袁 勇 程月平
(武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,湖北 武漢 430074)
PLC入門學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)裝置研發(fā)與應(yīng)用
袁 勇 程月平
(武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,湖北 武漢 430074)
設(shè)計(jì)與研發(fā)了PLC入門學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)裝置,介紹了針對該裝置開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該裝置成本低,控制對象多,為初學(xué)者學(xué)習(xí)PLC編程與設(shè)計(jì)提供了一個很好的平臺。
PLC;入門學(xué)習(xí);實(shí)驗(yàn)裝置
近些年,高職院校在機(jī)電、電氣類專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備上投入很大,添置了很多先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備,大大提高了學(xué)生的實(shí)踐動手能力。新設(shè)備相對昂貴、維護(hù)維修成本高,對于初學(xué)PLC的學(xué)生來說操作復(fù)雜,設(shè)備調(diào)試難度高,容易打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,還可能由于誤操作造成設(shè)備損壞。很多學(xué)校購置的設(shè)備數(shù)量并不能滿足所有學(xué)生的教學(xué)需求,僅供演示教學(xué)、參觀或部分畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生使用,或干脆閑置不用,在教學(xué)中仍使用仿真軟件,不僅沒提高教學(xué)質(zhì)量,反而浪費(fèi)了大量的教學(xué)資源。筆者根據(jù)多年的高職教學(xué)實(shí)踐,設(shè)計(jì)了一款供PLC初學(xué)者使用的可編程實(shí)驗(yàn)裝置,該裝置相對成套控制設(shè)備成本低,可以大量購置用于基礎(chǔ)教學(xué),供學(xué)生進(jìn)行PLC編程設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。
1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)
本實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的目的有2個,一是給PLC初學(xué)者提供一個學(xué)習(xí)平臺,能進(jìn)行簡單的接線、程序調(diào)試,掌握PLC常用編程指令、工作原理、編程方法和編程技巧;另一個是降低設(shè)備成本,讓大部分學(xué)校能大量購置,擺脫教學(xué)靠仿真軟件的尷尬,真正做到提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力。
1.2 設(shè)計(jì)原則
本實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)原則就是簡單、實(shí)用。PLC選擇三菱公司的FX2N系列,有24個輸入點(diǎn)和24個輸出點(diǎn),繼電器輸出,RS232通訊接口,帶有RS485通信模塊供選用,這款PLC功能相對齊全,使用范圍比較廣,能滿足一般控制要求??刂茖ο筮x擇以常用、多功能為主,做到一個控制對象可以用多種控制方法和指令實(shí)現(xiàn)。
1.3 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)
根據(jù)PLC這門課程的特點(diǎn),控制對象選擇分為初級、中級和高級3個部分,3個部分中的學(xué)習(xí)模塊可以單獨(dú)使用也可以組合使用,實(shí)驗(yàn)裝置學(xué)習(xí)模塊的面板布局如表1所示。實(shí)驗(yàn)裝置中所有的控制對象均用LED燈代替,通過LED的亮滅表示系統(tǒng)的執(zhí)行情況。本裝置主要為了入門學(xué)習(xí),因此在接線方面,公共端、電源部分都已經(jīng)內(nèi)部集成,使用過程中只需要連接按鈕至PLC輸入接口和PLC輸出至控制對象部分就可以,這樣既可簡化接線又能節(jié)約時間,同時還能減少設(shè)備的損壞率。可編程實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。
初級模塊有電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、數(shù)碼管顯示系統(tǒng)、天塔之光、PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)、水塔水位控制模塊,通過這些模塊的學(xué)習(xí),可以了解PLC的工作原理,熟悉編程軟件的使用,掌握PLC的基本編程指令和程序調(diào)試方法。
