PLC課程一體化教學(xué)在模擬實(shí)現(xiàn)機(jī)床坐標(biāo)顯示教學(xué)中的應(yīng)用

劉雙燕

摘 要：PLC課程是電氣自動(dòng)化技術(shù)等電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心課程。在PLC課程中利用直線光柵尺作為位置檢測(cè)元件，采用“三菱FX2N-PLC”和“1HC”記數(shù)模塊再加上“GOT940”作為人機(jī)對(duì)話顯示界面，可模擬實(shí)現(xiàn)機(jī)床坐標(biāo)位置信號(hào)顯示的一體化教學(xué)，本文明確了一些重要講解因素，并闡述了PLC課程一體化教學(xué)中的組織實(shí)施辦法。

關(guān)鍵詞：一體化教學(xué) FX-2N-PLC HC記數(shù)模塊 GOT940觸摸屏 應(yīng)用

可編程邏輯控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是提高制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率必不可少的重要手段。本文主要闡述針對(duì)PLC及其擴(kuò)展功能課程進(jìn)行教學(xué)的組織與實(shí)施。

下面談?wù)勗赑LC課程一體化教學(xué)中，如何利用直線光柵尺作為位置檢測(cè)元件，采用“三菱FX2N-PLC”和“1HC”記數(shù)模塊再加上“GOT940”作為人機(jī)對(duì)話顯示界面，模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床設(shè)備各坐標(biāo)的位置信號(hào)的顯示。

一、第一步——講解

講解可編程控制器“三菱FX2N-PLC”“1HC”記數(shù)模塊和“GOT940”的用途、工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)等。

二、第二步——介紹

介紹FX2N和1HC功能模塊的配置程序和接口。著重介紹“PLC-FX2N”在工業(yè)控制中的應(yīng)用。詳細(xì)介紹“FX2N-1HC記數(shù)功能模塊”的使用，此高速記數(shù)模塊是具有2相50KHZ的高速計(jì)數(shù)器，它的記數(shù)速度要比“PLC”內(nèi)置的計(jì)數(shù)器要快得多，而且它可以直接進(jìn)行比較和輸出，各計(jì)數(shù)器模式可用PLC命令進(jìn)行選擇，如1相或是2相，16位還是32位模式，只有這些模式設(shè)定以后“FX02N-1HC功能模塊”才能正常運(yùn)行。對(duì)于它的輸入信號(hào)必須是1相或是2相的電壓為“5V、12V、24V”的方波信號(hào)。FX2N-PLC與FX2N-1HC之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)緩沖存儲(chǔ)器交換進(jìn)行的，“FX2N-1HC”有32個(gè)緩沖存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器為16位，其占用PLC擴(kuò)展總線上的8個(gè)I/O點(diǎn)，這8個(gè)點(diǎn)可由輸入輸出進(jìn)行分配。首先將所有的設(shè)備按說(shuō)明書(shū)要求進(jìn)行正確連接，在編程設(shè)備中必須預(yù)先安裝win98、win2000或winXP的系統(tǒng)軟件給予支持，然后還要安裝“FX-PSC-DU-WIN-C”人機(jī)界面的編程軟件，安裝“FXGP-WIN-C”的PLC編程軟件。使用編碼器或是其他能輸出5V～24V方波信號(hào)的位置檢測(cè)元件都可以參照相關(guān)硬件說(shuō)明書(shū)進(jìn)行連接。硬件連接完畢后就可對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程調(diào)試，為下一步編程調(diào)試打下基礎(chǔ)。

三、第三步——對(duì)該設(shè)備進(jìn)行編程初始化

具體方法和步驟如下。

一是當(dāng)所有設(shè)備連接好后，首先要在編程設(shè)備中打開(kāi)“FXGP-WIN-C”軟件編寫(xiě)“FX2N-1HC”的初始化程序，讓位置檢測(cè)設(shè)備發(fā)出位移方波信號(hào)時(shí)PLC和記數(shù)模塊能夠迅速準(zhǔn)確地記錄并且利用相應(yīng)的程序?qū)ζ溥M(jìn)行處理。

二是程序首先要使PLC得電瞬間M8002初始脈沖只在上電時(shí)接通。編寫(xiě)如下程序【TO K0 K4 K16 K1】，在第一個(gè)功能模塊中的第四個(gè)寄存區(qū)內(nèi)的第十六位里寫(xiě)入“1”。此條語(yǔ)句是讓“FX2N-1HC”允許“PLC”寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

