PC梯形圖教學(xué)中的差異分析之我見(jiàn)

在可編程序控制器(Programmable Controller，PC)教學(xué)的最初階段，我們往往將PC梯形圖與傳統(tǒng)繼電器控制電路圖(以下簡(jiǎn)稱繼電控制電路圖)作等效類比，啟發(fā)學(xué)生動(dòng)用原來(lái)已掌握的分析繼電控制電路圖的基本知識(shí)，去分析一些簡(jiǎn)單的PC梯形圖工作原理。

一、以已知知識(shí)引入新知識(shí)

這種以已知知識(shí)引入新知識(shí)的做法，其教學(xué)效果是值得肯定的。但是，這樣做很容易使學(xué)生把PC梯形圖與繼電控制電路圖混為一談。其實(shí)，PC作為一種專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，其梯形圖與繼電控制電路圖是存在很多差異的，具體如表1所示。因此，向?qū)W生引入PC梯形圖知識(shí)以后，我們必須注重突出這些差異，克服已知知識(shí)給學(xué)生造成的思維定勢(shì)，進(jìn)而深刻領(lǐng)會(huì)新知識(shí)的內(nèi)涵與處延。只有這樣，方可收到較滿意的教學(xué)效果。下面先解剖一個(gè)實(shí)例。

二、控制圖操作的要求

圖1所示的電路圖使用最少元件，實(shí)現(xiàn)如下控制要求：

第一，按下啟動(dòng)按鈕SB后，三個(gè)中間繼電器KA1，KA2和KA3輪流動(dòng)作，動(dòng)作的間隔時(shí)間為3秒（以此可以控制3盞燈或3個(gè)電磁閥之類的工作器件輪流動(dòng)作)。

第二，當(dāng)行程開(kāi)關(guān)SQ被壓住時(shí)，電路照常工作；若將被壓往的SQ松開(kāi)，則剛松開(kāi)的瞬間，KAl、KA2、和KA3全部失電復(fù)位。

對(duì)電路作通電試驗(yàn)時(shí)，如果碰到各元件的動(dòng)作時(shí)間正好比較理想，則電路可以正常工作；如果碰到某一元件的動(dòng)作時(shí)間稍微變長(zhǎng)或變短，則電路將出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象?，F(xiàn)以電路由KA2線圈得電動(dòng)作轉(zhuǎn)換為KA3線圈得電動(dòng)作的過(guò)程為例，分析電路的幾種競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象及其原因。

（1）如果KT的延時(shí)閉合常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)的速度比KA3的自鎖速度快，則KA3依然處于失電狀態(tài)而導(dǎo)致輪流動(dòng)作轉(zhuǎn)換失敗。

（2）如果KA3的常閉觸點(diǎn)已使KA2失電復(fù)位，而KA3自身又來(lái)不及自鎖后，則電路被全部復(fù)位而導(dǎo)致意外停止。

（3）如果KT的延時(shí)閉合常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)的時(shí)間稍微長(zhǎng)一點(diǎn)，則KA3得電并自鎖后，KAl又得電自鎖并使KA3失電復(fù)位，這將造成輪流轉(zhuǎn)換失步。

同理，利用SQ控制電路停止，也會(huì)因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象而造成控制失敗。

上述競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，通過(guò)增加一些元件和增加一些觸點(diǎn)，并把電路作適當(dāng)改進(jìn)，是完全可以消除的。但由本例不難看出，競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象是困擾傳統(tǒng)繼電器控制電路設(shè)計(jì)的一個(gè)大問(wèn)題。

如果將圖1等效翻譯成如圖2所示的PC梯形圖，再配上圖3所示的I/O連接圖，則PC可以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)本例所提出的控制要求。其原因在于PC梯形圖采用逐條執(zhí)行指令的串行工作方式，從根本上杜絕了競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，可以保證控制效果的穩(wěn)定性和惟一性。這正是PC梯形圖與繼電控制電路圖在工作原理上的根本差異，也是PC所具有的突出優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)結(jié)合表1有關(guān)內(nèi)容和本例實(shí)際，將PC梯形圖這一突出優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)梯形圖應(yīng)注意的兩個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)要分析如下。

