PLC入門學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)裝置研發(fā)與應(yīng)用

袁 勇 程月平

(武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

PLC入門學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)裝置研發(fā)與應(yīng)用

袁 勇 程月平

(武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

設(shè)計與研發(fā)了PLC入門學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)裝置，介紹了針對該裝置開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該裝置成本低，控制對象多，為初學(xué)者學(xué)習(xí)PLC編程與設(shè)計提供了一個很好的平臺。

PLC；入門學(xué)習(xí)；實(shí)驗(yàn)裝置

0 引言

近些年，高職院校在機(jī)電、電氣類專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備上投入很大，添置了很多先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備，大大提高了學(xué)生的實(shí)踐動手能力。新設(shè)備相對昂貴、維護(hù)維修成本高，對于初學(xué)PLC的學(xué)生來說操作復(fù)雜，設(shè)備調(diào)試難度高，容易打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還可能由于誤操作造成設(shè)備損壞。很多學(xué)校購置的設(shè)備數(shù)量并不能滿足所有學(xué)生的教學(xué)需求，僅供演示教學(xué)、參觀或部分畢業(yè)設(shè)計學(xué)生使用，或干脆閑置不用，在教學(xué)中仍使用仿真軟件，不僅沒提高教學(xué)質(zhì)量，反而浪費(fèi)了大量的教學(xué)資源。筆者根據(jù)多年的高職教學(xué)實(shí)踐，設(shè)計了一款供PLC初學(xué)者使用的可編程實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置相對成套控制設(shè)備成本低，可以大量購置用于基礎(chǔ)教學(xué)，供學(xué)生進(jìn)行PLC編程設(shè)計與驗(yàn)證。

1 可編程控制實(shí)驗(yàn)裝置研制

1.1 設(shè)計目標(biāo)

本實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計的目的有2個，一是給PLC初學(xué)者提供一個學(xué)習(xí)平臺，能進(jìn)行簡單的接線、程序調(diào)試，掌握PLC常用編程指令、工作原理、編程方法和編程技巧；另一個是降低設(shè)備成本，讓大部分學(xué)校能大量購置，擺脫教學(xué)靠仿真軟件的尷尬，真正做到提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力。

1.2 設(shè)計原則

本實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計原則就是簡單、實(shí)用。PLC選擇三菱公司的FX2N系列，有24個輸入點(diǎn)和24個輸出點(diǎn)，繼電器輸出，RS232通訊接口，帶有RS485通信模塊供選用，這款PLC功能相對齊全，使用范圍比較廣，能滿足一般控制要求。控制對象選擇以常用、多功能為主，做到一個控制對象可以用多種控制方法和指令實(shí)現(xiàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計

根據(jù)PLC這門課程的特點(diǎn)，控制對象選擇分為初級、中級和高級3個部分，3個部分中的學(xué)習(xí)模塊可以單獨(dú)使用也可以組合使用，實(shí)驗(yàn)裝置學(xué)習(xí)模塊的面板布局如表1所示。實(shí)驗(yàn)裝置中所有的控制對象均用LED燈代替，通過LED的亮滅表示系統(tǒng)的執(zhí)行情況。本裝置主要為了入門學(xué)習(xí)，因此在接線方面，公共端、電源部分都已經(jīng)內(nèi)部集成，使用過程中只需要連接按鈕至PLC輸入接口和PLC輸出至控制對象部分就可以，這樣既可簡化接線又能節(jié)約時間，同時還能減少設(shè)備的損壞率。可編程實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

初級模塊有電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、數(shù)碼管顯示系統(tǒng)、天塔之光、PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)、水塔水位控制模塊，通過這些模塊的學(xué)習(xí)，可以了解PLC的工作原理，熟悉編程軟件的使用，掌握PLC的基本編程指令和程序調(diào)試方法。

