对比教学法在PLC教学中的应用

蒋建明, 朱正伟, 马正华, 徐守坤, 史 兵

(常州大学 1.怀德学院， 江苏 靖江214500； 2. 信息科学与工程学院， 江苏 常州 213064)

对比教学法在PLC教学中的应用

蒋建明1,2, 朱正伟1,2, 马正华2, 徐守坤2, 史 兵2

(常州大学 1.怀德学院， 江苏 靖江214500； 2. 信息科学与工程学院， 江苏 常州 213064)

本文介绍在PLC教学过程中，通过同一任务采用硬件和软件两种方法实现和同一任务采用不同软件实现的对比分析，使学生逐步优化方案规划和程序设计，达到提高系统效率、节约系统资源的目的。

对比分析；电气控制；优化；PLC

0 引言

在学习完电路理论和电子技术基础两门专业基础课和电气控制专业课程后，自动化和电气工程专业的学生开始学习PLC (Programmable Logic Controller)技术课程。该课程实践性很强。在之前的电气控制课程的学习过程中，学生掌握了通过接触器、继电器等硬件设备完成简单的电气控制的技术[1]。但这种纯硬件控制只能完成一些简单的逻辑控制，控制要求稍有变化，则需要重新布线，甚至重新安装元器件[2]。PLC的电气控制具有外部接线简单、规则的特点，如果输入输出触点不增加，只是控制逻辑改变，则无须改变硬件布局及接线，如果需要增加节点控制，只需在预留空间进行相应接线，具有明显的优势[3]。

1 对比教学

对比分析法是把客观事物加以比较，以达到认识事物本质和规律，做出准确的评价的一种方法[4]。只有选择合适的对比标准才能做出客观的评价。PLC在实践应用中以工作效率、可靠性、可扩展性和硬件成本的高低等为评价标准。通常一个简单的电气控制可以通过硬件或软件的控制方式实现。在PLC教学中对比教学可以分为对同一功能采用硬件与软件实现的对比和同一功能采用相同硬件不同软件实现的对比分析来进行[5]。

2 对比教学的应用

2.1 同一功能硬件与软件实现的对比

生产机械除了要求按顺序起动外，还要求有一定的时间间隔，在硬件控制电路中一般用时间继电器实现。主电路如图1所示，三相交流电机M1，M2分别通过接触器KM1，KM2的主触点连接到三相电源上。

图1 控制主电路

硬件控制电路如图2所示。

图2 顺序启动电气控制硬件实现电路

当按下起动按钮SB2后，电流流过停止按钮SB1、热继电器FR1的常闭触点，再流过接触器KM1线圈。KM1线圈通电后，吸合主电路中的KM1主触点和控制电路里的KM1辅助触点。 KM1主触点的闭合使电机M1先启动， KM1辅助触点闭合一方面使原来控制电路自保持，另一方面使时间继电器KT线圈通电开始计时。计时时间到则KT常开触点闭合，接触器KM2线圈通电，KM2辅助常开触点闭合自保持，主电路中的KM2主触点闭合使电机M2启动。两台电机运行后，如果按下停止按钮SB1，则接触器KM1，KM2线圈失电，主电路中KM1,KM2常开主触点断开，两台电机停止运行，控制电路恢复到初时状态。这种控制方式采用纯硬件控制，接线相对较多，时间继电器控制精度不高。

在PLC控制中，主电路和图1一致，控制电路(略)接线非常简单，只需把PLC内部+24 V电源分别通过启动按钮SB2、停止按钮SB1常开触点接入PLC的输入触点I0.0和I0.1，输出触点Q0.0和Q0.1分别与KM1,KM2线圈相连，与外部220 V交流电源形成回路。Q0.0和Q0.1受输入触点I0.0和I0.1状态和程序软件控制，Q0.0和Q0.1为1时，KM1,KM2线圈通电。软件控制如图3所示。网络1采用起-保-停方法设计，按启动按钮SB2后，I0.0有效，则QO.O有效使电机M1启动，QO.O常开触点自保持。定时器T37开始计时，8秒(参数可调)后T37常开触点导通使Q0.1有效，电机M2启动运行。