三、梯形圖設(shè)計(jì)與分析

1.分析PC梯形圖的工作原理

我們必須運(yùn)用符合串行工作方式的思維方法去分析圖2所示PC梯形圖的工作原理。現(xiàn)假設(shè)圖2中輸出繼電器0502的線圈已經(jīng)得電動(dòng)作，則3秒后TIM01的常開(kāi)觸點(diǎn)先使0503線圈得電動(dòng)作。接著，TIM01的常閉觸點(diǎn)又使自身的線圈失電復(fù)位。然后，在接下來(lái)的PC掃描周期中，0503的常閉觸點(diǎn)才斷開(kāi)，使0502線圈失電復(fù)位；接著，0503的自鎖觸點(diǎn)起作用；再接著，TIM01開(kāi)始重新計(jì)時(shí)。同理，3秒后則0501動(dòng)作，0503復(fù)位……控制效果非常穩(wěn)定，而不會(huì)像圖1電路那樣可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)換失敗、意外停止和轉(zhuǎn)換失步等不穩(wěn)定控制效果。由此可以看出，采用串行工作方式的PC，在工作過(guò)程中總是按梯形圖程序所預(yù)先確定的順序，依次逐條執(zhí)行指令，所以其工作過(guò)程簡(jiǎn)單清晰，其控制效果穩(wěn)定唯一，這一突出優(yōu)點(diǎn)，為我們?cè)O(shè)計(jì)梯形圖和分析梯形圖工作原理帶來(lái)了很大的方便（見(jiàn)圖3）。

2.設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)應(yīng)特別注意的問(wèn)題

串行工作方式?jīng)Q定了梯形圖中線圈的位置排列將直接影響其控制效果，這是我們?cè)O(shè)計(jì)梯形圖時(shí)應(yīng)特別注意的問(wèn)題。例如，1010和1011兩個(gè)線圈必須像圖2那樣排列，SQ方能按要求實(shí)現(xiàn)停止控制。如果我們將控制1010線圈和控制1011線圈這兩個(gè)邏輯行的位置互換，即在梯形圖中，把控制1011線圈的邏輯行調(diào)到控制1010線圈邏輯行的上方，則控制效果將隨之發(fā)生變化。這時(shí)，按下SB，三個(gè)輸出繼電器可以正常輪流轉(zhuǎn)換動(dòng)作。再壓住SQ，控制效果也正常。但是在剛松開(kāi)SQ的瞬間，由于處在梯形圖中較上位置的0002常開(kāi)觸點(diǎn)先斷開(kāi)，使1011線圈先失電復(fù)位；接著，處在梯形圖中較下位置的0002常閉觸點(diǎn)才閉合，而這時(shí)1011的常開(kāi)觸點(diǎn)已經(jīng)斷開(kāi)，所以，1010線圈不會(huì)得電動(dòng)作，這就導(dǎo)致了控制的失敗。由分析可知，梯形圖中線圈的這種位置排列是錯(cuò)誤的。

3.梯形圖中軟觸點(diǎn)之間的連接關(guān)系必須是簡(jiǎn)單的串、并聯(lián)關(guān)系

我們將圖1翻譯成圖2所示的PC梯形圖時(shí)，還應(yīng)注意梯形圖中軟觸點(diǎn)之間的連接關(guān)系必須是簡(jiǎn)單的串、并聯(lián)關(guān)系。比如，在圖1的KAl線圈控制回路中，KA3常開(kāi)觸點(diǎn)與KAl常開(kāi)觸點(diǎn)、KT常開(kāi)觸點(diǎn)之間的連接關(guān)系就不是簡(jiǎn)單的串、并聯(lián)關(guān)系。我們必須將它們整理成如圖2所示的簡(jiǎn)單串、并聯(lián)關(guān)系，因?yàn)橹挥羞@樣方能使用PC編程指令表達(dá)這種關(guān)系。這是我們?cè)O(shè)計(jì)梯形圖時(shí)應(yīng)注意的另一個(gè)問(wèn)題。

通過(guò)上述實(shí)例分析，我們可以向?qū)W生突出表1中PC梯形圖與繼電控制電路圖的部分差異。用類似的方法，我們可以向?qū)W生進(jìn)一步分析其他差異。然而，真正領(lǐng)會(huì)這兩種知識(shí)的差異則并非一日之功，我們必須堅(jiān)持循序漸進(jìn)的原則，在啟發(fā)學(xué)生分析梯形圖工作原理和設(shè)計(jì)梯形圖解決問(wèn)題的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行差異分析，逐步深刻理解PC的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，學(xué)會(huì)用符合PC工作規(guī)律的思維方法正確使用PC，去分析和解決生產(chǎn)中的工業(yè)控制問(wèn)題。

（作者單位：湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院）