PLC技术在电工电气控制实验中的应用分析

张金波

摘 要 电气控制与可编程控制器技术是综合了自动控制技术、计算机技术和通信技术的一门新兴技术，是实现科学研究、工业生产以及其他各领域自动化的重要手段之一，应用十分广泛。可编程控制器是专为工业环境设计的计算机，能够控制大多数类型的工业设备及生产过程，其具有体积小、可靠性高、抗干扰能力强等特点，目前在工业控制中得到了广泛的应用。电气控制与PLC是面向北京工商大学自动化专业的三年级本科生设置的专业必修课，是一门实践性、应用性较强的课程。文章主要鉴于PLC技术在电工电气控制实验设计应用方面进行详细的分析。

关键词 电气控制;PLC;实验环节

引言

电气控制与PLC是高校自动化专业的必修课，是实践性和应用性较强的课程。本课程的任务是通过学习和实践，使学生掌握电气与PLC的使用调试方法，提高学生的理论基础和实践能力。因此，本课程的实验设计环节就尤为重要。通过设置不同难度层次的实验环节，逐步提高学生分析、解决问题的能力。

1学情分析

学生对自动化专业领域的入门知识和体系有了初步的了解，但在知识的深度、思维的系统性和实际应用能力上相对比较缺乏。从学生的知识层面分析，学生已经学习了电路原理、数字电子技术等本专业的一些基础课程。对本专业的知識体系具备了粗浅的认识，但对电气控制和可编程控制器的基本理论以及实践、实验方面还比较陌生。从学生的思维方式进行分析，学生的思维方式还处在对本专业内容逐步构建的阶段，尚未形成系统的自动化专业视角，并且学习基础还相对薄弱，自主学习能力和实践能力比较缺乏，需要加强专业知识的训练。因此，在教学内容的安排上，尽量做到知识点明确，概念清晰。通过生活实例、概念、理论、实验，层层推进教学主题。在教学过程中，通过灵活多样的教学手段，对学生进行引导，激发其学习的兴趣，提升主动性，鼓励学生通过课后作业、扩展阅读和实验环节提升实践能力[1]。

2实验环节设置

本门课主要分为电气控制与PLC控制两大部分，课程讲授和实验环节都会将两部分内容进行对比讲解，一方面方便学生理解电气控制系统的运行，另一方面，让学生体会利用PLC进行系统控制的优势。

2.1 电气控制部分实验设计

电气控制部分共设计4个实验，主要包括三相异步电动机基本起停控制、正反转控制、顺序控制以及起动和制动控制等内容。帮助学生熟悉电气控制系统实验装备，主要是电源、继电器、接触器的线圈和触头的位置，重点要求学生掌握电气原理图接成实际操作电路的方法以及控制线路的实际接线过程。在每部分实验时都设计不同等级的实验题目[2]。①基础题目。要求学生根据给出的电气控制线路图完成实际接线，以及控制系统的运行。如，给出电机正反转控制线路图，要求学生按控制线路图进行接线，并实际进行控制。通过这一部分题目，使学生掌握电气控制线路图读图和接线方法，并具备简单的故障分析和处理能力。②提高题目。在完成基础题目的基础上，给出控制要求，让学生进行控制线路图的设计。这一部分题目主要结合时间继电器的使用。在电机基本起停控制线路实验中，可设计电机的起动-延时-停车、延时起动-停车、同时实现点动和多地控制的线路;在电机正反转控制线路实验中，可设计正转-延时-反转、延时正转-反转控制线路;在电机顺序控制实验中可设计电机1起动-延时-电机2起动、电机1先起动电机2才能起动，电机2停车5秒后电机1停车等实验。这一部分题目主要提高学生灵活运用知识的能力，能够根据控制要求，自行设计电气控制线路图并进行接线，完成整个系统的控制运行。

2.2 PLC部分实验设计

首先，通过基本指令的编程，使学生熟悉编程软件的使用，输入/输出继电器、定时器、计时器、数据寄存器等一些基本组件的用法，了解PLC与电气控制线路图之间的关系以及如何通过PLC实现电气控制的过程。如，给出包含计数器、定时器和数据寄存器的梯形图，让学生分析该程序的运行结果，相关软组件在程序中的作用，并实际运行该程序，观察实验结果是否与分析一致。同时，还可设计简单题目，如设计定时器和计数器的扩展实验等。其次，具备读懂程序的能力。一共设计三个实验：LED数码管显示控制实验、十字路口交通灯控制实验以及步进电机控制实验。给出三个实验的控制要求、硬件电路图以及梯形图程序，要求学生能够读懂程序并通过硬件接线、复现程序实现整个控制过程。如，给出LED数码管从0到9的显示程序以及硬件电路接线图，要求学生完成硬件输入输出接口、程序的分析及录入以及最后控制功能的实现。最后，要求学生具备根据实际控制要求进行系统硬件和软件设计的能力。在上述三个实验基础上，增加设计难度，如要求学生自行设计手机号码的LED显示，并将LED数码管显示与三相异步电动机的正反转结合起来，或是将十字路口交通灯的控制和LED数码管控制结合起来，实现倒计时十字路口交通灯的设计等。通过这三个层次的锻炼，使学生能够具备分析问题，实现PLC控制系统软硬件设计的能力。

3结束语

简而言之，电气控制与PLC是高校自动化专业的必修课，是一门实践性、应用性较强的课程。本课程为提高学生实践能力，设计了较高比例学时的实验课。实验课程分电气控制和PLC两部分内容。通过设计不同难度层次的实验，使学生逐步掌握电气控制、PLC系统的基本设计方法，提高学生分析和解决问题的能力以及协同解决现场工程问题所需的技术能力和业务能力。

参考文献

[1] 喜琍.电工电子实验中应用PLC编程技术的若干研究[J].无线互联科技，2017（15）：136-137.

[2] 尹庆方.浅析PLC编程技术在电工电子实验中的应用[J].课程教育研究，2017（26）：228.