張金波

摘 要 電氣控制與可編程控制器技術(shù)是綜合了自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的一門新興技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)以及其他各領(lǐng)域自動(dòng)化的重要手段之一，應(yīng)用十分廣泛?？删幊炭刂破魇菍楣I(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，能夠控制大多數(shù)類型的工業(yè)設(shè)備及生產(chǎn)過程，其具有體積小、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，目前在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。電氣控制與PLC是面向北京工商大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)的三年級(jí)本科生設(shè)置的專業(yè)必修課，是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)的課程。文章主要鑒于PLC技術(shù)在電工電氣控制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用方面進(jìn)行詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞 電氣控制;PLC;實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

引言

電氣控制與PLC是高校自動(dòng)化專業(yè)的必修課，是實(shí)踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)的課程。本課程的任務(wù)是通過學(xué)習(xí)和實(shí)踐，使學(xué)生掌握電氣與PLC的使用調(diào)試方法，提高學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力。因此，本課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就尤為重要。通過設(shè)置不同難度層次的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，逐步提高學(xué)生分析、解決問題的能力。

1學(xué)情分析

學(xué)生對(duì)自動(dòng)化專業(yè)領(lǐng)域的入門知識(shí)和體系有了初步的了解，但在知識(shí)的深度、思維的系統(tǒng)性和實(shí)際應(yīng)用能力上相對(duì)比較缺乏。從學(xué)生的知識(shí)層面分析，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電路原理、數(shù)字電子技術(shù)等本專業(yè)的一些基礎(chǔ)課程。對(duì)本專業(yè)的知識(shí)體系具備了粗淺的認(rèn)識(shí)，但對(duì)電氣控制和可編程控制器的基本理論以及實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)方面還比較陌生。從學(xué)生的思維方式進(jìn)行分析，學(xué)生的思維方式還處在對(duì)本專業(yè)內(nèi)容逐步構(gòu)建的階段，尚未形成系統(tǒng)的自動(dòng)化專業(yè)視角，并且學(xué)習(xí)基礎(chǔ)還相對(duì)薄弱，自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力比較缺乏，需要加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的訓(xùn)練。因此，在教學(xué)內(nèi)容的安排上，盡量做到知識(shí)點(diǎn)明確，概念清晰。通過生活實(shí)例、概念、理論、實(shí)驗(yàn)，層層推進(jìn)教學(xué)主題。在教學(xué)過程中，通過靈活多樣的教學(xué)手段，對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，激發(fā)其學(xué)習(xí)的興趣，提升主動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生通過課后作業(yè)、擴(kuò)展閱讀和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)提升實(shí)踐能力[1]。

2實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)置

本門課主要分為電氣控制與PLC控制兩大部分，課程講授和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都會(huì)將兩部分內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比講解，一方面方便學(xué)生理解電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行，另一方面，讓學(xué)生體會(huì)利用PLC進(jìn)行系統(tǒng)控制的優(yōu)勢(shì)。

