序設(shè)計，如果不去調(diào)試驗證，設(shè)計者的心理總是沒有把握，對設(shè)計的自信心就不能確定，對自己的思維方法就不能肯定，也就無法對自己的這種設(shè)計思維方式在大腦中進(jìn)行固化，因此，對設(shè)計的每個程序必須調(diào)試、驗證。另外，對所設(shè)計的程序進(jìn)行調(diào)試，成功了會對設(shè)計者產(chǎn)生巨大的成就感，提高興趣，不成功則會找出問題和不足，利于對其設(shè)計程序的思維方式進(jìn)行修正。

3 梯形圖設(shè)計思想的升華

3.1 多聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，建立明確的感性認(rèn)識

對各種被控設(shè)備及工藝流程的熟悉使設(shè)計者在清晰條理、完善思路和精煉方法等方面大有裨益，正所謂“知彼知己，百戰(zhàn)不殆”，很難想象，一個閉門造車者能設(shè)計出符合生產(chǎn)工藝要求的梯形圖。因此在培訓(xùn)學(xué)習(xí)的過程中，要求學(xué)員利用周六、周日回生產(chǎn)崗位，再次熟悉由PLC控制的機(jī)電設(shè)備及生產(chǎn)工藝流程，提高感性認(rèn)識，感性認(rèn)識的加強(qiáng)和明晰將有助于設(shè)計者“文思泉涌”。

3.2 多閱讀他人程序，集思廣益，取長補(bǔ)短

“他山之石，可以攻玉”，閱讀他人設(shè)計的梯形圖，閱讀典型的控制程序，分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)所在，可以幫助設(shè)計者了解和學(xué)習(xí)他人的程序設(shè)計思維思想和方法，取人之長，補(bǔ)己之短，集思廣益，使自己的設(shè)計思想不斷提高，設(shè)計能力不斷加強(qiáng)、設(shè)計方法不斷完善。

3.3 多總結(jié)編程經(jīng)驗教訓(xùn)

人的思維能力畢竟有限，在程序設(shè)計時，考慮問題不可能面面俱到，即使非常有設(shè)計經(jīng)驗的工程師很難做到一次成功，一蹴而就，必須反復(fù)修改、調(diào)試，在對程序的修改過程中，不斷積累編程經(jīng)驗。對于剛剛掌握PLC技術(shù)的學(xué)員，進(jìn)行程序設(shè)計時，肯定要走很多彎路，犯很多錯誤。前事不忘，后事之師，這句話告訴人們要把曾經(jīng)犯過的錯誤作為前車之鑒，避免重犯，在程序設(shè)計過程中所犯的錯誤也要作為借鑒。這就要求學(xué)員要不斷總結(jié)程序設(shè)計中的“敗筆”，避免在今后的設(shè)計工作中再次出現(xiàn)，正是通過對“敗筆”的不斷積累，程序設(shè)計能力才能得到不斷的提高。

4 結(jié)束語

良好的PLC梯形圖設(shè)計思維模式，可以使設(shè)計者在實(shí)際工作中或拿到設(shè)計任務(wù)后，設(shè)計起來得心應(yīng)手，如魚得水，而它的確立、強(qiáng)化、升華過程比較艱難，經(jīng)歷的時間比較長，需循序漸進(jìn)，需要學(xué)員回到工作崗位后不斷進(jìn)行訓(xùn)練，需要任課教師跟蹤指導(dǎo)。

［1］胡 健.西門子S7—300PLC應(yīng)用教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］廖常初.S7—300／400PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.