基于三菱PLC的順序起動控制教學設計

王石磊

（溫州職業(yè)技術(shù)學院，浙江 溫州 325035）

電氣控制與PLC課程是高職高專院校機電一體化、電機與電器、自動化等專業(yè)的專業(yè)課程，為使學生能夠盡快掌握可編程控制應用技術(shù)，建議以任務為導向，把比較枯燥的理論基礎知識和實踐操作相結(jié)合，通過引入相關(guān)知識和技能，做到實訓項目以理論為依托，理論知識點以實踐操作為目的，在動手操作的過程中讓兩者彼此交融、互為依襯。

課程建議按照任務導入、相關(guān)知識、任務驅(qū)動及知識拓展等進行設計并貫徹在教學實踐中。論文以順序起動控制程序設計的課堂教學設計為例，對任務教學這種先進的教學方式進行探討。

一、PLC概述

PLC（可編程控制器）是在傳統(tǒng)的繼電接觸控制的基礎上引入計算機控制技術(shù)、自動控制技術(shù)、通訊技術(shù)等形成的一種新型工控裝置。它能充分適應工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境需求，與機器人、計算機輔助設計與制造一起成為工業(yè)自動化的三大支柱。隨著工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線的發(fā)展，它在工業(yè)控制的各個領域都有比較優(yōu)異的表現(xiàn)，尤其是在冶金、化工、汽車制造等領域更是得到了非常廣泛的應用。

PLC有多種編程語言，如指令表、順序功能圖、梯形圖等。由于梯形圖沿用了繼電接觸控制邏輯圖中的觸點、線圈等術(shù)語和圖形符號，因此對于具備傳統(tǒng)斷續(xù)控制電路基礎知識的廣大電氣技術(shù)人員而言，在接觸梯形圖的過程中就會感受其形象、直觀等特點。而對于已經(jīng)學過電器學、電氣控制技術(shù)的學生來說，也會同樣感受到PLC大眾化的優(yōu)點。為了能讓學生拓展編程思路，同時培養(yǎng)他們適應工程實踐的能力，進行項目化教學是非常有必要的。

三菱公司的FX系列PLC是國內(nèi)用得比較多的PLC產(chǎn)品。近年推出的FX3U系列，據(jù)有功能強大、應用范圍廣、性價比高等特點，滿足了大多用戶需要，因此論文結(jié)合三菱FX3U講述PLC的課堂教學。

二、教學任務導入

首先要明確任務，不妨通過影音播放文件播放一段工業(yè)現(xiàn)場電機順序控制的視頻，讓學生對其有直觀的認識。同時，可以在播放的過程中穿插講解電機順序起動的注意事項及順序起動可能會發(fā)生的問題等。然后，給出具體任務：某電氣裝置上有三臺普通的異步電動機。其控制要求如下：按下起動按鈕后，第一臺電動機馬上起動，運行5s后，第二臺電動機起動，在第二臺電動機運行10s后，第三臺電動機起動；按下停止按鈕，三臺電機全部停止。試根據(jù)上述要求編寫PLC的梯形圖程序，并畫接線圖。在課件里直接給出如圖1所示電動機順序控制主電路圖。

圖1 電動機順序控制主電路圖

三、講解相關(guān)知識

課堂上讓學生以小組形式討論，教師適當引導，學生可以先回顧傳統(tǒng)順序控制的電路，如順序起動、逆序停止的電路圖和順序起動、同時停止的電路圖。傳統(tǒng)順序控制電路無需花太多時間，只需要讓學生對順序起動基本電路有正確認識即可。為了進行PLC程序設計，必須花較多重點講解輔助繼電器、定時器。

1.輔助繼電器M

它由內(nèi)部軟元件的觸點驅(qū)動，常開和常閉觸點的使用次數(shù)不限，但不能直接驅(qū)動外部負載,采用十進制編號。包括通用輔助繼電器M0～M499（500點）、掉電保持輔助繼電器M500～M1023（524點）、特殊輔助繼電器M8000～M8511（512點）。

一般教材上對通用輔助繼電器和掉電保持輔助繼電器所花筆墨較多，但對特殊輔助繼電器講解比較少。考慮到PLC編程過程中會經(jīng)常用到一些特殊輔助繼電器，因此不妨對M8000運行監(jiān)視、M8002初始脈沖、M8011～M8014內(nèi)部時鐘、M8030、M8034等結(jié)合三菱編程手冊講解。

2.定時器T

定時器實際是內(nèi)部脈沖計數(shù)器，可對內(nèi)部1ms、10ms和100ms時鐘脈沖進行加計數(shù)，當達到用戶設定值時，觸點動作。它包括普通定時器和積算定時器。應重點講解100ms普通定時器T0～T199，強調(diào)普通定時器線圈通電時計時，斷電復位不會保存中間數(shù)值。