表1 PLC實(shí)驗(yàn)裝置面板布局

圖1 PLC入門學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)裝置

中級模塊有機(jī)械手控制模塊、自動運(yùn)料系統(tǒng)、交通燈模塊、液位混合控制系統(tǒng)、郵件分揀控制模塊。這些模塊用于步進(jìn)指令學(xué)習(xí)，繪制順序功能圖，掌握單流程、并行流程和選擇流程的編程方法、技巧。

高級模塊有自動售貨機(jī)、四層電梯控制系統(tǒng)，使用這些模塊不僅需要基本指令，還要學(xué)習(xí)功能指令，主要是鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用的能力。

2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計與實(shí)施

天塔之光模塊在學(xué)習(xí)基本指令之后，運(yùn)用真值表設(shè)計方法和累計計時方法，設(shè)計彩燈的變換種類，使彩燈呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。數(shù)碼管顯示可以用真值表方法，也可使用步進(jìn)指令或功能指令實(shí)現(xiàn)，指令實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有0～9計時、手機(jī)號碼順序顯示、學(xué)號順序顯示、奇數(shù)偶數(shù)選擇顯示、按鈕選擇控制顯示(按按鈕1顯示學(xué)號、按鈕2顯示手機(jī)號碼、按鈕3顯示生日、按鈕4顯示9～0倒數(shù))。數(shù)碼管還可以與其他模塊組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，鍛煉綜合運(yùn)用指令的能力。下面以自動售貨機(jī)為例說明模塊的組合使用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

自動售貨機(jī)模擬商業(yè)街的自動食品售貨機(jī)，工作流程如圖2所示。自動售貨機(jī)分為飲料和食品2類，飲料3元，食品6元，按按鈕A則選擇飲料，按按鈕B則選擇食品。從流程圖可以看出，在選擇所買商品種類后，馬上就會在數(shù)碼管上面顯示商品價格，投幣后比較所投人民幣數(shù)目與價格。如果大于或等于商品價格，出貨的同時找零并數(shù)碼顯示找零數(shù)目；如果投幣的數(shù)目小于商品價格，則直接退幣并數(shù)碼顯示退幣數(shù)目。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由自動售貨機(jī)模塊和數(shù)碼管顯示模塊組成，進(jìn)行簡單控制設(shè)計。設(shè)計中需要用到選擇流程，選擇流程可以用步進(jìn)指令也可以用功能指令實(shí)現(xiàn)，而數(shù)碼顯示商品價格、退幣數(shù)目等需要用功能指令中的七段譯碼指令，同時還需要用到比較指令，該程序邏輯關(guān)系比其他驗(yàn)證程序要相對復(fù)雜。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要完成以下實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：學(xué)生根據(jù)控制要求能單獨(dú)畫出邏輯功能圖或工作流程圖，正確使用功能指令，合理處理多個控制對象的邏輯關(guān)系。

圖2 售貨機(jī)工作流程圖

3 結(jié)語

通過在機(jī)電專業(yè)、電氣專業(yè)PLC應(yīng)用課程教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用可編程控制器實(shí)驗(yàn)裝置，教師能以微課程形式講解每個指令的用法，學(xué)生有具體的控制對象進(jìn)行練習(xí)，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增加了深入學(xué)習(xí)的信心，對PLC基本知識的掌握更加深入，而且，該實(shí)驗(yàn)裝置成本低，使用簡單，因而受到了很多高職院校的青睞。

[1]汪國民，吉孔武，田韶鵬，等.PLC實(shí)驗(yàn)與調(diào)試裝置的研究設(shè)計[J].科協(xié)論壇：下半月，2010(8)

[2]張運(yùn)波，龐偉，陳麒光.PLC實(shí)驗(yàn)裝置的研制[J].長春工程學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2002(3)

[3]王偉.使用自制PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置的編程實(shí)踐[J].電子制作，2013(17)

[4]周美蘭，李昀昭，李文娟，等.基于觸摸屏的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的研究與實(shí)現(xiàn)[J].中國電力教育，2013(36)

2014-07-07

袁勇(1977—)，男，湖北長陽人，碩士研究生，講師，主要從事自動控制相關(guān)研究工作。