三是編寫(xiě)程序【DTO K0 K20 D1000 K1】，把“PLC”內(nèi)部寄存器D1000中一個(gè)32位的數(shù)據(jù)寫(xiě)入“FX2N-1HC”中的第二十個(gè)寄存器內(nèi)。此條語(yǔ)句是讓“PLC”內(nèi)部的斷電保持寄存器D1000中在上次斷電保存的數(shù)據(jù)寫(xiě)回到“FX2N-1HC”中，這樣每次設(shè)備通電后就可以在保留上次設(shè)備斷電時(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。

四是編寫(xiě)程序【TO K0 K4 K1 K1】，將“FX2N-1HC”中第四個(gè)寄存器的第1位數(shù)據(jù)位置入“1”，它表示此記數(shù)模塊可以開(kāi)始進(jìn)入記數(shù)狀態(tài)。

五是編寫(xiě)程序【DMOV D1100 D100】，將“PLC”中第“D1100”中的數(shù)據(jù)傳送到第“D100”內(nèi)部寄存器中，主要是讓“GOT-940”人機(jī)界面在得電時(shí)顯示十進(jìn)制的位置信息。“PLC”中各內(nèi)部寄存器功能用途：D100=提供人機(jī)界面最終顯示的軸運(yùn)動(dòng)位移數(shù)據(jù)，D500-D501=位置檢測(cè)設(shè)備采集后的32位存儲(chǔ)區(qū)，D600-D601=脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，D1000=斷電脈沖存儲(chǔ)區(qū)，D1100=斷電十進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，D1500=清零數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存區(qū)。

現(xiàn)在已定義好所需的存儲(chǔ)區(qū)，并且能把位移脈沖傳送到所指定的區(qū)域，下一步就是把脈沖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需要的位置數(shù)據(jù)，最終通過(guò)人機(jī)界面“GOT-940”呈現(xiàn)出來(lái)供使用。

四、第四步——對(duì)采集到的脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換

程序和步驟如下。

讓學(xué)生在編程軟件中的調(diào)試監(jiān)控狀態(tài)下仔細(xì)觀察，按照事先設(shè)定好的PLC內(nèi)部寄存器地址的數(shù)據(jù)變化過(guò)程，試著編寫(xiě)PLC控制的梯形圖，并將梯形圖程序輸入到計(jì)算機(jī)里。

一是在編程中使用“PLC”內(nèi)部上電監(jiān)控特殊繼電器“M8000”當(dāng)“PLC”得電之后始終運(yùn)行的程序，編輯程序是讀出“FX2N-1HC”第20個(gè)內(nèi)部寄存器中的一組32位數(shù)據(jù)，并且傳送到“PLC”內(nèi)部寄存器“D500”中。這里需要特別注意的地方是此時(shí)“PLC”內(nèi)部寄存器“D500”中的數(shù)據(jù)只是所采集到的方波個(gè)數(shù)，還不是所需要的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

二是把采集到的方波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，這里必須根據(jù)位置移動(dòng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的特性來(lái)設(shè)計(jì)編寫(xiě)的。首先將內(nèi)部寄存器“D500”中的脈沖數(shù)乘與一個(gè)基數(shù)“K4”，此基數(shù)主要取決于數(shù)據(jù)采集設(shè)備的性能。例如：使用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備是每移動(dòng)1毫米就能發(fā)出500個(gè)“A”方波脈沖和500個(gè)“B”脈沖，而人機(jī)界面“GOT940”上所顯示所需要的精度為1/1000毫米的數(shù)據(jù)，此時(shí)就必須將“K4”基數(shù)改為“K2”再傳給“D600”。

三是由于脈沖密度、檢測(cè)數(shù)據(jù)精度和被檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行速度又和“FX2N-1HC”的記數(shù)頻率有關(guān)，如果脈沖密度大于計(jì)數(shù)器的記數(shù)頻率，那么將造成脈沖丟失的嚴(yán)重錯(cuò)誤。這樣就要求在設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮被檢測(cè)設(shè)備的位移速度，例如：使用一根每移動(dòng)1毫米能發(fā)出250個(gè)方波信號(hào)的光柵尺，并且“FX2N-1HC”設(shè)置為“A、B兩相1邊緣”的記數(shù)模式，此時(shí)“FX2N-1HC”記數(shù)頻率為“50KMZ”，那就意味著被檢測(cè)設(shè)備的位移速度在“FX2N-1HC”處于1邊緣記數(shù)狀態(tài)下，被檢測(cè)設(shè)備的最大位移速度就不能大于每分鐘12米，假如設(shè)備的最大位移速度大于每分鐘12米，“FX2N-1HC”高速計(jì)數(shù)模塊將會(huì)發(fā)生脈沖丟失，計(jì)數(shù)數(shù)值發(fā)生錯(cuò)誤的故障；2邊緣記數(shù)被檢測(cè)設(shè)備的最大位移速度就不能超過(guò)每分鐘6米。依次類(lèi)推當(dāng)按照4邊緣記數(shù)，被檢測(cè)設(shè)備的最大位移速度就不能超過(guò)每分鐘3米。

