PLC編程技術(shù)在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

孔憲林

（泰安技師學(xué)院 山東省泰安市 271000）

PLC是最常用的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)控制器。其具有較高的可靠性、較強(qiáng)的抗干擾能力，而且編程簡(jiǎn)單、容易掌握，且和高校教學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)要求相符，因此廣受青睞。與此同時(shí)，電工學(xué)理論教學(xué)也會(huì)經(jīng)常涉及PLC 控制器，更可以在電子電工實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生做到舉一反三。

1 研發(fā)PLC電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置原因分析

在學(xué)習(xí)電工電子課程時(shí)，電工電子實(shí)驗(yàn)是重要的學(xué)習(xí)方式之一。對(duì)于電工電子課不僅要學(xué)習(xí)理論知識(shí)，而且要進(jìn)行相應(yīng)的電工電子實(shí)驗(yàn)，理論是為學(xué)生學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，至于電工電子實(shí)驗(yàn)則是對(duì)學(xué)生的問(wèn)題解決能力、知識(shí)遷移能力、實(shí)際操作能力進(jìn)行有效培養(yǎng)?；诳茖W(xué)技術(shù)高速發(fā)展，帶動(dòng)了電工電子系統(tǒng)變革，智能傳感設(shè)備、PLC、組態(tài)技術(shù)等均陸續(xù)運(yùn)用在電工電子領(lǐng)域，也正是因?yàn)樯鲜黾夹g(shù)大范圍應(yīng)用在電工電子中，在一定程度上改變了電工電子的技術(shù)及知識(shí)結(jié)構(gòu)。出于滿足發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的實(shí)際需求，進(jìn)一步提高電工電子操作能力，則有必要更新學(xué)校的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置。針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置若想滿足社會(huì)科學(xué)技術(shù)當(dāng)前發(fā)展情況，應(yīng)通過(guò)PLC 編程技術(shù)對(duì)教學(xué)裝置方案加以設(shè)計(jì)。在研發(fā)PLC 電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置時(shí)，一般會(huì)涉及 器件技術(shù)，其和電工技術(shù)原理、現(xiàn)代電器控制理論相吻合[1]。

2 簡(jiǎn)析教學(xué)裝置主要特征

相比其他專業(yè)，電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容存在一定區(qū)別，則是因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)電工電子實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)不僅具有一定的深度及廣度，而且實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)會(huì)涉及相應(yīng)的步驟，主要包括認(rèn)識(shí)、組裝、設(shè)計(jì)和調(diào)試等。而電工電子課程所使用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置特征，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

2.1 先進(jìn)的技術(shù)

為順應(yīng)社會(huì)科學(xué)技術(shù)當(dāng)前發(fā)展形勢(shì)，PLC 電工電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置會(huì)提高其自身的科學(xué)性，這樣實(shí)驗(yàn)裝置不僅技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，且具有較強(qiáng)的實(shí)用性，有利于電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率的提高。

2.2 較強(qiáng)通用性，較廣適用面

絕大多數(shù)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置都具備優(yōu)良的通用條件，能應(yīng)用在很多實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這也是電工電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置較廣適用面特點(diǎn)的體現(xiàn)。

2.3 出色的擴(kuò)展性

具備較強(qiáng)擴(kuò)展性的PLC 電工電子實(shí)驗(yàn)裝置，在具體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電工電子課程知識(shí)的有效擴(kuò)展[2]。

2.4 較高的安全性

對(duì)比以往電工電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備，PLC 電工電子實(shí)驗(yàn)裝置擁有比較高的開(kāi)放性。通常情況下，電工電子實(shí)驗(yàn)裝置若是開(kāi)放性高其安全性會(huì)相對(duì)偏低，可PLC 電工電子實(shí)驗(yàn)裝置卻具備理想的安全性。

