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化技術、計算機技術、通訊技術為一體的工業(yè)自動化計算機。它是在電氣控制技術和計算機技術的基礎上開發(fā)出來的，具有功能強、可靠性高、使用簡單等優(yōu)點，被廣泛應用于各種生產機械和生產過程的自動控制中，并且在其他領域不斷延伸。盡管大多數中等職業(yè)技術學校均開設了這門課程，但由于未能正確理解可編程控制器的工作原理，能熟練操作運用可編程控制器應用技術的中職學生很少，尤其是基礎相對薄弱的中級工班學生。

一、學生沒有正確理解可編程控制器的工作原理的原因

筆者通過向學生開展問卷調查和與同行探討分析，發(fā)現學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用》（中國勞動社會保障出版社，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過程，并沒有具體、詳細、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，也造成學生難以領會可編程控制器的串行工作方式。

中職學校一般都是在二年級下學期或三年級才開設《可編程控制器原理及應用》課程，在學習此課程之前，學生普遍都已學習了《電力拖動控制線路與技能訓練》等電器控制課程，雖然為學習《可編程控制器原理及應用》打下了邏輯控制基礎，但也容易帶來思維上電器并行控制的慣性，不利于學生學習和應用可編程控制技術。

二、可編程控制器工作原理的幾個要點

可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機，其工作原理建立在計算機工作原理基礎上。計算機的CPU是以分時操作方式來處理各項任務的，計算機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。為此，教師在教學過程中要特別注意兩個要點：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容也不會變化，要到下一周期的輸入采樣階段才會改變；二是由于PLC是串行工作方式，所以PLC的運行結果與梯形圖程序的順序有關。這與繼電器控制系統“并行”工作有質的區(qū)別。它有效避免了觸點的臨界競爭，減少了繁瑣的聯鎖電路。

三、開展可編程控制器工作原理及其他理論教學的幾點想法

1.要重視可編程控制器工作原理教學

目前各技工學校使用的《可編程控制器及其應用》教材，對內容的深度、難度作了較大調整，采用理論知識與技能訓練一體化的模式，盡可能多地使用圖片、表格等形式展示知識點，使其更加符合學生的認知規(guī)律，但在教材內容的深度調整中卻忽視基本原理的描述。而教師也片面認為職業(yè)技術學校學生基礎差，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。在沒有“吃透”職業(yè)活動導向教學法，沒有領會一體化教學本質的情況下，更容易走極端，狹隘地認為先進的教學理念、教學方法，就是不需要各種理論、原理的教學。其實中職教學必須堅持以能力為本位，這就需要教師合理確定能力結構和知識結構，靈活地運用各種先進的教學方法組織教學，在職業(yè)活動導向教學法或者一體化教學實踐中一定要注意理論內容的處理，同樣要重視必要的理論教學。

2.要聯系生活實際幫助學生自主構建知識

可編程控制技術雖是以計算機技術為基礎的控制技術，但它與現代社會生活有著廣泛而密切的聯系，只要引導學生積極思考，就一定能找到其中的生活元素。教師要善于將學生的生活元素融入枯燥的理論知識教學，既要做到內容貼近學生生活實際，又要切合中職學生的認知規(guī)律。一旦枯燥的理論知識變得有趣，理論課教學也將事半功倍。

筆者在講述可編程控制器“輸入掃描階段”時，曾用下面的例子幫助學生構建串行掃描工作制。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“1”，宿舍門關的為信號“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；掃描如同每經過一個宿舍，記下相應狀態(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”，可當離開105室時，它就關上了，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（下一個掃描周期）。

3.要感性地、形象地開展理論教學

理論本來就來自于生活實踐，再抽象的原理，都有其感性的具體的成分；再復雜的思維，都有其邏輯性。中職學校的學生基礎確實相對薄弱，抽象思維能力較差，但感性認識、形象思維能力較好，我們要“對癥下藥”、有的放矢。教師在利用現代多媒體教育技術直觀形象開展理論教學的同時，更應該通過查找資料、同行探討等方式疏理出便于形象表達、易于學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，為彌補教材在這方面的缺失，用以下實例幫助學生建立什么是“輸出刷新”。

輸入信號X00點的狀態(tài)在后續(xù)的5個掃描周期中分別被刷新為1，1，0，0，0，試分析輸出點Y00—Y02的輸出狀況，已知第0掃描周期中I／O點狀態(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，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，直至程序結束。

根據梯形圖邏輯每個周期程序執(zhí)行的結果是：

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)技術學校）