可编程控制技术的分层次教学模式探讨

0 引言

《电气可编程控制原理与应用》是电气自动化、机电一体化专业的重要的专业课之一，它是上世纪70年代以来，在继电器控制技术与计算机控制技术的基础上发展起来的一个新型工业控制设备，它以微处理器为核心、集控制技术、计算机技术、自动化技术、通讯技术为一体，被广泛应用于装配生产线、机床、电梯、柔性制造等自动化控制的各个领域中。是学生掌握现代控制技术的基础，也是学生们认识现代工业技术发展过程的一个站点。在教学的过程中我们应当使学生即掌握传统的继电控制技术，又要对现代控制技术有一个新的认识了解，切实提高学生的创新能力、动手能力，经过多年的教学探索总结分层次的教学模式。

1 电气控制基础环节能力的培养

结合教育部对于高职教育的基本要求，强调对学生专业能力的培养，动手能力的培养，所需一定的理论基础，并强调理论必须、够用的基本原则。

1.1 低压电器的拆装 电气控制的基本元器件低压电器，在这部分内容的讲解时，对其原理只作简单介绍，重点是采用实物讲解，要求学生对各种典型的电器进行拆卸组装，知道学生掌握各种电器的功能、作用和各部分的名称。比如交流接触器，我们要求学生对主触点、常开、常闭辅助触点、线圈和其他部分的功能熟练掌握。采用该方法，教师讲授起来比较轻松，学生也比较感兴趣，学生对低压电器的结构、功能也比较熟悉，为后面的控制及简单的维修打下坚实的基础。

1.2 控制线路的读图 电气控制图不论是简单或复杂都遵循着一定的原则和规律，都可以看成是由一些简单的基本控制环节组合而成。因而首先给学生介绍一些典型的基本控制环节，比如电机的点动、连续控制、正反转控制、自动往返控制和顺序控制电路图。要求他们一定记住该电路图，达到自己会画的目的。通过老师的讲解使学生能够理解图中的各个元件及符号，并理解该电路的工作过程和各个元器件的动作顺序。特别要注意的是主电路与控制电路通常是分开画的，统一电器元件的各个部分在电气控制图中并不是集中在一起，一定要求学生能够将图中的某个原件和实物上的某个部分一一对应起来。

2 可编程控制器基本指令环节能力的培养

在《电气可编程控制原理与应用》课程中，简化了对其原理、结构的讲解，重点介绍其基本指令、编程的方法、PLC流程控制的设计及其在实际生活中的应用等。

2.1 PLC基本指令 目前我校PLC实验室采用三菱公司生产的FX2N系列PLC，FX2N-32MR、FX2N-32ER、FX2N-4DA、FX2N-2AD 模块10套。FX2N基本指令共有27条、步进指令2条。重点讲解输入/输出指令、辅助继电器、定时器、计数器，其次为单接点指令、连接导线指令、回路分支指令、边沿指令等，以及编程中应该注意事项。

①梯形图中的连接线（相当于导线）不能相互交叉，并且只能水平或垂直绘制。②梯形图中的接点一般只能水平绘制，不能垂直绘制。③各种继电器线圈只能与右母线连接，不能与左母线连接。④接点不能与右母线连接。⑤接点中的“电流”只能从左向右单方向流动，不能出现反向流动的现象。

2.2 PLC编程 PLC的编程方法组要有5种，它们分别是梯形图、指令表、结构化文本语言、顺序功能图、功能块编程语言。重点讲解梯形图编程，PLC控制系统的设计方法有很多，主要讲解“移植”法和“功能顺序图”法。下面讲述一个PLC技术在继电控制电路工程改造方面的应用。例如电机正反转控制，将其改造为PLC控制。 ①传统的继电控制电路图如图1所示。

②设计出I/O接线图如图2所示。

③输入、输出设备分配表如表1所示。

④梯形图如图3所示。

该电路实现的是当按下X0（SB2）后，Y1（KM1）得电电机正转，当X1按下（SB3）后Y1失电，Y2（KM2）得电电机反转。该电路具有按钮、触点双重互锁的功能可靠的保证电机的正反转功能，且不会出现相间短路的事故发生。归纳出电路中出现的输入、输出设备热继电器，根据以上分析做出I/O编号设置，见表1所示。该梯形图也能保持与继电器控制电路的习惯相一致。不会给编程带来麻烦，接着用PLC的软元件取代原来的电气符号及设备编号，即采用“移植”法，按原电路图的逻辑关系对照翻译，再经过整理后得到了将电气控制电路转换为PLC控制的梯形图。在完成相关接线部分，并将该程序输入PLC进行调试后系统运行正常。

3 PLC功能指令

FX2N系列的功能指令主要用于数据传输、运算、变换及程序控制等功能共有128条，由于可课时关系不可能将128条指令全讲，主要介绍一些常用的基本的指令功能和格式及执行的方式。我们以送货小车的控制为例来讲述功能指令的应用。

线路上共有0#～7#共8个站点，每个站点各设一个行程开关和一个呼叫按钮。要求无论小车在哪个站点，当某一个站点按下按钮后，小车将自动行进到呼叫点。小车行走示意图如图4所示。

I/O接线图及I/O分配表省，我们可以得到小车梯形图如图5所示，该例题只要求小车正反转并能识别8个站点，由于这8个记忆状态不需要输出（即小车的位置），存储在D0寄存器中，呼叫信息存储在D1中（即呼叫站点位置），通过比较D0与D1判断小车的左行（即Y10=1）还是右行（即Y12=1）还是停止状态（即Y11=1）。假设当前小车位置如图4所示，）0#工位，则寄存器D0的数据为00000001。如果此时3#工位呼叫即SB4按下，则寄存器D1的数据为00001000，执行指令CMP D0 D1 Y10后，因D1>D0 Y12=1小车左行。当然该例题也可以用基本指令完成，但其梯形图相对要复杂一些。

4 PLC扩展模块

在电气设备的控制中存在大量的开关量，用可编程控制器的基本单元就可以直接控制，但在生产中常常要对模拟量（如压力、温度、流量、速度、和位置）惊醒控制，就要利用特殊功能模块，模拟量输入（FX2N-2AD）输出模块（FX2N-4DA）。下面以（FX2N-2AD）输入模块的梯形图为例，如图6所示。

将FX-4AD特殊功能模块安装在基本单元右边第一个位置，即0号模块。设置CH1、CH2为电压输入，平均采样次数为4次，CH1中的平均值存放到D0中，CH2中的平均值存放到D1中，用M10～M25存放错误状态信息，根据以上情况编制的梯形图如图7所示。

5 结束语

要想建设一个具有特色的专业课程，课程改革是关键因素之一，作为机电一体化、电气自动化专业的核心课程，PLC 应用技术课程的改革迫在眉睫，将其专业教学与技能培养一起抓。实践证明，通过本课程的改革，使得学生在基础普遍较差的前提下，通过分层次的教学、实验、实训的训练，并要求学生进行PLC编程、仿真调试、画出电器接线图、接线、运行，对运行过程中出现的问题进行分析和改进。培养学生分析问题和解决问的能力，大大激发学生的学习兴趣，提高了他们的动手能力，积累丰富的实验经验，为踏入社会参加工作打下坚实的专业基础。

[1]辜蔚君.关于人力资源数字化转型中数据管理工作的思考[J].厦门科技, 2023(1):43-47.

[2]余日东. PLC课程教学改革的探索与实践[J].职业教育斌究.2007.5: 81-82.