在高职电工技术课程ＰＬＣ教学中需要注意的几个问题

巩　云

高等职业技术教育的电气控制技术类和机电技术类专业，在开设电工技术课程时，均涉及PLC(可编程序控制器)技术的课程教学。PLC控制技术是现代电气控制技术发展的方向，它从最初的取代继电器控制方式，用作可编程逻辑控制器件，发展到目前利用半导体技术、集成电路技术和支持现场总线、工业以太网等网络通讯技术的大中型控制系统。全面了解PLC控制技术的概况，分层次地展开PLC技术教学很重要，强调技术应用的教学更是必要的。笔者在从事PLC技术教学的过程中，发现以下几个问题常被忽视，通过实践研究，提出以下观点供同行教学参考。

一、目前PLC在我国市场上的应用与学校确定专业教学目标的关系

强调教学培养对象的就业目标是职业学校在专业设置时的重要依据，订单式教学模式已被广泛采用，密切关注PLC技术市场的变化和发展，不断改进教学内容是有意义的。

1、PLC按照其控制规模大小或者1/0点数分，有小、中、大三种机型

总点数小型机在256点以下；中型机在256～1024点之间；大型机在1024点以上。尽管PLC的性能和运用范围有了大幅度的扩展，但是小型PLC仍然是市场的主流，从数量上占有总数的90％以上。因此，PLC教学应该以小型PLC为主。

2、从特点上看，小型机价格低、体积小，适用于控制自动化单机设备

开发机电一体化产品；中型机功能强、配置灵活，适用于具有诸如温度、压力、速度、流量、位置、角度等模拟量控制和大量开关量控制的复杂机械以及连续生产过程控制场合；大型机1/0点很多、控制规模非常强大，组网能力强，可用于大规模的过程控制，构成分布式控制系统或者整个工厂的集散控制系统。对教学机型的合理选择，就是对教学培养目标的定位。

3、不同产品的市场定位和性能的不同

从系统集成与单机自动化设备应用上看，不同供应商及其品牌的市场策略、系统集成能力，不同产品的市场定位和性能的不同，在各类设备制造业中的应用表现也有不同(见表1)。

从表1中可以看出不同行业在选择PLC机型及其品牌时，有所不同，这也就要求我们在不同专业针对不同的培养目标，及其就业行业取向不同，需要选择适合的机型和品牌作为教学内容。

4、从PLC的发展动态看市场变化，在教学中不断引入新的教学内容

(1)本土化生产降低成本从而降低产品价格。

(2)集成运动控制，成为集成控制平台。

(3)引入嵌入式实时多任务操作系统。

(4)从混合控制需求的DCS(Distributed ControlSystem分散／分布控制系统：设计思想为分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便)现场控制器，进入独立产品市场。

(5)典型的FA(顺序控制、传动控制、运动控制)全线产品及集成方案提供。

二、以传统PLC控制和现代PLC控制的区别来确定不同专业教学目标的层次

传统PLC是指按照处理逻辑运算和顺序控制要求的要求设计、采用按照经典扫描方式运行的专用硬实时操作系统、具有确定性控制特征、以处理开关量1/0为主模拟量1/0为辅的程序可编的控制器。现代PLC是指PLC+PC的系统结构，PLC通过串口或者以太网口与PC机通信，由PLC进行控制，PC则联网、作流程显示、数据和文字处理、实时数据库等功能。有关资料显示：80％的PLC应用采用20几个梯形图指令就可以解决问题(80-20法则)，剩余20％的控制要求传统PLC不可以满足。根据这一规律设计学校不同的专业教学内容，可以将其分为以传统PLC技术内容教学为主和现代PLC技术内容教学的低、高两个层次，以满足不同的教学培养目标要求。具体教学需要注意以下两个方面。

