PLC入门学习实验装置研发与应用

袁 勇 程月平

(武汉职业技术学院机电工程学院，湖北 武汉 430074)

PLC入门学习实验装置研发与应用

袁 勇 程月平

(武汉职业技术学院机电工程学院，湖北 武汉 430074)

设计与研发了PLC入门学习实验装置，介绍了针对该装置开设的实验项目。该装置成本低，控制对象多，为初学者学习PLC编程与设计提供了一个很好的平台。

PLC；入门学习；实验装置

0 引言

近些年，高职院校在机电、电气类专业实验实训设备上投入很大，添置了很多先进的教学设备，大大提高了学生的实践动手能力。新设备相对昂贵、维护维修成本高，对于初学PLC的学生来说操作复杂，设备调试难度高，容易打击学生学习的积极性，还可能由于误操作造成设备损坏。很多学校购置的设备数量并不能满足所有学生的教学需求，仅供演示教学、参观或部分毕业设计学生使用，或干脆闲置不用，在教学中仍使用仿真软件，不仅没提高教学质量，反而浪费了大量的教学资源。笔者根据多年的高职教学实践，设计了一款供PLC初学者使用的可编程实验装置，该装置相对成套控制设备成本低，可以大量购置用于基础教学，供学生进行PLC编程设计与验证。

1 可编程控制实验装置研制

1.1 设计目标

本实验装置设计的目的有2个，一是给PLC初学者提供一个学习平台，能进行简单的接线、程序调试，掌握PLC常用编程指令、工作原理、编程方法和编程技巧；另一个是降低设备成本，让大部分学校能大量购置，摆脱教学靠仿真软件的尴尬，真正做到提高学生的实践动手能力。

1.2 设计原则

本实验装置的设计原则就是简单、实用。PLC选择三菱公司的FX2N系列，有24个输入点和24个输出点，继电器输出，RS232通讯接口，带有RS485通信模块供选用，这款PLC功能相对齐全，使用范围比较广，能满足一般控制要求。控制对象选择以常用、多功能为主，做到一个控制对象可以用多种控制方法和指令实现。

1.3 实验装置设计

根据PLC这门课程的特点，控制对象选择分为初级、中级和高级3个部分，3个部分中的学习模块可以单独使用也可以组合使用，实验装置学习模块的面板布局如表1所示。实验装置中所有的控制对象均用LED灯代替，通过LED的亮灭表示系统的执行情况。本装置主要为了入门学习，因此在接线方面，公共端、电源部分都已经内部集成，使用过程中只需要连接按钮至PLC输入接口和PLC输出至控制对象部分就可以，这样既可简化接线又能节约时间，同时还能减少设备的损坏率。可编程实验装置如图1所示。

初级模块有电机正反转控制、数码管显示系统、天塔之光、PWM变频调速系统、水塔水位控制模块，通过这些模块的学习，可以了解PLC的工作原理，熟悉编程软件的使用，掌握PLC的基本编程指令和程序调试方法。

表1 PLC实验装置面板布局

图1 PLC入门学习实验装置

中级模块有机械手控制模块、自动运料系统、交通灯模块、液位混合控制系统、邮件分拣控制模块。这些模块用于步进指令学习，绘制顺序功能图，掌握单流程、并行流程和选择流程的编程方法、技巧。

高级模块有自动售货机、四层电梯控制系统，使用这些模块不仅需要基本指令，还要学习功能指令，主要是锻炼学生综合应用的能力。

2 实验项目设计与实施

天塔之光模块在学习基本指令之后，运用真值表设计方法和累计计时方法，设计彩灯的变换种类，使彩灯呈现有规律的变化。数码管显示可以用真值表方法，也可使用步进指令或功能指令实现，指令实验项目有0～9计时、手机号码顺序显示、学号顺序显示、奇数偶数选择显示、按钮选择控制显示(按按钮1显示学号、按钮2显示手机号码、按钮3显示生日、按钮4显示9～0倒数)。数码管还可以与其他模块组合进行实验，锻炼综合运用指令的能力。下面以自动售货机为例说明模块的组合使用实验项目。

自动售货机模拟商业街的自动食品售货机，工作流程如图2所示。自动售货机分为饮料和食品2类，饮料3元，食品6元，按按钮A则选择饮料，按按钮B则选择食品。从流程图可以看出，在选择所买商品种类后，马上就会在数码管上面显示商品价格，投币后比较所投人民币数目与价格。如果大于或等于商品价格，出货的同时找零并数码显示找零数目；如果投币的数目小于商品价格，则直接退币并数码显示退币数目。本实验项目由自动售货机模块和数码管显示模块组成，进行简单控制设计。设计中需要用到选择流程，选择流程可以用步进指令也可以用功能指令实现，而数码显示商品价格、退币数目等需要用功能指令中的七段译码指令，同时还需要用到比较指令，该程序逻辑关系比其他验证程序要相对复杂。本实验项目主要完成以下实验目标：学生根据控制要求能单独画出逻辑功能图或工作流程图，正确使用功能指令，合理处理多个控制对象的逻辑关系。

图2 售货机工作流程图

3 结语

通过在机电专业、电气专业PLC应用课程教学实践中应用可编程控制器实验装置，教师能以微课程形式讲解每个指令的用法，学生有具体的控制对象进行练习，不仅培养了学生的学习积极性，增加了深入学习的信心，对PLC基本知识的掌握更加深入，而且，该实验装置成本低，使用简单，因而受到了很多高职院校的青睐。

[1]汪国民，吉孔武，田韶鹏，等.PLC实验与调试装置的研究设计[J].科协论坛：下半月，2010(8)

[2]张运波，庞伟，陈麒光.PLC实验装置的研制[J].长春工程学院学报：自然科学版，2002(3)

[3]王伟.使用自制PLC实验教学装置的编程实践[J].电子制作，2013(17)

[4]周美兰，李昀昭，李文娟，等.基于触摸屏的PLC实验教学平台的研究与实现[J].中国电力教育，2013(36)

2014-07-07

袁勇(1977—)，男，湖北长阳人，硕士研究生，讲师，主要从事自动控制相关研究工作。