2.1 電氣控制部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

電氣控制部分共設(shè)計(jì)4個(gè)實(shí)驗(yàn)，主要包括三相異步電動(dòng)機(jī)基本起?？刂?、正反轉(zhuǎn)控制、順序控制以及起動(dòng)和制動(dòng)控制等內(nèi)容。幫助學(xué)生熟悉電氣控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝備，主要是電源、繼電器、接觸器的線圈和觸頭的位置，重點(diǎn)要求學(xué)生掌握電氣原理圖接成實(shí)際操作電路的方法以及控制線路的實(shí)際接線過程。在每部分實(shí)驗(yàn)時(shí)都設(shè)計(jì)不同等級(jí)的實(shí)驗(yàn)題目[2]。①基礎(chǔ)題目。要求學(xué)生根據(jù)給出的電氣控制線路圖完成實(shí)際接線，以及控制系統(tǒng)的運(yùn)行。如，給出電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路圖，要求學(xué)生按控制線路圖進(jìn)行接線，并實(shí)際進(jìn)行控制。通過這一部分題目，使學(xué)生掌握電氣控制線路圖讀圖和接線方法，并具備簡(jiǎn)單的故障分析和處理能力。②提高題目。在完成基礎(chǔ)題目的基礎(chǔ)上，給出控制要求，讓學(xué)生進(jìn)行控制線路圖的設(shè)計(jì)。這一部分題目主要結(jié)合時(shí)間繼電器的使用。在電機(jī)基本起?？刂凭€路實(shí)驗(yàn)中，可設(shè)計(jì)電機(jī)的起動(dòng)-延時(shí)-停車、延時(shí)起動(dòng)-停車、同時(shí)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)和多地控制的線路;在電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路實(shí)驗(yàn)中，可設(shè)計(jì)正轉(zhuǎn)-延時(shí)-反轉(zhuǎn)、延時(shí)正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)控制線路;在電機(jī)順序控制實(shí)驗(yàn)中可設(shè)計(jì)電機(jī)1起動(dòng)-延時(shí)-電機(jī)2起動(dòng)、電機(jī)1先起動(dòng)電機(jī)2才能起動(dòng)，電機(jī)2停車5秒后電機(jī)1停車等實(shí)驗(yàn)。這一部分題目主要提高學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力，能夠根據(jù)控制要求，自行設(shè)計(jì)電氣控制線路圖并進(jìn)行接線，完成整個(gè)系統(tǒng)的控制運(yùn)行。

2.2 PLC部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先，通過基本指令的編程，使學(xué)生熟悉編程軟件的使用，輸入/輸出繼電器、定時(shí)器、計(jì)時(shí)器、數(shù)據(jù)寄存器等一些基本組件的用法，了解PLC與電氣控制線路圖之間的關(guān)系以及如何通過PLC實(shí)現(xiàn)電氣控制的過程。如，給出包含計(jì)數(shù)器、定時(shí)器和數(shù)據(jù)寄存器的梯形圖，讓學(xué)生分析該程序的運(yùn)行結(jié)果，相關(guān)軟組件在程序中的作用，并實(shí)際運(yùn)行該程序，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與分析一致。同時(shí)，還可設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單題目，如設(shè)計(jì)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)等。其次，具備讀懂程序的能力。一共設(shè)計(jì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)：LED數(shù)碼管顯示控制實(shí)驗(yàn)、十字路口交通燈控制實(shí)驗(yàn)以及步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)。給出三個(gè)實(shí)驗(yàn)的控制要求、硬件電路圖以及梯形圖程序，要求學(xué)生能夠讀懂程序并通過硬件接線、復(fù)現(xiàn)程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)控制過程。如，給出LED數(shù)碼管從0到9的顯示程序以及硬件電路接線圖，要求學(xué)生完成硬件輸入輸出接口、程序的分析及錄入以及最后控制功能的實(shí)現(xiàn)。最后，要求學(xué)生具備根據(jù)實(shí)際控制要求進(jìn)行系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)的能力。在上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加設(shè)計(jì)難度，如要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)手機(jī)號(hào)碼的LED顯示，并將LED數(shù)碼管顯示與三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)結(jié)合起來，或是將十字路口交通燈的控制和LED數(shù)碼管控制結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)十字路口交通燈的設(shè)計(jì)等。通過這三個(gè)層次的鍛煉，使學(xué)生能夠具備分析問題，實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的能力。

3結(jié)束語

簡(jiǎn)而言之，電氣控制與PLC是高校自動(dòng)化專業(yè)的必修課，是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)的課程。本課程為提高學(xué)生實(shí)踐能力，設(shè)計(jì)了較高比例學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課。實(shí)驗(yàn)課程分電氣控制和PLC兩部分內(nèi)容。通過設(shè)計(jì)不同難度層次的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生逐步掌握電氣控制、PLC系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)生分析和解決問題的能力以及協(xié)同解決現(xiàn)場(chǎng)工程問題所需的技術(shù)能力和業(yè)務(wù)能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 喜琍.電工電子實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用PLC編程技術(shù)的若干研究[J].無線互聯(lián)科技，2017（15）：136-137.

[2] 尹慶方.淺析PLC編程技術(shù)在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].課程教育研究，2017（26）：228.