1、硬件方面

传统PLC只有一块CPU、存储容量≤几十K字、1/0多为开关量、运算速度在几十到几百ms之间、采用传统的低速系统总线；现代PLC有可以执行不同功能的多块CPU、存储容量较大(可以根据不同的需要配置)、1/0可以有高低速开关量和不同的模拟量、运算速度可达0.2ms、采用高速背板总线。

2、软件方面

传统PLC采用经典扫描方式的软件模型、编程语言简单(梯形图LD、指令表IL、功能块图FBD)、专用时间驱动扫描方式的操作系统；现代PLC采用符合IEC61131-3软件模型、编程语言较复杂(文本类语言：IL、ST；图形类语言：LD、FBD、SFC)、专用时间驱动和事件驱动扫描方式的操作系统(可以按照程序功能设置不同的扫描时间)。

由此可以看出，除了硬件配置上的区别之外，最本质的区别在于软件模型的不同。因此，以软件模型的区别配置硬件，可以满足分层次教学目标的要求。

三、PLC实训教学环境条件建设中需要注意的问题

完成PLC技术课程教学最适合的办法是采用一体化教学。一体化教学教室的PLC技术训练区需要安装模拟工作现场的实训装置，有些学校是外购的PLC实训，实验教学产品，也有些学校是根据自己需要自制的PLC综合实训／实验装置。无论如何都需要注意下面几点。

1、讲评区域和实训区域之间，人员与设备安全的硬件隔离与软件隔离措施必须齐全

一体化教学环境内的区域划分是为了保证教学的效果、保障人员安全与教学秩序及其设备的安全运行，所以，明确划分区域界限和制定教学规程是十分必要的。

2、PLC技术实训装置运行的基本工作条件要求

(1)环境温度：0℃～50℃，且远离发热源、四周通风的空间足够大；

(2)空气与湿度空气相对湿度≤85％(无凝露)、避开粉尘、有腐蚀和易然的气体，不要采用封闭型措施：

《3)震动：远离强烈的振动源，防止频率为10至55Hz的频繁或连续振动，如果震动不可避免，必须采取减震措施：

(4)电源：一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接稳压电源时，应该选用纹波较小的直流稳压电源，而不要选择普通的整流滤波电源，必要时，在电源的引入端安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。

四、PLC技术课程教学过程中，实训系统的抗干扰问题

PLC控制系统的可靠性直接影响到其教学的效果，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。PLC实训装置一般集中安装在控制室，也有的是安装在模拟的生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力，另一方面，要求一体化教室设计、安装施工和使用维护中

引起重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能，必须注意以下几个方面。

1、按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰

共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压达加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这就是一些系统1/0模件损坏率较高的主要原因)，这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

2、PLC控制系统中电磁干扰的主要来源

(1)来自空间的辐射干扰。空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰：二是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

(2)来自系统外引线的干扰。主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰也许在实训室表现不是太明显，但是在工业现场却是较严重。

(3)来自PLC系统内部的干扰。主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，但是，选择时要考虑那些具有较多应用实绩或者经过考验的系统为宜。

(4)来自变频器的干扰。一是变频器启动及运行过程中产生的谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网电压质量：再就是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边的设备而不能正常工作。

3、主要的抗干扰措施

(1)PLC电源做抑制干扰引入的处理。例如：安装有屏蔽层的隔离变压器或者电源滤波器等。

(2)分别安装布线，即动力线、控制线、电源线和1/0端口接线分别配置。

(3)PLC远离强干扰源，必要时对PLC做屏蔽处理或者对干扰源做消弧处理。

(4)PLC的输入与输出、开关量与模拟量、交流输出线与直流输出线，也都需要做隔离或者屏蔽等处理。

(5)PLC控制系统要完善，接地点选择要正确。强调安全地或者电源接地、系统接地和信号与屏蔽接地。

(6)在PLC与变频器联机实训时，应该使用隔离变压器、滤波器和输出电抗器抑制变频器干扰。

(作者单位：河南新乡职业技术学院)