對(duì)比教學(xué)法在PLC教學(xué)中的應(yīng)用

蔣建明, 朱正偉, 馬正華, 徐守坤, 史 兵

(常州大學(xué) 1.懷德學(xué)院， 江蘇 靖江214500； 2. 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 常州 213064)

對(duì)比教學(xué)法在PLC教學(xué)中的應(yīng)用

蔣建明1,2, 朱正偉1,2, 馬正華2, 徐守坤2, 史 兵2

(常州大學(xué) 1.懷德學(xué)院， 江蘇 靖江214500； 2. 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 常州 213064)

本文介紹在PLC教學(xué)過程中，通過同一任務(wù)采用硬件和軟件兩種方法實(shí)現(xiàn)和同一任務(wù)采用不同軟件實(shí)現(xiàn)的對(duì)比分析，使學(xué)生逐步優(yōu)化方案規(guī)劃和程序設(shè)計(jì)，達(dá)到提高系統(tǒng)效率、節(jié)約系統(tǒng)資源的目的。

對(duì)比分析；電氣控制；優(yōu)化；PLC

0 引言

在學(xué)習(xí)完電路理論和電子技術(shù)基礎(chǔ)兩門專業(yè)基礎(chǔ)課和電氣控制專業(yè)課程后，自動(dòng)化和電氣工程專業(yè)的學(xué)生開始學(xué)習(xí)PLC (Programmable Logic Controller)技術(shù)課程。該課程實(shí)踐性很強(qiáng)。在之前的電氣控制課程的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生掌握了通過接觸器、繼電器等硬件設(shè)備完成簡(jiǎn)單的電氣控制的技術(shù)[1]。但這種純硬件控制只能完成一些簡(jiǎn)單的邏輯控制，控制要求稍有變化，則需要重新布線，甚至重新安裝元器件[2]。PLC的電氣控制具有外部接線簡(jiǎn)單、規(guī)則的特點(diǎn)，如果輸入輸出觸點(diǎn)不增加，只是控制邏輯改變，則無須改變硬件布局及接線，如果需要增加節(jié)點(diǎn)控制，只需在預(yù)留空間進(jìn)行相應(yīng)接線，具有明顯的優(yōu)勢(shì)[3]。

1 對(duì)比教學(xué)

對(duì)比分析法是把客觀事物加以比較，以達(dá)到認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)和規(guī)律，做出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)的一種方法[4]。只有選擇合適的對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)才能做出客觀的評(píng)價(jià)。PLC在實(shí)踐應(yīng)用中以工作效率、可靠性、可擴(kuò)展性和硬件成本的高低等為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。通常一個(gè)簡(jiǎn)單的電氣控制可以通過硬件或軟件的控制方式實(shí)現(xiàn)。在PLC教學(xué)中對(duì)比教學(xué)可以分為對(duì)同一功能采用硬件與軟件實(shí)現(xiàn)的對(duì)比和同一功能采用相同硬件不同軟件實(shí)現(xiàn)的對(duì)比分析來進(jìn)行[5]。

2 對(duì)比教學(xué)的應(yīng)用

2.1 同一功能硬件與軟件實(shí)現(xiàn)的對(duì)比

生產(chǎn)機(jī)械除了要求按順序起動(dòng)外，還要求有一定的時(shí)間間隔，在硬件控制電路中一般用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)。主電路如圖1所示，三相交流電機(jī)M1，M2分別通過接觸器KM1，KM2的主觸點(diǎn)連接到三相電源上。

圖1 控制主電路

硬件控制電路如圖2所示。

圖2 順序啟動(dòng)電氣控制硬件實(shí)現(xiàn)電路

當(dāng)按下起動(dòng)按鈕SB2后，電流流過停止按鈕SB1、熱繼電器FR1的常閉觸點(diǎn)，再流過接觸器KM1線圈。KM1線圈通電后，吸合主電路中的KM1主觸點(diǎn)和控制電路里的KM1輔助觸點(diǎn)。 KM1主觸點(diǎn)的閉合使電機(jī)M1先啟動(dòng)， KM1輔助觸點(diǎn)閉合一方面使原來控制電路自保持，另一方面使時(shí)間繼電器KT線圈通電開始計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)時(shí)間到則KT常開觸點(diǎn)閉合，接觸器KM2線圈通電，KM2輔助常開觸點(diǎn)閉合自保持，主電路中的KM2主觸點(diǎn)閉合使電機(jī)M2啟動(dòng)。兩臺(tái)電機(jī)運(yùn)行后，如果按下停止按鈕SB1，則接觸器KM1，KM2線圈失電，主電路中KM1,KM2常開主觸點(diǎn)斷開，兩臺(tái)電機(jī)停止運(yùn)行，控制電路恢復(fù)到初時(shí)狀態(tài)。這種控制方式采用純硬件控制，接線相對(duì)較多，時(shí)間繼電器控制精度不高。

