基于PLC教学平台的思考

彭 辉 解晓军/重庆工程职业技术学院

基于PLC教学平台的思考

彭 辉 解晓军/重庆工程职业技术学院

随着社会发展和自动化生产水平的不断提高，现代化生产向着简单灵活的控制方向发展，PLC应运而生，而且在各方面都得到了广泛的应用，比如交通灯等，行业对这方面人才的需求也越来越大，作为人才培养基地的学校，应加大实训设备的引进，及更新教学方式，使学生能更快更好的掌握技能，提高动手能力。

PLC；教学平台

一、PLC发展现状

目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初一位机发展到现在的16位和32位以上微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。

现在，世界上有200多家PLC生产厂家，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色。其中，美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，著名的有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。欧洲PLC产品主要制造商有德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士等，韩国的三星（SAMSUNG）、LG等，这些生产厂家的产品占有80％以上的PLC市场份额。

经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，国内PLC应用市场仍然以国外产品为主。国内公司在开展PLC业务时有较大的竞争优势，如：需求优势、产品定制优势、成本优势、服务优势、响应速度优势。

二、PLC发展趋势

随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。

（一）在产品规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型PLC方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对PLC的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。

（二）向通信网络化发展

PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。

（三）向模块化、智能化发展

为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。

（四）编程语言和编程工具的多样化和标准化

多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。

三、PLC实际应用情况

PLC是以自动控制技术、微计算机技术、和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，随着微处理器技术的发展，PLC得到了迅速的发展，也在社会各领域的生产训得到了越来越多的应用。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业使用情况大致可归纳为如下几类。

（一）开关量的逻辑控制，这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

（二）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

（三）运动控制，PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（四）过程控制，过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

（四）数据处理，现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

（五）通信及联网，PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

四、PLC教学平台

PLC教学平台现在应用比较多是PLC实验箱和PLC控制器的模型，对于实验箱而言，一般配备了PLC主机和一些模拟控制装置，比如交通灯控制、搅拌器PLC控制、步进电机的PLC控制、加工中心刀具库选择等，学生可以通过电脑编程，将程序传入PLC主机，完成相应输入输出接线操作，就可完成实训内容，同学通过编程软件也可以对程序执行过程进行实时监控并反馈，实验箱的优点是价格相对便宜，实训项目便于开展，缺点就是实训项目过于局限，由于PLC主机和箱体的一体化设计，所有实训项目只能在实验箱上完成，而实验箱内模拟的实训项目是很有限的，且不直观。PLC控制器模型，主要是针对现场某一个功能实际模拟的一个小型设备，能实现现场的一些主要功能，比如直线控制模型、电梯控制模型、二维模型、高架库等，这些设备因为要尽量接近现场，所以模拟程度较高，材质也比较好，并且集成了PLC控制主机在里面，方便接线和程序的执行,实训过程很直观，效果较好，因此单套设备价格都比较偏高，对于学校而言采购量不大，不适合人数较多的实验教学，可以针对少数同学完成某个单一实训项目。以上两种方式共同的缺点就是PLC主机实际利用率很低，只能控制很有限的设备，性价比不高。而且每个实验箱或设备都得配备电脑或者编程器进行编程，也会造成很大的资源浪费。

另外现在现场用得多的PLC主机品牌包括三菱、西门子等，而学校实训平台的组建一般只考虑一个品牌，批量采购的方式，一方面为了节约成本，另一方面也是为了组建统一的教学平台方便教学，在实际应用中，两个品牌的市场占有率相当，可以说是平分秋色，同学在学校进行单一的学习，也会影响到以后就业的适应性。

五、对PLC实训教学的思考

针对以上情况，现提出一些自己浅薄的意见和思考，针对实训设备项目过少和实训设备不足的情况，可以考虑采用大型的PLC模拟仿真软件方式，仿真软件包括三菱、西门子等多平台，只需要在机房电脑里安装软件就可以实现程序的编写和模拟的仿真，并且可以模拟很多实训项目，用不同的实验平台来完成。对于PLC实训可以适当配备一些各大品牌PLC主机的模型装置，同学可以进行现场编程，了解现场接线安装和执行情况。另外，如果PLC能支持U盘程序读取，就能够充分节约实训资源。