基于三菱PLC的顺序起动控制教学设计

王石磊

（温州职业技术学院，浙江 温州 325035）

电气控制与PLC课程是高职高专院校机电一体化、电机与电器、自动化等专业的专业课程，为使学生能够尽快掌握可编程控制应用技术，建议以任务为导向，把比较枯燥的理论基础知识和实践操作相结合，通过引入相关知识和技能，做到实训项目以理论为依托，理论知识点以实践操作为目的，在动手操作的过程中让两者彼此交融、互为依衬。

课程建议按照任务导入、相关知识、任务驱动及知识拓展等进行设计并贯彻在教学实践中。论文以顺序起动控制程序设计的课堂教学设计为例，对任务教学这种先进的教学方式进行探讨。

一、PLC概述

PLC（可编程控制器）是在传统的继电接触控制的基础上引入计算机控制技术、自动控制技术、通讯技术等形成的一种新型工控装置。它能充分适应工业现场的环境需求，与机器人、计算机辅助设计与制造一起成为工业自动化的三大支柱。随着工业以太网、现场总线的发展，它在工业控制的各个领域都有比较优异的表现，尤其是在冶金、化工、汽车制造等领域更是得到了非常广泛的应用。

PLC有多种编程语言，如指令表、顺序功能图、梯形图等。由于梯形图沿用了继电接触控制逻辑图中的触点、线圈等术语和图形符号，因此对于具备传统断续控制电路基础知识的广大电气技术人员而言，在接触梯形图的过程中就会感受其形象、直观等特点。而对于已经学过电器学、电气控制技术的学生来说，也会同样感受到PLC大众化的优点。为了能让学生拓展编程思路，同时培养他们适应工程实践的能力，进行项目化教学是非常有必要的。

三菱公司的FX系列PLC是国内用得比较多的PLC产品。近年推出的FX3U系列，据有功能强大、应用范围广、性价比高等特点，满足了大多用户需要，因此论文结合三菱FX3U讲述PLC的课堂教学。

二、教学任务导入

首先要明确任务，不妨通过影音播放文件播放一段工业现场电机顺序控制的视频，让学生对其有直观的认识。同时，可以在播放的过程中穿插讲解电机顺序起动的注意事项及顺序起动可能会发生的问题等。然后，给出具体任务：某电气装置上有三台普通的异步电动机。其控制要求如下：按下起动按钮后，第一台电动机马上起动，运行5s后，第二台电动机起动，在第二台电动机运行10s后，第三台电动机起动；按下停止按钮，三台电机全部停止。试根据上述要求编写PLC的梯形图程序，并画接线图。在课件里直接给出如图1所示电动机顺序控制主电路图。

图1 电动机顺序控制主电路图

三、讲解相关知识

课堂上让学生以小组形式讨论，教师适当引导，学生可以先回顾传统顺序控制的电路，如顺序起动、逆序停止的电路图和顺序起动、同时停止的电路图。传统顺序控制电路无需花太多时间，只需要让学生对顺序起动基本电路有正确认识即可。为了进行PLC程序设计，必须花较多重点讲解辅助继电器、定时器。

1.辅助继电器M

它由内部软元件的触点驱动，常开和常闭触点的使用次数不限，但不能直接驱动外部负载,采用十进制编号。包括通用辅助继电器M0～M499（500点）、掉电保持辅助继电器M500～M1023（524点）、特殊辅助继电器M8000～M8511（512点）。

一般教材上对通用辅助继电器和掉电保持辅助继电器所花笔墨较多，但对特殊辅助继电器讲解比较少。考虑到PLC编程过程中会经常用到一些特殊辅助继电器，因此不妨对M8000运行监视、M8002初始脉冲、M8011～M8014内部时钟、M8030、M8034等结合三菱编程手册讲解。

2.定时器T

定时器实际是内部脉冲计数器，可对内部1ms、10ms和100ms时钟脉冲进行加计数，当达到用户设定值时，触点动作。它包括普通定时器和积算定时器。应重点讲解100ms普通定时器T0～T199，强调普通定时器线圈通电时计时，断电复位不会保存中间数值。