3 電工電子實(shí)驗(yàn)室西門子標(biāo)志的應(yīng)用分析

圖1：加工示意圖

圖2：乒乓線路示意圖

在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，PLC 技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)常見(jiàn)，是一類控制器。在具體使用過(guò)程中具備良優(yōu)良的抗干擾力與較強(qiáng)穩(wěn)定性，同樣學(xué)習(xí)PLC 編程技術(shù)也很容易，正是因?yàn)樵摼幊碳夹g(shù)自身的獨(dú)有優(yōu)勢(shì)，所以廣泛應(yīng)用在高校教學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)中，而且PLC 也逐步滲透到電工電子教學(xué)，課上學(xué)生可以依據(jù)實(shí)驗(yàn)情況了解相應(yīng)的工藝形式。本文在對(duì)PLC 編程技術(shù)應(yīng)用在電工電子實(shí)驗(yàn)的研究中，同樣將西門子標(biāo)志為案例，分析該編程技術(shù)的具體應(yīng)用。針對(duì)西門子標(biāo)志，其是由西門子公司開(kāi)發(fā)的控制器，在具體編程中可以最多輸入 數(shù)字，而且在數(shù)值中16 位是輸入數(shù)字量，兩個(gè)數(shù)字是模擬量、8 種位輸入數(shù)字量[3]。相比原本PLC 技術(shù)西門子標(biāo)志的體積會(huì)更小，而且能有效縮小電氣控制空間范圍。不僅標(biāo)志編程十分便捷而且性價(jià)比更高，可以廣泛應(yīng)用在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中。西門子標(biāo)志加工零件示意圖如圖1所示。由圖1 可知機(jī)械手在發(fā)出復(fù)位動(dòng)作時(shí)，加工的工件會(huì)位于圖中的位置上面，將相關(guān)按鍵按下后在加工中可以執(zhí)行具體工序，并送入指定的剪床處。在加工工件操作結(jié)束后，將指定按鍵按下便可以進(jìn)入下一道工序，然后將工件傳輸進(jìn)鉆機(jī)，結(jié)束工件加工的所有順序。

4 簡(jiǎn)析PLC編程技術(shù)的具體應(yīng)用

在具體使用PLC編程技術(shù)的過(guò)程中，其使用形式屬于循環(huán)掃描，循環(huán)的整個(gè)工作過(guò)程是反復(fù)開(kāi)展的，該技術(shù)的所需時(shí)間即為循環(huán)工作周期。PLC 編程技術(shù)每一周期內(nèi)均會(huì)涉及3 個(gè)階段，具體是程序執(zhí)行、輸入采樣以及輸入刷新[4]。開(kāi)展程序時(shí)均是依據(jù)從上至下、自左向右的順序。在進(jìn)行每個(gè)編程前，均需要與標(biāo)志內(nèi)相關(guān)變量進(jìn)行相應(yīng)的輸入與輸出。

4.1 乒乓電路

在具體使用PLC 編程技術(shù)的過(guò)程中總共涉及兩個(gè)按鍵，該技術(shù)工藝需要其中一按鍵被按下時(shí)，會(huì)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，若是改按另外一個(gè)按鍵則會(huì)停止電動(dòng)的運(yùn)行。兩個(gè)按鍵具備基本相同的工藝要求，那么在標(biāo)志程序當(dāng)中會(huì)涉及M 工序，確保M 工序在按下按鍵后會(huì)構(gòu)成邊沿脈沖，從而為線圈提供所需電源，該電路示意圖如圖2所示。

4.2 自鎖和互鎖

在實(shí)際加工工件時(shí)，應(yīng)該在輸入端按下相應(yīng)的按鈕，通過(guò)按鈕可以和相關(guān)設(shè)備彼此間形成有效連接，這樣可以確保線圈和工件二者間維持穩(wěn)定聯(lián)通。那么在對(duì)工件進(jìn)行具體加工時(shí)，兩個(gè)按鍵不可以同時(shí)處在閉合狀態(tài)，除此之外按鍵還應(yīng)維持復(fù)位狀態(tài)。

4.3 使用邏輯函數(shù)

在工件進(jìn)行實(shí)際加工時(shí)，總共具備3 個(gè)開(kāi)關(guān)且每個(gè)開(kāi)關(guān)均可以有效控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)[5]。通過(guò)PLC 編程技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)編程時(shí)，應(yīng)該針對(duì)程序采取反復(fù)性互鎖，這樣可以確保程序形成的完整與安全，而且和相關(guān)工藝需求相符。在使用原有編程方法的過(guò)程中，會(huì)涉及相對(duì)較長(zhǎng)的編輯時(shí)間而且涉及較多的開(kāi)關(guān)輸入，很多設(shè)計(jì)人員極易在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在編輯漏洞，從而難以落實(shí)工藝需求。另外，學(xué)生在程序的修改和調(diào)試方面存在較高的操作難度，但是在應(yīng)用邏輯數(shù)值表后，可以有效簡(jiǎn)化傳統(tǒng)編程確保落實(shí)工藝要求，依據(jù)相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識(shí)，從數(shù)學(xué)視角處理PLC 編程技術(shù)所存在的一系列問(wèn)題，這樣學(xué)生也會(huì)更容易理解程序，進(jìn)而將相關(guān)理論知識(shí)靈活運(yùn)用在解決工程問(wèn)題的過(guò)程中。

