鞏　云

高等職業(yè)技術(shù)教育的電氣控制技術(shù)類和機(jī)電技術(shù)類專業(yè)，在開設(shè)電工技術(shù)課程時(shí)，均涉及PLC(可編程序控制器)技術(shù)的課程教學(xué)。PLC控制技術(shù)是現(xiàn)代電氣控制技術(shù)發(fā)展的方向，它從最初的取代繼電器控制方式，用作可編程邏輯控制器件，發(fā)展到目前利用半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路技術(shù)和支持現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的大中型控制系統(tǒng)。全面了解PLC控制技術(shù)的概況，分層次地展開PLC技術(shù)教學(xué)很重要，強(qiáng)調(diào)技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)更是必要的。筆者在從事PLC技術(shù)教學(xué)的過程中，發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問題常被忽視，通過實(shí)踐研究，提出以下觀點(diǎn)供同行教學(xué)參考。

一、目前PLC在我國市場上的應(yīng)用與學(xué)校確定專業(yè)教學(xué)目標(biāo)的關(guān)系

強(qiáng)調(diào)教學(xué)培養(yǎng)對(duì)象的就業(yè)目標(biāo)是職業(yè)學(xué)校在專業(yè)設(shè)置時(shí)的重要依據(jù)，訂單式教學(xué)模式已被廣泛采用，密切關(guān)注PLC技術(shù)市場的變化和發(fā)展，不斷改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容是有意義的。

1、PLC按照其控制規(guī)模大小或者1/0點(diǎn)數(shù)分，有小、中、大三種機(jī)型

總點(diǎn)數(shù)小型機(jī)在256點(diǎn)以下；中型機(jī)在256～1024點(diǎn)之間；大型機(jī)在1024點(diǎn)以上。盡管PLC的性能和運(yùn)用范圍有了大幅度的擴(kuò)展，但是小型PLC仍然是市場的主流，從數(shù)量上占有總數(shù)的90％以上。因此，PLC教學(xué)應(yīng)該以小型PLC為主。

2、從特點(diǎn)上看，小型機(jī)價(jià)格低、體積小，適用于控制自動(dòng)化單機(jī)設(shè)備

開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品；中型機(jī)功能強(qiáng)、配置靈活，適用于具有諸如溫度、壓力、速度、流量、位置、角度等模擬量控制和大量開關(guān)量控制的復(fù)雜機(jī)械以及連續(xù)生產(chǎn)過程控制場合；大型機(jī)1/0點(diǎn)很多、控制規(guī)模非常強(qiáng)大，組網(wǎng)能力強(qiáng)，可用于大規(guī)模的過程控制，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)或者整個(gè)工廠的集散控制系統(tǒng)。對(duì)教學(xué)機(jī)型的合理選擇，就是對(duì)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的定位。

3、不同產(chǎn)品的市場定位和性能的不同

從系統(tǒng)集成與單機(jī)自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用上看，不同供應(yīng)商及其品牌的市場策略、系統(tǒng)集成能力，不同產(chǎn)品的市場定位和性能的不同，在各類設(shè)備制造業(yè)中的應(yīng)用表現(xiàn)也有不同(見表1)。

從表1中可以看出不同行業(yè)在選擇PLC機(jī)型及其品牌時(shí)，有所不同，這也就要求我們在不同專業(yè)針對(duì)不同的培養(yǎng)目標(biāo)，及其就業(yè)行業(yè)取向不同，需要選擇適合的機(jī)型和品牌作為教學(xué)內(nèi)容。

4、從PLC的發(fā)展動(dòng)態(tài)看市場變化，在教學(xué)中不斷引入新的教學(xué)內(nèi)容

(1)本土化生產(chǎn)降低成本從而降低產(chǎn)品價(jià)格。

(2)集成運(yùn)動(dòng)控制，成為集成控制平臺(tái)。

(3)引入嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。

(4)從混合控制需求的DCS(Distributed ControlSystem分散／分布控制系統(tǒng)：設(shè)計(jì)思想為分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便)現(xiàn)場控制器，進(jìn)入獨(dú)立產(chǎn)品市場。

(5)典型的FA(順序控制、傳動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)控制)全線產(chǎn)品及集成方案提供。

二、以傳統(tǒng)PLC控制和現(xiàn)代PLC控制的區(qū)別來確定不同專業(yè)教學(xué)目標(biāo)的層次

傳統(tǒng)PLC是指按照處理邏輯運(yùn)算和順序控制要求的要求設(shè)計(jì)、采用按照經(jīng)典掃描方式運(yùn)行的專用硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、具有確定性控制特征、以處理開關(guān)量1/0為主模擬量1/0為輔的程序可編的控制器?，F(xiàn)代PLC是指PLC+PC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，PLC通過串口或者以太網(wǎng)口與PC機(jī)通信，由PLC進(jìn)行控制，PC則聯(lián)網(wǎng)、作流程顯示、數(shù)據(jù)和文字處理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫等功能。有關(guān)資料顯示：80％的PLC應(yīng)用采用20幾個(gè)梯形圖指令就可以解決問題(80-20法則)，剩余20％的控制要求傳統(tǒng)PLC不可以滿足。根據(jù)這一規(guī)律設(shè)計(jì)學(xué)校不同的專業(yè)教學(xué)內(nèi)容，可以將其分為以傳統(tǒng)PLC技術(shù)內(nèi)容教學(xué)為主和現(xiàn)代PLC技術(shù)內(nèi)容教學(xué)的低、高兩個(gè)層次，以滿足不同的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)要求。具體教學(xué)需要注意以下兩個(gè)方面。

