浅谈经验设计法在中职PLC教学中的应用

杨鹭芸

[摘 要] 根据学生原有的继电器控制系统知识，引入经验设计法，通过实例分析，介绍了经验设计法在PLC教学上的应用。

[关 键 词] 经验设计法；中职；PLC

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）35-0156-02

可编程序控制器（简称PLC），优点多，应用广泛，是各中职院校电气自动化专业的一门主干课程。课程的学习在于使学生理解PLC的工作原理，在掌握PLC基础知识、PLC指令系统的同时能独立分析、修改、编写简单的程序。其中，读懂、理解程序并能够进行分析是中职PLC教学环节中的重点，在此基础上才能进行程序的设计和修改。中职学生相对来说学习基础差，学习态度也比较消极，而PLC技术于他们来说又是一门全新的课程。因此，在教学中要取得好的教学效果在于采用合适的教学方法，由浅入深、循序渐进。笔者通过两年的教学实践发现，在中职PLC教学中引入经验设计法，可以让学生较快入门，对指令的应用、梯形图的功能有了更直观、更深入的认识。下面，浅谈经验设计法在中职PLC教学中的应用。

一、经验设计法

经验设计法是PLC教学中常用的一种程序设计方法。在PLC的发展初期，梯形图的设计主要沿用继电器控制系统中电路图的设计方法，这种方法顾名思义需要编程者具有一定的经验，需要编程者掌握大量的典型电路，并且在掌握这些典型电路的基础上，通过对实际控制问题的分析，再进行修改和完善。而学生在此之前已经学习了电力拖动课程，掌握了继电器控制系统的相关知识，积累了一定的“经验”，掌握了基础的典型控制电路。下面就以“电动机正反转控制”及“Y/Δ降压起动控制”这两个典型案例介绍经验设计法在教学上的应用。

二、典型案例

（一）电动机正反转控制

1.继电器控制系统

图1主回路中，若KM1主触头接通，则电动机正转。若KM2主触头接通，U、W两相相序对调，电动机反转。同时，在图1控制电路中采用了互锁方式，防止KM1、KM2两个接触器同时接通电源，造成两相电源短路。此控制系统中，正反转按钮与接触器之间的逻辑关系是由它们之间相连的导线来实现的，在以往的学习中，学生已经能够熟练分析出电路的控制功能。

2.PLC控制系统

PLC采用欧姆龙CPM2A机型。完整的PLC控制系统包含：PLC接线图、I/O口分配表、梯形图。其中主电路不变，同样采用两个接触器KM1和KM2的主触点接入电动机。PLC接线图中使用24V直流电源将三个按钮SB1、SB2、SB3和热过载继电器FR常开触点接入PLC的四个输入端0.00、0.01、0.02、0.03，与图1控制电路一一对应。同样的，图2中PLC接线图的输出部分10.00和10.01分别接了两个接触器线圈KM1和KM2，并设置了硬件互锁，这也与图1相对应，个中规律，学生一目了然。根据PLC接线图再写出输入/输出分配表（即I/O口分配表）便水到渠成了。

电动机正反转I/O口分配表

在PLC控制系统里，存储在PLC内的用户程序决定着输入、输出信号之间的逻辑关系。换句话说，如果想要输出端接触器动作，完成正反转控制功能，则必须编写电动机正反转程序。梯形图是PLC中使用得最多的编程语言，它的特点在于与继电器控制系统的控制电路图很相似，对初学的中职学生来说，直接将控制电路图“翻译”成梯形图是PLC学习初期最简单、最直接、也是最容易掌握的编程方法。

