|
内容提要：一个好的设计课题对于提高学生对PLC的程序设计能力，至关重要。恰当的设计课题，能够迎合学生的好奇心，唤醒自信心，满足探索的要求。
关键词：PLC
自动控制系统 程序
程序设计 程序要求
可编程序控制器（英文全称Programmable Logic Controller）简称PLC，是现代工业控制的基础部件，是工厂自动化（FA
Factory Automation）的支柱之一。它是自动控制技术与通讯技术三者有机结合的产品，即工业专用计算机。它既有计算机控制系统的可编程特点（控制功能由软件实现），又具有继电器控制系统的优良的抗电噪能力（适应工业控制的各种恶劣的工作环境）。可编程序控制器还具有很强的连网能力和很高的可靠性，不仅可以单机使用，而且可以与计算机结合组成集散式控制系统。
即可编程序控制器聚集了结构简单、编程简单、可靠性高、性能价格比高、抗干扰能力强、通用灵活、体积小等一系列优点，使其在工业生产过程的自动化控制领域得到了越来越广泛的应用。因此各中职学校的机电和电梯等专业都开设了“可编程序控制器”课程，而开设这门课的主要教学目的是让学生能够进行简单程序的设计编辑。如果程序过于简单，学生就没兴趣设计，相反如果程序过于复杂，不容易设计，又会打击学生的积极性，所以一个好的设计课题对于提高学生对PLC的程序设计能力，至关重要。恰当的设计课题，能够迎合学生的好奇心，唤醒自信心，满足探索的要求。
一 、PLC应用设计步骤
首先要让学生了解PLC的程序设计步骤可以遵循以下六步进行：
1、
确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。
2、
分配输入输出设备，即确定哪些外围设备是送信号到PLC，哪些外围设备是接收来自PLC信号的。并将PLC的输入、输出口与之对应进行分配。
3、
设计PLC程序画出梯形图。
4、
用计算机对PLC的梯形图进行编辑。
5、
对程序进行调试。
6、
保存已完成的程序。
显然，在建立一个PLC控制系统，必须首先把系统需要的输入、输出数量确定下来，然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的关系。确定控制上的相互关系之后，就可以分配输入输出设备，之后就可以设计PLC程序画出梯形图。梯形图画好后，可以使用专用软件直接把梯形图输入计算机并下装到PLC进行模拟调试、修改直到符合要求。这便是程序设计的整个过程。
二 、程序设计案例
学生在了解了PLC的应用设计步骤后，我们就可以设计程序了。本文以松下电工FP1系列PLC为机型进行介绍，以液体自动混合箱为例，其他教育工作者可举一反三，触类旁通。
程序设计课题为液体自动混合箱，如图a所示，设计要求如下：
按下启动按钮SB1，电磁阀K1打开，液体A流入箱中,当液面到达L2处时，K1阀关闭，同时K2阀打开，液体B流入箱中,当液面到达L1处时，Y2阀关闭，停止供液,电炉H开始加热,当液体到达指定温度时，温度传感器T动作，电炉停止加热,搅拌机M开始搅拌液体,5分钟后停止搅拌,K3阀打开，将加热并混合好的液体放出,当液面底于L3时，再经过10秒，K3阀关闭，此时箱内液体已放空。此时，电磁阀K1打开，液体A流入箱中，开始下一周期循环。按下停止按钮SB2，系统停止操作（停在初始状态上）。
如上所述要求，根据本人的教学经验，此程序最简也要40多步，学生很难设计得出正确的程序。
但如果将以上程序化简为多个小程序，难度逐步增加，让学生一步一步地解决难题，则可达到很好的教学效果。
1、首先要学生设计一液体自动混合箱,如图b所示，其设计要求为：
（1）
按下启动按钮SB1，电磁阀K1打开，液体A流入箱中。
（2）
当液面到达L2处时，K1阀关闭，同时K2阀打开，液体B流入箱中。
|
I/O分配表： |