在PLC控制中，主電路和圖1一致，控制電路(略)接線非常簡(jiǎn)單，只需把PLC內(nèi)部+24 V電源分別通過啟動(dòng)按鈕SB2、停止按鈕SB1常開觸點(diǎn)接入PLC的輸入觸點(diǎn)I0.0和I0.1，輸出觸點(diǎn)Q0.0和Q0.1分別與KM1,KM2線圈相連，與外部220 V交流電源形成回路。Q0.0和Q0.1受輸入觸點(diǎn)I0.0和I0.1狀態(tài)和程序軟件控制，Q0.0和Q0.1為1時(shí)，KM1,KM2線圈通電。軟件控制如圖3所示。網(wǎng)絡(luò)1采用起-保-停方法設(shè)計(jì)，按啟動(dòng)按鈕SB2后，I0.0有效，則QO.O有效使電機(jī)M1啟動(dòng)，QO.O常開觸點(diǎn)自保持。定時(shí)器T37開始計(jì)時(shí)，8秒(參數(shù)可調(diào))后T37常開觸點(diǎn)導(dǎo)通使Q0.1有效，電機(jī)M2啟動(dòng)運(yùn)行。

通過上述兩種方法實(shí)現(xiàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：

⑴使用PLC控制，接線簡(jiǎn)單，可靠性高。與電氣控制硬件電路相比，PLC內(nèi)部軟件定時(shí)器代替了時(shí)間繼電器KT，無需外部接線，而且精度高。

⑵PLC控制可擴(kuò)展性強(qiáng)。如果控制要求略有增加，則原有硬件電路控制中需要重新排線，甚至重新安排控制箱元器件布局。如果輸入輸出觸點(diǎn)不增加，只是控制功能增加，則軟件控制保持PLC原有接線，只要改變程序即可，如果需要增加觸點(diǎn)，則在預(yù)留位置增加少量接線，原有接線無須變動(dòng)。

圖3 順序啟動(dòng)軟件實(shí)現(xiàn)程序

2.2 同一功能不同軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)比

在PLC軟件控制的實(shí)現(xiàn)過程中，同一功能可以用不同的軟件實(shí)現(xiàn)。例如要求產(chǎn)生一個(gè)脈沖、周期和占空比可調(diào)的振蕩電路。圖4是常規(guī)實(shí)現(xiàn)法，當(dāng)I0.0常開觸點(diǎn)閉合后T37開始計(jì)時(shí)，4 s后T37常開觸點(diǎn)閉合，Q0.0由0→1，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，同時(shí)T38開始計(jì)時(shí)，6 s后T38常閉觸點(diǎn)斷開，T37,T38都清0，開始新一輪周期。

圖4 雙定時(shí)器控制程序

圖5是另一種方法，I0.0常開觸點(diǎn)閉合后，T37開始計(jì)時(shí)，4 s后T37的計(jì)數(shù)值大于40，網(wǎng)絡(luò)2導(dǎo)通，Q0.0由0→1。在T37計(jì)數(shù)值由40增加到100的過程中，Q0.0始終保持導(dǎo)通，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到100，T37的常閉觸點(diǎn)斷開，T37清0，開始新一輪周期。

圖4和圖5兩種軟件方法都產(chǎn)生周期為1 s，高電平為0.6 s的脈沖，但第二種方法通過比較運(yùn)算，節(jié)省了一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器。通過不同軟件實(shí)現(xiàn)同一功能的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生發(fā)現(xiàn)通過程序優(yōu)化，達(dá)到節(jié)省內(nèi)部資源的目的。

圖5 單定時(shí)器控制程序

3 結(jié)語

在掌握PLC基礎(chǔ)理論知識(shí)的條件下，只有通過不斷實(shí)驗(yàn)才能有助于提高學(xué)生動(dòng)手能力。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)比教學(xué)有助于增加學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，培養(yǎng)學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性思維及鞏固專業(yè)知識(shí)點(diǎn)。

[1] 魏艷紅，許昌，王桂榮，張遠(yuǎn)輝.PLC課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索[J].南京:電氣電子學(xué)報(bào),2014,36(3):93-95.

[2] 李曉寧.現(xiàn)代電氣控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].北京:實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007,24(2):64-66.

[3] 刁統(tǒng)山，王連飛，楊愛新，曹玉.改革PLC教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].上海:實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008,27(9):166-168.

[4] 余日東.PLC課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].天津:職業(yè)教育研究，2007(5):81-82.

[5] 劉國光.任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)沙:高等教育研究學(xué)報(bào)，2004,27(4):74-75.

Comparative Approach in PLC Teaching

JIANG Jian-ming1,2, ZHU Zheng-wei1,2, MA Zheng-hua2, XU Shou-kun2, SHI Bing2

(1.HuaideCollege,ChangzhouUniversity,Jingjiang214500,China2.SchoolofInformationScience&Engineering,ChangzhouUniversity,Changzhou213164,China)

Comparative approach′s purpose is to determine the difference between different design methods in the process of teaching . In usual teaching process, same task is achieved by hardware or software and same task realized by different software are compared and analyzed. Students are able to gradually optimize the program planning and program design, to improve system sufficiency and save system resources.

comparative analysis; electrical control;optimization; PLC

2016-08-28;

2017-02- 09

江蘇省科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(BE2013005-3)，常州市應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃(CJ20159035)

蔣建明(1970-)，男，工學(xué)博士，副教授，主要從事計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程測(cè)量與控制研究,E-mail: jjm-224@163.com

G642.0

A

1008-0686(2017)04-0113-03