4.4 實(shí)現(xiàn)順序控制

當(dāng)前，順序控制實(shí)現(xiàn)是最為先進(jìn)的一種方式，而且廣泛應(yīng)用在PLC 編程技術(shù)上。該設(shè)計(jì)思想能夠?qū)⒐に噭澐殖扇舾闪鞒?，在相關(guān)條件支撐下展開(kāi)針對(duì)性操作。具體工藝流程如下：

（1）打開(kāi)電動(dòng)機(jī)使其可以正常運(yùn)行，看到正轉(zhuǎn)指示燈閃爍；

（2）傳入信號(hào)半分鐘后，使相關(guān)指示燈從閃爍轉(zhuǎn)為常亮復(fù)位電動(dòng)機(jī)，在熄滅指示后，可以關(guān)閉電動(dòng)機(jī)上的指示燈。借助順序控制編程的理念，可以把原本復(fù)雜的控制流程有序展開(kāi)，從而保證每個(gè)流程均可以落實(shí)。一方面有利于學(xué)生更好地理解程序，另一方面還能更為詳實(shí)地了解PLC 編程技術(shù)所包含的各種技巧。

5 簡(jiǎn)析實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

5.1 明確具體的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容

（1）依據(jù)基本的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)控制需求，明確基本的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)技術(shù)條件。

（2）合理選擇電磁閥、電工電子傳動(dòng)方式、電動(dòng)機(jī)等。

（3）明確使用的PLC 型號(hào)。

（4）PLC 的輸入及輸出分配表編寫，而且還要對(duì)輸出以及輸入的端子連線圖進(jìn)行繪制。

（5）說(shuō)明編寫軟件需要依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求，同時(shí)要采取針對(duì)性的編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)編制程序。

（6）檢查用戶的應(yīng)用習(xí)慣，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和用戶需要相符合的界面，提高人機(jī)交換水平。

（7）最后調(diào)試系統(tǒng)，完成設(shè)計(jì)與使用說(shuō)明書。

除此之外，還應(yīng)依據(jù)變化的任務(wù)內(nèi)容，適當(dāng)調(diào)整設(shè)計(jì)內(nèi)容。

5.2 實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)步驟分析

（1）分析被控對(duì)象，而且要全面掌握控制的各方面要求。

（2）對(duì)I/0 設(shè)備加以明確。

（3）選擇合適的PLC 類型。

（4）做好I/0 點(diǎn)分配。

（5）對(duì)PLC 編程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（6）測(cè)試相關(guān)軟件。

（7）對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試。

（8）出示系統(tǒng)報(bào)告。

現(xiàn)階段，有很多種觸摸屏、PLC 和變頻，而且不同學(xué)校布置不同的電工電子實(shí)驗(yàn)裝置。一般學(xué)校會(huì)選擇西門子、施耐德、三菱等品牌。這是因?yàn)槠浼夹g(shù)規(guī)格較為成熟，而且售后服務(wù)相對(duì)完備擁有一定的使用保障。

在電工電子實(shí)驗(yàn)中使用PLC 編程技術(shù)，應(yīng)采取循序漸進(jìn)的設(shè)計(jì)流程，具體可把設(shè)計(jì)流程劃分成五個(gè)部分，而針對(duì)控制對(duì)象，屬于設(shè)計(jì)電工電子實(shí)驗(yàn)最核心的一個(gè)內(nèi)容，在該工藝流程當(dāng)中關(guān)鍵內(nèi)容是全面了解對(duì)象的具體情況，而了解的是對(duì)象以下三個(gè)方面，分別是運(yùn)行環(huán)境、控制功能以及實(shí)現(xiàn)性能，上述三方面的真實(shí)設(shè)計(jì)水平會(huì)直接影響到能否有效落實(shí)后期設(shè)計(jì)工作。在具體使用過(guò)程中的控制系統(tǒng)所具備的基本需求，是在電工電子實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用PLC 編程技術(shù)的關(guān)鍵所在，體現(xiàn)控制功能編寫系統(tǒng)具備的各種功能，一般情況下主要的程序內(nèi)容表現(xiàn)如下：

