PLC培训教学中梯形图设计思想的建立与培养

2013-09-07付斌

武汉工程职业技术学院学报 2013年3期

付斌

（武汉工程职业技术学院湖北武汉：430080）

在PLC技术的应用中，梯形图不但沿用和发展了电气控制技术，而且其功能和控制指令也远远超过电气控制范畴。它不仅可实现逻辑运算，还具有算术运算、数据处理、联网通信等功能，是具有工业控制指令的微机系统。梯形图的设计是计算机程序设计与电气控制设计思想结合的产物，难度大，逻辑关系复杂，是一种高端、复杂、烦琐的智力“游戏”。所谓PLC梯形图设计思想是指：编程人员如何利用给定的前提条件及工艺要求，为设计出PLC梯形图而进行的分析、综合、判断、推理等认识活动的过程。这就需要培养一种思维习惯，形成一种思维模式，本文就在职职工培训中，PLC梯形图设计思想的建立与培养进行了探讨。

1 梯形图设计思想的建立

1.1 沿袭模仿法

对于刚学完PLC硬件和软件知识的学员，还没有任何编程经验，初次遇到编程设计问题时，往往是无从下手、一筹莫展，这时可沿袭模仿现成的梯形图“照葫芦画瓢”。比如单按钮实现二台电动机起——停控制的梯形图设计，学员就可以模仿单按钮实现一台电动机起——停控制的梯形图来编写控制程序。如图1是单按钮实现一台电动机起——停控制梯形图，图2是单按钮实现二台电动机起——停控制梯形图。

1.2 替代转换法

图1 单按钮实现一台电动机起——停控制

PLC使用与继电器控制电路图极为相似的梯形图语言，因此梯形图和继电器控制电路图有很多相似之处。学员在生产岗位工作了若干年，熟悉继电器控制电路，在继电器控制电路图的基础上，根据被控制对象对控制的要求，将继电控制电路转换、“翻译”成梯形图是一条捷径。这种设计方法一般不需要改动控制面板，保持了系统原有特性，不用改变学员在工作中长期形成的操作习惯，学员易于接受，易于理解。如电动机正反转控制，用接触器——继电器控制时，电路如图3所示，根据图3转换成的梯形图如图4所示。

1.3 “添枝加叶”法

图2 单按钮实现二台电动机起－停控制

图3 继电器控制电动机正反转

图4 PLC控制电动机正反转

在PLC梯形图程序中，起动、保持、停止电路广泛应用。很多程序的主干部分就是起－保－停电路，在此电路的基础上增加不同的指令，就可以实现不同的控制要求和功能。还有由二个定时器组成的振荡电路，以此电路为基础，增加不同的指令也可以实现不同的控制要求和功能。例如小车的自动往返控制程序，车库门的控制程序，电动机正反转定时控制等。图5是起保停控制梯形图，图6是小车自动往返控制梯形图。

图5 起保揨电路

图6 小车自动往返电路

1.4 任务分块法

程序设计工作的本质是控制功能的分解，经常采用“自顶向下、逐步求精”的方法，把所要开发的应用程序按功能分解为若干个子功能，针对每个子功能编写子程序。这种思维方式的要点是理清控制任务的层次脉络，熟悉控制任务的工艺流程，把大问题化成若干小问题，然后“各个击破”。任务分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务，如数学中对于行数和列数较高的矩阵运算时，常采用矩阵分块法使大矩阵的运算化成小矩阵的运算将矩阵用若干条纵线和横线分成许多个小矩阵使大矩阵的运算化成小矩阵的运算问题就好解决的多了。PLC梯形图设计中很多控制问题都能用任务分块法进行程序设计，如工业洗衣机控制程序，就可以分成四小块分别进行梯形图设计，（1）先设计给水阀进水程序（图7）；（2）再设计波轮正、反转程序（图8）；（3）然后设计出水阀放水程序（图9）；（4）最后设计蜂鸣程序（图10）。