I
|
|
O
|
|
SB1 |
X0 |
|
K1 |
Y0 |
|
L1 |
X1 |
|
K2 |
Y1 |
|
L2 |
X2 |
|
|
|
|
表 A |
（3）
 当液面到达L1处时，Y2阀关闭，停止供液。
此程序的输入输出分配关系如表A所示，梯形图如图c
所示，可见此程序非常简单，学生可以很容易的设计出正确的程序。
 
2、在上一程序的基础上稍加难度，如图d
所示，其设计要求为，在程序1的基础上增加：
（4）
停止供液后，电炉H开始加热。
（5）
当液体到达指定温度时，温度传感器T动作，电炉停止加热。
此时输入输出关系增加了T，程序也由上一程序的8步增加至12步。
3、程序2在设计思路和指令应用上与程序1基本相同，在难度上并没有太大延伸。其设计要求为，在程序1的基础上增加：
（6）
停止加热后，搅拌机M开始搅拌液体。
（7）
5分钟后停止搅拌。
程序3的输入输出关系又增加了M，在程序中又增加了定时指令，此处可对几种时间继电器的应用进行进一步的讲解，如KMX、KMY、KMR，在难度上比程序1、2有所延伸。
4、在程序3的基础上继续增加设计要求：如图a
（8）
M停转后，K3阀打开，将加热并混合好的液体放出。
（9）
当液面底于L3时，K3阀关闭，停止箱内液体流出。
此程序要求中须注意的是：一旦K3阀打开，开始释放液体，液面传感器L1处的信号将消失。
对于学生而言，L1处的信号虽然消失，但K2阀却不允许打开，这一点是程序4中需要重点解决的问题。
程序4在输入输出关系中又增加了L3和K3。
5、在程序4的基础上继续增加难度：
（10）将程序4中的要求（9）改为：当液面低于L3时，再经过10秒，K3阀关闭，此时箱内液体已放空。
（11）此时，电磁阀K1又打开，液体A流入箱中，开始下一周期的循环。
（12）按下停止按钮SB2，停止当前的操作（停在现状上）。
此程序增加了停止按钮SB2，在设计要求上增加了循环控制，使其难度进一步增加了。
6、程序5系统在实际应用中存在问题，即系统停止操作时，箱中还会存留液体，不利于下一周期的使用，所以仍需改善：
（13）将程序5中的（12）改为：按下按钮SB2时，系统停止在初始位置上，即当前的混合操作处理完毕后，系统才停止运行。
程序要求的增加内容到此全部完毕。其程序的输入输出关系见表B。
|
I/O分配表： |
I
|
|
O
|
|
SB1 |
X0 |
|
K1 |
Y0 |
|
L1 |
X1 |
|
K2 |
Y1 |
|
L2 |
X2 |
|
H |
Y2 |
|
T |
X3 |
|
M |
Y3 |
|
L3 |
X4 |
|
K3 |
Y4 |
|
SB2 |
X5 |
|
|
|
|
表 B |
|
|
指令 |
|
指令 |
|
1 |
ST |
8 |
TM |
|
2 |
ST/ |
9 |
DF |
|
3 |
AN |
10 |
DF/ |
|
4 |
AN/ |
11 |
（KP） |
|
5 |
OR |
12 |
（SET） |
|
6 |
OT |
13 |
（RES） |
|
7 |
ED |
|
|
|
表 C |
由于学生大多习惯图C的设计思路，因为它更贴近电力拖动控制线路，我们可以要求学生用“保持”或者“置1”、“置0”指令来编写。
以上六个程序由浅到深，不但具有针对性而且具有启发性，变复杂为简单，既激发了学生钻研的兴趣，增强了自信心，同时教学效果也能够得到很大提高。
本安例具有一定的代表性，其应用到的常用基本指令也很全面（本程序中应用到的指令可见表C）。其他教育工作者可举一反三，触类旁通。
参考文献：
1
《可编程序控制器原理、应用、实验》，常斗南，北京：机械工业出版社，1998.7
2
《可编程序控制器原理及应用》，冉署阳，电子科技大学出版社，1998.8 | 