（1）故障的檢測(cè)及診斷，顯示程序。實(shí)際上在程序內(nèi)部擁有融合相互獨(dú)立存在的子程序，并且在實(shí)際運(yùn)行中這些子程序也是相對(duì)獨(dú)立存在的，不會(huì)涉及和其他程序進(jìn)行連接。在常規(guī)情況下，當(dāng)設(shè)計(jì)完子程序和程序后，只需要把子程序填入到程序內(nèi)即可。

（2）初始化程序。在應(yīng)用PLC 編程技術(shù)后，會(huì)涉及初始化編寫，這項(xiàng)操作的主要目的是為之后的編程工作打下技術(shù)基礎(chǔ)，盡可能減少在編程過(guò)程中錯(cuò)誤的出現(xiàn)率。在程序初始化進(jìn)程中重點(diǎn)包含以下三方面：數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)修復(fù)、數(shù)據(jù)區(qū)清零和復(fù)位繼電器。

6 設(shè)計(jì)PLC仿真系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)

6.1 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

對(duì)于PLC 仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)而言，其主要包含基本和綜合實(shí)驗(yàn)，其中的基本實(shí)驗(yàn)涵蓋定時(shí)指定、計(jì)數(shù)器指令、基本邏輯指令。教師應(yīng)明確基本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)是，對(duì)學(xué)生能否熟練掌握PLC 基本指令進(jìn)行考察。出于讓學(xué)生可以基本了解PLC 編程，在綜合實(shí)驗(yàn)中會(huì)包括控制無(wú)塔供水、控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)、控制十字路口交通指示燈等，重點(diǎn)對(duì)學(xué)生掌握指令的實(shí)際情況進(jìn)行考察，而且希望學(xué)生可以在一定程度上了解項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。

6.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)效果

（1）將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，讓和實(shí)驗(yàn)相關(guān)的人際交互技術(shù)、可視化多媒體設(shè)計(jì)等更好地融入實(shí)驗(yàn)中，這樣有利于充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性。

（2）屏幕上可以直接觀察到仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中PLC 的具體控制結(jié)構(gòu)，由此為調(diào)試與編程提供巨大便利，而且也有利于學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)電工電子控制系統(tǒng)方法進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（3）和電工電子有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備只需要使用微機(jī)和可編程控制器，學(xué)生能依據(jù)個(gè)人需要提出要求對(duì)控制算法適當(dāng)改變。而且不設(shè)計(jì)改變相對(duì)繁瑣的硬接線，僅是對(duì)有關(guān)控制程序進(jìn)行編制，不僅不會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?gòu)造失誤的問(wèn)題，而且不需要擔(dān)心損壞設(shè)備，虛擬的被控對(duì)象通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示可對(duì)控制結(jié)果的正確性進(jìn)行檢測(cè)。

（4）該實(shí)驗(yàn)有助于選擇價(jià)值更高的項(xiàng)目，可以強(qiáng)化學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力，同時(shí)可以引導(dǎo)獨(dú)立設(shè)計(jì)電工自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

總而言之，現(xiàn)今不斷提高的工業(yè)化水平，在很大程度上擴(kuò)大了工業(yè)領(lǐng)域中的一體化設(shè)備應(yīng)用規(guī)模。無(wú)論是PLC 設(shè)備還是PLC 編程技術(shù)，由于其自身出色的真功和高度智能化的控制效果，一方面廣泛運(yùn)用于工業(yè)領(lǐng)域，另一方面也為課程教學(xué)提供便利。PLC 編程技術(shù)大力促進(jìn)我國(guó)電工電子技術(shù)的有效發(fā)展，而將PLC 編程技術(shù)應(yīng)用電工電子實(shí)驗(yàn)中，有利于推動(dòng)其朝著專業(yè)化高層次方向前進(jìn)。

7 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于電工電子實(shí)驗(yàn)，是高校一門重要的實(shí)踐課程，有關(guān)其教學(xué)方法、內(nèi)容還有模式均屬于未來(lái)研究的重點(diǎn)課題。在電工電子實(shí)驗(yàn)中有效應(yīng)用PLC 編程技術(shù)，一方面可以對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力有效培養(yǎng)，另一方面則能提高學(xué)生的表達(dá)、創(chuàng)新能力，更能培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。另外，教師也可以在具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提高自身業(yè)務(wù)水平及應(yīng)用能力。設(shè)想未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，PLC 編程技術(shù)會(huì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)和傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)之間的滲透，計(jì)算機(jī)技術(shù)也會(huì)不斷融合PLC 設(shè)備，該趨勢(shì)也應(yīng)得到我們的足夠重視。