图7 给水阀进水程序

图8 波轮正反转程序

图9 出水阀放水程序

图10 蜂鸣程序

1.5 结合实际法

理论联系实际在教学过程中往往能很好地激发学员的学习兴趣。在编程思想的培养过程中，任课教师应不局限于教材的安排，还要进行一些结合矿山实际的创新设计，可以用典型的矿山设备为案例，以历年的高级技师、技师、高级工及技术运动会操作考试题目为例，编写控制程序梯形图，让学员感受到PLC技术在生产岗位和工作实际中的应用，让学员认识到PLC技术在职业生涯发展中的用处，从而激发学习PLC技术的热忱和潜能，比如设计井下通风机控制程序、选矿皮带控制程序等。图11是选矿二条皮带控制程序。

在以上五种教学方法中，前两种方法对于初次接触PLC技术的学员是一种行之有效的学习方法，后三种方法对于具有PLC基础知识的学员在进行梯形图设计时，加强了训练效果，取得了事半功倍的成效。

图11 选矿二条皮带控制程序

2 梯形图设计思想的强化

2.1 反复训练，形成习惯性思维模式

学员在学校培训的内容多，时间短，过后很容易生疏和遗忘，欲在大脑中固化已经建立的设计思想，不断提高设计能力的唯一途径是反复训练，使设计思想在脑海中根深蒂固。这也是符合美国著名心理学家，联结主义学习理论的创始人桑代克所总结的三条主要学习定律中的练习律。

2.2 多做讨论和分析，比较各种方法的优缺点

达到目标的途径不止一条，往往各有千秋，穷其种类及优缺点，这是设计最佳梯形图及熟练各种指令运用的重要途径。针对某一个控制任务的梯形图设计，可能有各种方法，先以三至五人的小组进行讨论，再全班进行讨论分析，并在任课教师的指导下归纳总结其各自优、缺点及适用性，筛选出最佳、最简编程设计方法，这样，可以减少学员在拿到设计题目后的试探性思维时间，提高梯形图设计时的效率。

2.3 对设计的每一个梯形图调试，确定其正确性

实践是检验真理的唯一标准。再好的程序设计，如果不去调试验证，设计者的心理总是没有把握，对设计的自信心就不能确定，对自己的思维方法就不能肯定，也就无法对自己的这种设计思维方式在大脑中进行固化，因此，对设计的每个程序必须调试、验证。另外，对所设计的程序进行调试，成功了会对设计者产生巨大的成就感，提高兴趣，不成功则会找出问题和不足，利于对其设计程序的思维方式进行修正。

3 梯形图设计思想的升华

3.1 多联系生产实际，建立明确的感性认识

对各种被控设备及工艺流程的熟悉使设计者在清晰条理、完善思路和精炼方法等方面大有裨益，正所谓“知彼知己，百战不殆”，很难想象，一个闭门造车者能设计出符合生产工艺要求的梯形图。因此在培训学习的过程中，要求学员利用周六、周日回生产岗位，再次熟悉由PLC控制的机电设备及生产工艺流程，提高感性认识，感性认识的加强和明晰将有助于设计者“文思泉涌”。

3.2 多阅读他人程序，集思广益，取长补短

“他山之石，可以攻玉”，阅读他人设计的梯形图，阅读典型的控制程序，分析其优点和缺点所在，可以帮助设计者了解和学习他人的程序设计思维思想和方法，取人之长，补己之短，集思广益，使自己的设计思想不断提高，设计能力不断加强、设计方法不断完善。

3.3 多总结编程经验教训

人的思维能力毕竟有限，在程序设计时，考虑问题不可能面面俱到，即使非常有设计经验的工程师很难做到一次成功，一蹴而就，必须反复修改、调试，在对程序的修改过程中，不断积累编程经验。对于刚刚掌握PLC技术的学员，进行程序设计时，肯定要走很多弯路，犯很多错误。前事不忘，后事之师，这句话告诉人们要把曾经犯过的错误作为前车之鉴，避免重犯，在程序设计过程中所犯的错误也要作为借鉴。这就要求学员要不断总结程序设计中的“败笔”，避免在今后的设计工作中再次出现，正是通过对“败笔”的不断积累，程序设计能力才能得到不断的提高。