1、硬件方面

傳統(tǒng)PLC只有一塊CPU、存儲(chǔ)容量≤幾十K字、1/0多為開關(guān)量、運(yùn)算速度在幾十到幾百ms之間、采用傳統(tǒng)的低速系統(tǒng)總線；現(xiàn)代PLC有可以執(zhí)行不同功能的多塊CPU、存儲(chǔ)容量較大(可以根據(jù)不同的需要配置)、1/0可以有高低速開關(guān)量和不同的模擬量、運(yùn)算速度可達(dá)0.2ms、采用高速背板總線。

2、軟件方面

傳統(tǒng)PLC采用經(jīng)典掃描方式的軟件模型、編程語言簡單(梯形圖LD、指令表IL、功能塊圖FBD)、專用時(shí)間驅(qū)動(dòng)掃描方式的操作系統(tǒng)；現(xiàn)代PLC采用符合IEC61131-3軟件模型、編程語言較復(fù)雜(文本類語言：IL、ST；圖形類語言：LD、FBD、SFC)、專用時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)掃描方式的操作系統(tǒng)(可以按照程序功能設(shè)置不同的掃描時(shí)間)。

由此可以看出，除了硬件配置上的區(qū)別之外，最本質(zhì)的區(qū)別在于軟件模型的不同。因此，以軟件模型的區(qū)別配置硬件，可以滿足分層次教學(xué)目標(biāo)的要求。

三、PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境條件建設(shè)中需要注意的問題

完成PLC技術(shù)課程教學(xué)最適合的辦法是采用一體化教學(xué)。一體化教學(xué)教室的PLC技術(shù)訓(xùn)練區(qū)需要安裝模擬工作現(xiàn)場的實(shí)訓(xùn)裝置，有些學(xué)校是外購的PLC實(shí)訓(xùn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)品，也有些學(xué)校是根據(jù)自己需要自制的PLC綜合實(shí)訓(xùn)／實(shí)驗(yàn)裝置。無論如何都需要注意下面幾點(diǎn)。

1、講評(píng)區(qū)域和實(shí)訓(xùn)區(qū)域之間，人員與設(shè)備安全的硬件隔離與軟件隔離措施必須齊全

一體化教學(xué)環(huán)境內(nèi)的區(qū)域劃分是為了保證教學(xué)的效果、保障人員安全與教學(xué)秩序及其設(shè)備的安全運(yùn)行，所以，明確劃分區(qū)域界限和制定教學(xué)規(guī)程是十分必要的。

2、PLC技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置運(yùn)行的基本工作條件要求

(1)環(huán)境溫度：0℃～50℃，且遠(yuǎn)離發(fā)熱源、四周通風(fēng)的空間足夠大；

(2)空氣與濕度空氣相對(duì)濕度≤85％(無凝露)、避開粉塵、有腐蝕和易然的氣體，不要采用封閉型措施：

《3)震動(dòng)：遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的振動(dòng)源，防止頻率為10至55Hz的頻繁或連續(xù)振動(dòng)，如果震動(dòng)不可避免，必須采取減震措施：

(4)電源：一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端，當(dāng)輸入端使用外接穩(wěn)壓電源時(shí)，應(yīng)該選用紋波較小的直流穩(wěn)壓電源，而不要選擇普通的整流濾波電源，必要時(shí)，在電源的引入端安裝一臺(tái)帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。

四、PLC技術(shù)課程教學(xué)過程中，實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的抗干擾問題

PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到其教學(xué)的效果，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。PLC實(shí)訓(xùn)裝置一般集中安裝在控制室，也有的是安裝在模擬的生產(chǎn)現(xiàn)場和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家用提高設(shè)備的抗干擾能力，另一方面，要求一體化教室設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中

引起重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能，必須注意以下幾個(gè)方面。

1、按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾

共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓達(dá)加所形成。共模電壓有時(shí)較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸出信號(hào)的共模電壓普遍較高，有的可高達(dá)130V以上。共模電壓通過不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號(hào)，造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)1/0模件損壞率較高的主要原因)，這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號(hào)上，直接影響測量與控制精度。

2、PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源

(1)來自空間的輻射干擾?？臻g的輻射電磁場(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。若PLC系統(tǒng)置于射頻場內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾：二是對(duì)PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。

(2)來自系統(tǒng)外引線的干擾。主要通過電源和信號(hào)線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾也許在實(shí)訓(xùn)室表現(xiàn)不是太明顯，但是在工業(yè)現(xiàn)場卻是較嚴(yán)重。

(3)來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容，比較復(fù)雜，作為應(yīng)用部門是無法改變，可不必過多考慮，但是，選擇時(shí)要考慮那些具有較多應(yīng)用實(shí)績或者經(jīng)過考驗(yàn)的系統(tǒng)為宜。

(4)來自變頻器的干擾。一是變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過程中產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量：再就是變頻器的輸出會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，影響周邊的設(shè)備而不能正常工作。

3、主要的抗干擾措施

(1)PLC電源做抑制干擾引入的處理。例如：安裝有屏蔽層的隔離變壓器或者電源濾波器等。

(2)分別安裝布線，即動(dòng)力線、控制線、電源線和1/0端口接線分別配置。

(3)PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，必要時(shí)對(duì)PLC做屏蔽處理或者對(duì)干擾源做消弧處理。

(4)PLC的輸入與輸出、開關(guān)量與模擬量、交流輸出線與直流輸出線，也都需要做隔離或者屏蔽等處理。

(5)PLC控制系統(tǒng)要完善，接地點(diǎn)選擇要正確。強(qiáng)調(diào)安全地或者電源接地、系統(tǒng)接地和信號(hào)與屏蔽接地。

(6)在PLC與變頻器聯(lián)機(jī)實(shí)訓(xùn)時(shí)，應(yīng)該使用隔離變壓器、濾波器和輸出電抗器抑制變頻器干擾。

(作者單位：河南新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院)