表1 PLC實(shí)驗(yàn)裝置面板布局
圖1 PLC入門學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)裝置
中級模塊有機(jī)械手控制模塊、自動運(yùn)料系統(tǒng)、交通燈模塊、液位混合控制系統(tǒng)、郵件分揀控制模塊。這些模塊用于步進(jìn)指令學(xué)習(xí),繪制順序功能圖,掌握單流程、并行流程和選擇流程的編程方法、技巧。
高級模塊有自動售貨機(jī)、四層電梯控制系統(tǒng),使用這些模塊不僅需要基本指令,還要學(xué)習(xí)功能指令,主要是鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用的能力。
天塔之光模塊在學(xué)習(xí)基本指令之后,運(yùn)用真值表設(shè)計(jì)方法和累計(jì)計(jì)時方法,設(shè)計(jì)彩燈的變換種類,使彩燈呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。數(shù)碼管顯示可以用真值表方法,也可使用步進(jìn)指令或功能指令實(shí)現(xiàn),指令實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有0~9計(jì)時、手機(jī)號碼順序顯示、學(xué)號順序顯示、奇數(shù)偶數(shù)選擇顯示、按鈕選擇控制顯示(按按鈕1顯示學(xué)號、按鈕2顯示手機(jī)號碼、按鈕3顯示生日、按鈕4顯示9~0倒數(shù))。數(shù)碼管還可以與其他模塊組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn),鍛煉綜合運(yùn)用指令的能力。下面以自動售貨機(jī)為例說明模塊的組合使用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
自動售貨機(jī)模擬商業(yè)街的自動食品售貨機(jī),工作流程如圖2所示。自動售貨機(jī)分為飲料和食品2類,飲料3元,食品6元,按按鈕A則選擇飲料,按按鈕B則選擇食品。從流程圖可以看出,在選擇所買商品種類后,馬上就會在數(shù)碼管上面顯示商品價格,投幣后比較所投人民幣數(shù)目與價格。如果大于或等于商品價格,出貨的同時找零并數(shù)碼顯示找零數(shù)目;如果投幣的數(shù)目小于商品價格,則直接退幣并數(shù)碼顯示退幣數(shù)目。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由自動售貨機(jī)模塊和數(shù)碼管顯示模塊組成,進(jìn)行簡單控制設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中需要用到選擇流程,選擇流程可以用步進(jìn)指令也可以用功能指令實(shí)現(xiàn),而數(shù)碼顯示商品價格、退幣數(shù)目等需要用功能指令中的七段譯碼指令,同時還需要用到比較指令,該程序邏輯關(guān)系比其他驗(yàn)證程序要相對復(fù)雜。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要完成以下實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo):學(xué)生根據(jù)控制要求能單獨(dú)畫出邏輯功能圖或工作流程圖,正確使用功能指令,合理處理多個控制對象的邏輯關(guān)系。
圖2 售貨機(jī)工作流程圖
通過在機(jī)電專業(yè)、電氣專業(yè)PLC應(yīng)用課程教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用可編程控制器實(shí)驗(yàn)裝置,教師能以微課程形式講解每個指令的用法,學(xué)生有具體的控制對象進(jìn)行練習(xí),不僅培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,增加了深入學(xué)習(xí)的信心,對PLC基本知識的掌握更加深入,而且,該實(shí)驗(yàn)裝置成本低,使用簡單,因而受到了很多高職院校的青睞。
[1]汪國民,吉孔武,田韶鵬,等.PLC實(shí)驗(yàn)與調(diào)試裝置的研究設(shè)計(jì)[J].科協(xié)論壇:下半月,2010(8)
[2]張運(yùn)波,龐偉,陳麒光.PLC實(shí)驗(yàn)裝置的研制[J].長春工程學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2002(3)
[3]王偉.使用自制PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置的編程實(shí)踐[J].電子制作,2013(17)
[4]周美蘭,李昀昭,李文娟,等.基于觸摸屏的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的研究與實(shí)現(xiàn)[J].中國電力教育,2013(36)
2014-07-07
袁勇(1977—),男,湖北長陽人,碩士研究生,講師,主要從事自動控制相關(guān)研究工作。