四是此時(shí)將上述程序傳入“PLC”中，光柵尺、記數(shù)模塊、PLC就已經(jīng)可一一記數(shù)了，但此時(shí)所有的數(shù)據(jù)均在“PLC”內(nèi)部，還需要把它處理得能讓我們直接看到這些有用的數(shù)據(jù)來(lái)為工作提供幫助。下面就介紹怎樣把這些有用數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)。

五、第五步——在人機(jī)界面“GOT-940”中設(shè)置并顯示坐標(biāo)數(shù)

一是講授人機(jī)界面“觸摸屏GOT-940”的外部接線方法和程序傳輸方法以及安全注意事項(xiàng)，學(xué)生以小組為單位開(kāi)始動(dòng)手接線，經(jīng)教師檢查無(wú)誤后，通電調(diào)試程序。在調(diào)試過(guò)程中讓學(xué)生深刻理解在“GOT-940”人機(jī)界面中設(shè)置所需要的畫(huà)面。這里就得從編程軟件說(shuō)起，首先讓學(xué)生在人機(jī)界面編程軟件“FX-PSC-DU-WIN-C”中建立主畫(huà)面，編輯畫(huà)面中“X、Y、Z”所視區(qū)域，即所需要的設(shè)備相對(duì)坐標(biāo)顯示數(shù)值區(qū)域，以其中“X”坐標(biāo)為例，要在此區(qū)域顯示，可以按照前面敘述過(guò)的方法處理好“PLC”的程序數(shù)據(jù)，并且將處理好的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在“PLC”內(nèi)部指定的寄存器“D100”中，需要做的只是將其讀出顯示出來(lái)。之后用鼠標(biāo)雙擊X數(shù)據(jù)區(qū)域，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)設(shè)置窗口。在元件設(shè)定欄所指定字元件區(qū)內(nèi)鍵入“PLC”預(yù)先處理好的指定存儲(chǔ)區(qū)，并且在此窗口對(duì)話欄中設(shè)置好相關(guān)要求的數(shù)值。

二是最后將編輯好的程序傳輸給“GOT940”，連接好所有硬件，此時(shí)接通電源后人機(jī)界面（GOT940）中“X”坐標(biāo)顯示欄中的數(shù)據(jù)將會(huì)隨位置檢測(cè)設(shè)備的移動(dòng)而精確顯示出位移數(shù)據(jù)來(lái)。接下來(lái)利用編寫(xiě)更多的“PLC”和“人機(jī)界面”程序來(lái)完成。

六、第六步——學(xué)生將調(diào)試結(jié)果和實(shí)驗(yàn)體會(huì)等寫(xiě)入實(shí)訓(xùn)報(bào)告

教師在巡視指導(dǎo)過(guò)程中注意觀察每名學(xué)生，鼓勵(lì)所有學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，記錄并打分。

一是制定一體化教學(xué)評(píng)價(jià)與考核標(biāo)準(zhǔn)。教學(xué)評(píng)價(jià)的目的是對(duì)課程教學(xué)過(guò)程、教學(xué)方法以及學(xué)生培養(yǎng)方案進(jìn)行分析，做出決策。一體化教學(xué)模式的考核評(píng)價(jià)應(yīng)將能力、素質(zhì)、知識(shí)的考核評(píng)價(jià)融合于課題的完成過(guò)程之中?？己嗽u(píng)價(jià)的內(nèi)容包括職業(yè)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)過(guò)程、理論素養(yǎng)三個(gè)部分。

二是鞏固訓(xùn)練，總結(jié)提高。這一環(huán)節(jié)的目的是促進(jìn)知識(shí)和技能的遷移，即通過(guò)相似項(xiàng)目或同一項(xiàng)目重復(fù)訓(xùn)練，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施情況進(jìn)行總結(jié)，使學(xué)生能梳理知識(shí)結(jié)構(gòu)，切實(shí)掌握技能和方法，靈活運(yùn)用新知識(shí)、新技能、新方法解決同類(lèi)問(wèn)題。在這一過(guò)程中要讓學(xué)生自主選擇薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行鞏固訓(xùn)練，在學(xué)生自我總結(jié)基礎(chǔ)上由教師進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)。

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（作者單位：云南技師學(xué)院）