四、任務實施

在PLC控制電路設計過程中，要完成I/O分配表、PLC接線圖、梯形圖和指令表。在寫出梯形圖和指令表后，即可使用PLC進行測試。為了節(jié)約實驗室硬件投資，也可以使用三菱的仿真軟件GX Simulator對所編程序進行調(diào)試。在該任務中，輸入有三個：起動X0、停止X1、過載保護X2；輸出也是三個：第一臺電動機Y0、第二臺電動機Y1、第三臺電動機Y2。

此處要讓學生知道PLC輸入點數(shù)的“節(jié)約”原則，在實際工業(yè)應用中，為了節(jié)約成本，要控制所用的PLC點數(shù)，所以三臺電動機的三個過載保護輸入信號才串聯(lián)起來同時接在X2上面。如圖2為電動機的順序起動梯形圖。

圖2 順序起動梯形圖

大部分同學只要能夠理解定時器的用法及傳統(tǒng)順序控制電路，那么編寫出上述梯形圖并不困難。因此，不妨在學做合一的教學過程中趁熱打鐵給出任務二：有三臺電動機，當按下起動按鈕SB1時，Y0電動機起動；運行5s后，Y1電動機起動；又運行10s后，Y2電動機起動。當按下停止按鈕SB2時，Y1立即停止；Y1電動機停5s后，Y2電動機停止；Y2電動機停5s后，潤滑電動機停止。當任一電動機過載時，三臺電動機全停。

在實訓過程中，適時給出如圖3所示的順序起動、同時停止梯形圖，讓學生討論并回答該圖是否能夠?qū)崿F(xiàn)任務二的控制要求。通過該程序讓學生意識到明確任務是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，有些同學任務沒有完全理解就著急編程，結(jié)果往往是“事倍功半”。

修改梯形圖，在圖3梯形圖的M0線圈支路再串入一T3常閉觸點。當按下起動按鈕X0，Y0起動，同時T0和T1線圈為ON，開始定時。T0線圈接通5秒后，延時時間到，常開觸點閉合，第二臺電動機Y1起動；T1線圈接通15秒后，延時時間到，常開觸點閉合，第二臺電動機Y2起動。當按下停止按鈕X1，輔助繼電器M0線圈ON，對應M0常閉觸點斷開，Y1線圈失電，電機停止。T2線圈接通5秒后，延時時間到，常閉觸點斷開，第三臺電動機Y2停止。T3線圈接通10秒后，延時時間到，常閉觸點斷開，第一臺電動機Y0停止。符合任務二要求。

圖3 順序起動、同時停止梯形圖

五、知識拓展

為了能夠讓學生更好地理解定時器的用法，在課堂上再給出定時器的幾個典型電路，如閃爍電路、延時斷開/接通電路等。這些電路要讓學生自己查找資料和手冊進行，學生有不理解的地方在課堂上進行回答。當大部分學生都對這些電路有正確認識后，進行任務三：某控制系統(tǒng)有一盞紅燈，合上開關(guān)K1，紅燈亮2s滅2s，累計持續(xù)時間10s后自行關(guān)閉。給出幾個比較典型的梯形圖，讓學生進行分析判斷。如圖4是三個定時器實現(xiàn)部分功能的梯形圖，10s時間到紅燈常亮，圖5同樣利用三個定時器完全實現(xiàn)了任務三，圖6為使用了特殊輔助繼電器來實現(xiàn)該任務的梯形圖，M8034線圈ON后，靜止所有輸出。讓學生比較這三張?zhí)菪螆D，體會定時器和特殊輔助繼電器的用法。

圖4 實現(xiàn)任務三部分功能的梯形圖

圖5 任務三的梯形圖

圖6 使用了特殊輔助繼電器的梯形圖

筆者剛從電力系統(tǒng)調(diào)入高職院校工作不久，在教學過程中已體會到這種教學任務驅(qū)動對高職學生是比較適合的。任務教學法將理論和實踐操作密切結(jié)合，強調(diào)技術(shù)的應用性，通過一個個任務來引導學生，教學過程中注意穿插講一些教師個人的實踐經(jīng)驗，使得學生快速、高效地掌握多個任務實例，提高學生分析和解決實際問題的能力。

另外，在教學過程中也建議盡可能地選擇一些企業(yè)使用比較廣泛的技術(shù)，在理論內(nèi)容安排上重點突出，強調(diào)實訓內(nèi)容和知識點相結(jié)合，不需要給學生灌輸廣而全的內(nèi)容，而要培養(yǎng)他們模仿到創(chuàng)新的能力，要讓學生在教師的引導下，讓學生把一次次的實訓當作是一次次的工程實踐，從一開始就有意識地強調(diào)工程實踐的重要性和必要性，最終使他們能較快較好地適應工作的需要。

[1]阮友德.PLC、變頻器、觸摸屏綜合應用實訓[M].北京:中國電力出版社，2009.

[2]郭艷萍.電氣控制與PLC應用[M].北京:人民郵電出版社，2010.

[3]吳啟紅.變頻器、可編程控制器及觸摸屏綜合應用技術(shù)實操指導書[M].北京:機械工業(yè)出版社，2012.