通过上述两种方法实现对比发现：

⑴使用PLC控制，接线简单，可靠性高。与电气控制硬件电路相比，PLC内部软件定时器代替了时间继电器KT，无需外部接线，而且精度高。

⑵PLC控制可扩展性强。如果控制要求略有增加，则原有硬件电路控制中需要重新排线，甚至重新安排控制箱元器件布局。如果输入输出触点不增加，只是控制功能增加，则软件控制保持PLC原有接线，只要改变程序即可，如果需要增加触点，则在预留位置增加少量接线，原有接线无须变动。

图3 顺序启动软件实现程序

2.2 同一功能不同软件实现对比

在PLC软件控制的实现过程中，同一功能可以用不同的软件实现。例如要求产生一个脉冲、周期和占空比可调的振荡电路。图4是常规实现法，当I0.0常开触点闭合后T37开始计时，4 s后T37常开触点闭合，Q0.0由0→1，产生一个上升沿，同时T38开始计时，6 s后T38常闭触点断开，T37,T38都清0，开始新一轮周期。

图4 双定时器控制程序

图5是另一种方法，I0.0常开触点闭合后，T37开始计时，4 s后T37的计数值大于40，网络2导通，Q0.0由0→1。在T37计数值由40增加到100的过程中，Q0.0始终保持导通，当计数值达到100，T37的常闭触点断开，T37清0，开始新一轮周期。

图4和图5两种软件方法都产生周期为1 s，高电平为0.6 s的脉冲，但第二种方法通过比较运算，节省了一个内部定时器。通过不同软件实现同一功能的对比实验，可以使学生发现通过程序优化，达到节省内部资源的目的。

图5 单定时器控制程序

3 结语

在掌握PLC基础理论知识的条件下，只有通过不断实验才能有助于提高学生动手能力。通过实验发现，对比教学有助于增加学生学习动力，培养学习的创造性思维及巩固专业知识点。

[1] 魏艳红，许昌，王桂荣，张远辉.PLC课程实验教学改革与探索[J].南京:电气电子学报,2014,36(3):93-95.

[2] 李晓宁.现代电气控制综合实验系统设计[J].北京:实验技术与管理，2007,24(2):64-66.

[3] 刁统山，王连飞，杨爱新，曹玉.改革PLC教学培养创新型人才[J].上海:实验室研究与探索，2008,27(9):166-168.

[4] 余日东.PLC课程教学改革的探索与实践[J].天津:职业教育研究，2007(5):81-82.

[5] 刘国光.任务驱动法在单片机教学中的应用[J].长沙:高等教育研究学报，2004,27(4):74-75.

Comparative Approach in PLC Teaching

JIANG Jian-ming1,2, ZHU Zheng-wei1,2, MA Zheng-hua2, XU Shou-kun2, SHI Bing2

(1.HuaideCollege,ChangzhouUniversity,Jingjiang214500,China2.SchoolofInformationScience&Engineering,ChangzhouUniversity,Changzhou213164,China)

Comparative approach′s purpose is to determine the difference between different design methods in the process of teaching . In usual teaching process, same task is achieved by hardware or software and same task realized by different software are compared and analyzed. Students are able to gradually optimize the program planning and program design, to improve system sufficiency and save system resources.

comparative analysis; electrical control;optimization; PLC

2016-08-28;

2017-02- 09

江苏省科技支撑计划资助项目(BE2013005-3)，常州市应用基础研究计划(CJ20159035)

蒋建明(1970-)，男，工学博士，副教授，主要从事计算机远程测量与控制研究,E-mail: jjm-224@163.com

G642.0

A

1008-0686(2017)04-0113-03