在教学中怎么选择合适的PLC设计课题

刘 丹

摘 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 软件 程序要求 梯形图

可编程序控制器简称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。

可编程序控制器聚集了结构简单、编程简单、可靠性高、性能价格比较高、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。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。

PLC的工作方式和通用微机不完全一样,因此用PLC设计自动控制系统与微机控制系统开发设计过程也不完全相同,需要根据PLC的特点进行系统设计。PLC与继电器控制系统也有本质区别,硬件和软件可分开设计是PLC的特点。PLC的软件设计步骤一般有以下几个设计步骤。

1.了解控制系统概况,形成整体概念。

2.分配输入输出设备。

3.画出梯形图。

4.对PLC的梯形图进行编辑。

5.对程序进行调试。

6.编写程序说明书。

显然,建立一个PLC控制系统,必须先了解控制系统的全部功能、控制规模、控制方式、I/O信号种类和数量、是否有特殊功能接口、与其他设备的关系、通信内容和方式等。只有全面了解了整个控制系统,才能分配输入输出设备,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。

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。本文以三菱公司FX系列PLC为机型进行介绍,以全自动洗衣机为例,其他教育工作者可举一反三,触类旁通。

程序设计课题为全自动洗衣机控制,如图1所示为全自动洗衣机控制示意图,设计要求如下:

全自动洗衣机能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。PLC投入运行,系统处于初始状态,启动时,先将水位通过水位选择开关设在合适的位置(高、中、低),开始进水,水满时停止进水,2S后开始洗涤正转。正转20S后,暂停2S;然后反转20S,暂停2S,这样反复循环。若正反洗未满5次,则返回长正洗开始的动作,若正反洗涤满5次,则开始排水,排空后脱水30S即完成一次从进水到脱水的大循环,若未完成3次大循环,则返回从进水开始的全部动作,进行下1次大循环。若完成了3次大循环,则进行洗完报警,报警3S后结束全过程自动停机。

另外,手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水,按停止按钮实现停止进水,排水、脱水报警。

图1 全自动洗衣机控制系统

如上所述要求,根据本人的教学经验,此程序最简也要80多步,学生很难设计得出正确的程序。但如果将按照全自动洗衣机流程将以上程序化简为多个小程序,即进水、洗衣、排水、脱水、报警,让学生一步一步地解决难题,则可达到很好的教学效果。

1.首先要学生确定辅助继电器,我们知道在PLC内有很多辅助继电器,在PLC内部起辅助作用。在本程序中,可以设定M0作为按下起动按钮的辅助继电器;M1作为判断洗衣机水位是否和设定水位不一致的辅助继电器;M2作为判断洗衣机水位是否和设定水位一致的辅助继电器;M3作为停止自动洗衣辅助继电器。它的梯形图如图2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.设计进水控制程序。其设计要求为:

按下起动按钮SB1或者脱水完毕,而且洗衣大循环未到3次时,开始进水,当水位达到设定的水位后停止进水,等待2S后进入洗衣过程。在强制停止情况下,当停止按钮按下时立即停止进水。

此时输入输出关系增加了T,程序在上一程序的基础上稍加难度。此处可对几种时间继电器的应用进行进一步的讲解。它的梯形图如图3所示,梯形图中计数器C1指大循环3次,计时器T0指水位达到设定的水位等待2S。

3.设计洗衣控制程序。

洗衣控制在设计思路和指令应用上与进水控制基本相同,在难度上并没有太大延伸。其设计要求为:进水到设定水位2S后,开始洗衣,先正转20秒,暂停2秒,然后反转20秒,暂停2秒。这样循环5次后进入排水过程。它的梯形图如图4所示。

图4 洗衣控制梯形图

4.设计排水控制程序。

在上一程序中增加了计数器,这部分程序中的难点在于计数器是在什么情况下开始计数,以及什么情况下开始复位。我们通过分析知道,C0计数器只要T6为OFF时,计数输入T6,每接通一次,C0计数器计数一次,即当前计数值增加1,当计数值等于设定值5时,计数器C0的触点动作,排水电磁阀Y1接通,表示洗衣过程完毕后,进入排水过程,水排空后停止排水。它的梯形图如图5所示。

图5 排水控制梯形图

5.脱水控制程序。

水排空后,开始脱水,脱水30S停止脱水。这部分程序与洗衣控制程序差不多,学生很容易编出此部分程序,需要注意的是判断水排空与否是在排水完毕后,所以要用到排水完毕辅助继电器M4,它的梯形图如图6所示。

图6 脱水控制梯形图

6.洗完报警控制程序。

洗衣大循环3次后,开始洗完报警过程,3S后停止报警。这部分程序与排水控制程序相同,要用到计数器C1,当Y4接通时C1计数1次,当计数值达到设定值3时,报警器Y5接通。这样整个洗衣过程结束,它的梯形图如图7所示。

图7 洗完报警控制梯形图

程序要求部分至此完毕,其程序的输入输出关系见表1、表2。

以上六个程序学生大多还是沿用了设计电力拖动控制线路的设计思路,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。

表1 I/0分配表

表2 其他元件分配表

参考文献:

[1]《可编程序控制器及其应用》劳动和社会保障部教材办公室组织编写北京:中国劳动社会保障出版社,2001.7

[2]《变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术》岳庆来北京:机械工业出版社,2006.5

作者单位:广州市机电高级技工学校