四、任务实施

在PLC控制电路设计过程中，要完成I/O分配表、PLC接线图、梯形图和指令表。在写出梯形图和指令表后，即可使用PLC进行测试。为了节约实验室硬件投资，也可以使用三菱的仿真软件GX Simulator对所编程序进行调试。在该任务中，输入有三个：起动X0、停止X1、过载保护X2；输出也是三个：第一台电动机Y0、第二台电动机Y1、第三台电动机Y2。

此处要让学生知道PLC输入点数的“节约”原则，在实际工业应用中，为了节约成本，要控制所用的PLC点数，所以三台电动机的三个过载保护输入信号才串联起来同时接在X2上面。如图2为电动机的顺序起动梯形图。

图2 顺序起动梯形图

大部分同学只要能够理解定时器的用法及传统顺序控制电路，那么编写出上述梯形图并不困难。因此，不妨在学做合一的教学过程中趁热打铁给出任务二：有三台电动机，当按下起动按钮SB1时，Y0电动机起动；运行5s后，Y1电动机起动；又运行10s后，Y2电动机起动。当按下停止按钮SB2时，Y1立即停止；Y1电动机停5s后，Y2电动机停止；Y2电动机停5s后，润滑电动机停止。当任一电动机过载时，三台电动机全停。

在实训过程中，适时给出如图3所示的顺序起动、同时停止梯形图，让学生讨论并回答该图是否能够实现任务二的控制要求。通过该程序让学生意识到明确任务是非常关键的一个环节，有些同学任务没有完全理解就着急编程，结果往往是“事倍功半”。

修改梯形图，在图3梯形图的M0线圈支路再串入一T3常闭触点。当按下起动按钮X0，Y0起动，同时T0和T1线圈为ON，开始定时。T0线圈接通5秒后，延时时间到，常开触点闭合，第二台电动机Y1起动；T1线圈接通15秒后，延时时间到，常开触点闭合，第二台电动机Y2起动。当按下停止按钮X1，辅助继电器M0线圈ON，对应M0常闭触点断开，Y1线圈失电，电机停止。T2线圈接通5秒后，延时时间到，常闭触点断开，第三台电动机Y2停止。T3线圈接通10秒后，延时时间到，常闭触点断开，第一台电动机Y0停止。符合任务二要求。

图3 顺序起动、同时停止梯形图

五、知识拓展

为了能够让学生更好地理解定时器的用法，在课堂上再给出定时器的几个典型电路，如闪烁电路、延时断开/接通电路等。这些电路要让学生自己查找资料和手册进行，学生有不理解的地方在课堂上进行回答。当大部分学生都对这些电路有正确认识后，进行任务三：某控制系统有一盏红灯，合上开关K1，红灯亮2s灭2s，累计持续时间10s后自行关闭。给出几个比较典型的梯形图，让学生进行分析判断。如图4是三个定时器实现部分功能的梯形图，10s时间到红灯常亮，图5同样利用三个定时器完全实现了任务三，图6为使用了特殊辅助继电器来实现该任务的梯形图，M8034线圈ON后，静止所有输出。让学生比较这三张梯形图，体会定时器和特殊辅助继电器的用法。

图4 实现任务三部分功能的梯形图

图5 任务三的梯形图

图6 使用了特殊辅助继电器的梯形图

笔者刚从电力系统调入高职院校工作不久，在教学过程中已体会到这种教学任务驱动对高职学生是比较适合的。任务教学法将理论和实践操作密切结合，强调技术的应用性，通过一个个任务来引导学生，教学过程中注意穿插讲一些教师个人的实践经验，使得学生快速、高效地掌握多个任务实例，提高学生分析和解决实际问题的能力。

另外，在教学过程中也建议尽可能地选择一些企业使用比较广泛的技术，在理论内容安排上重点突出，强调实训内容和知识点相结合，不需要给学生灌输广而全的内容，而要培养他们模仿到创新的能力，要让学生在教师的引导下，让学生把一次次的实训当作是一次次的工程实践，从一开始就有意识地强调工程实践的重要性和必要性，最终使他们能较快较好地适应工作的需要。

[1]阮友德.PLC、变频器、触摸屏综合应用实训[M].北京:中国电力出版社，2009.

[2]郭艳萍.电气控制与PLC应用[M].北京:人民邮电出版社，2010.

[3]吴启红.变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书[M].北京:机械工业出版社，2012.