“翻译”过程如图3所示，这种“翻译”对学生来说简单、好理解，只需把继电器电气符号改成PLC电气符号（其中线圈用表示，常开触点用表示，常闭触点用表示），然后再进行调整。也就是将上表中的I/O口分配表中相应的输入、输出地址补充进去，一份完整的电动机正反转梯形图便出来了。梯形图程序的工作过程如下：按下SB2，常开触点0.01接通，输出线圈10.00上电并自锁，接触器KM1得电，其主触点闭合，电机正转。与此同时，常闭触点10.00断开，以确保10.01不能得电，实行软件互锁。若按下SB3，常开触点0.02闭合，输出线圈10.01被驱动，并自锁，接触器KM2得电，其主触点闭合，电机反转。与此同时，常闭触点10.01断开，以确保10.00不能得电，实行软件互锁。停机时按下SB1，常闭触点0.00断开，过载时热继电器FR闭合，常闭触点0.03断开，这两种情况都能使输出继电器10.00或10.01失电，从而导致KM1和KM2失电，电动机停转。

通过这个“翻译”过程，学生很容易找出其中的窍门，也能够一步步分析出梯形图的功能，对可编程控制器的工作原理有了初步的理解，即，输入端的按钮按下后，通过执行存储器内部的正反转程序，CPU发出控制命令，使输出端的接触器动作，实现正反转控制功能。学生在理解的同时也提高了学习兴趣和信心。

（二）Y/Δ降压起动控制

1.继电器控制系统

图4主电路中，当KMY主触头闭合，电动机绕组以Y形方式连接；当KM△主触头闭合，电动机绕组以△方式连接。按下起动按钮SB2，电动机先以星形接法降压启动，然后再转换成△接法全压运行。

2.PLC控制系统

图4电路中需要用到时间继电器KT，属于通电延时型，而CPM2A内部的定时器也相当于通电延时型，可直接替换，但没有具体的实物接线。PLC定时器与继电器控制系统中的时间继电器相比有很多优势：首先，它在PLC内部，多个使用时不需要考虑接线问题；其次，每一个定时器的常开、常闭延时触点可以任意使用，而时间继电器的常开、常闭延时触点是有限的。學生通过控制电路图与梯形图的转换，在理解程序功能的基础上能够更加清楚地体会两者之间的对比，从而帮助学生掌握PLC中定时器在编程中的使用。

根据前面所介绍的“翻译”步骤，学生很容易可以得到Y/Δ降压起动控制PLC接线图、I/O口分配表和梯形图。其中PLC接线图、I/O口分配表这里不再一一列出，而梯形图如图5所示，具体操作过程为：按下起动按钮，输入点0.02接通，输出线圈10.00、10.01上电并自锁，接触器KM、KMY得电，主电路中相应的主触头闭合，电动机定子绕组在Y形连接下降压启动。同时定时器TIM000启动，开始定时，经过2秒后，T0常闭触点继开，切断输出线圈10.01，KMY失电，主触头断开，切断降压启动回路；T0常开触点闭合，输出线圈10.02上电，KM△得电，主触头闭合，电动机定子绕组在△连接下全压运行。停车时按下SB1，梯形图中0.00断开，或者电路发生过载时，梯形图中0.02断开，接触器KM和KM△失电，主触点断开，电动机停止运转。

三、教学重点与难点

以上两个案例中，教师可进一步拓展知识点，比如电动机的正反转控制，也可用SET、RSET指令或者KEEP指令来完成；比如电动机的Y/Δ降压起动，也可使用其他的控制方案。经验法教学的重点在于学生通过“翻译”过程理解PLC控制系统的组成、工作原理、梯形图程序的编写规则、指令系统的综合应用、编程思维的建立。而教学的难点在于“翻译”得出的梯形图并非是最简的，学生必须根据实际应用系统的要求进一步修改与完善，随着学习的不断深入、经验的不断积累，逐步进行一些简单程序的设计。

总之，经验设计法可以在学生继电器控制思想的基础上逐渐引入PLC的编程思想，过渡性小，学生易于接受，这种方法适用于较简单的控制系统和复杂控制系统的部分程序，对初学者是必备的一项编程技能。笔者通过两年的实践，在中级工学生的PLC教学上取得了良好的效果。

参考文献：

[1]戴一平.可编程控制器技术与应用（欧姆龙机型）[M].北京：机械工业出版社，2016.

[2]戴一平.可编程控制器技术训练与拓展[M].北京：机械工业出版社，2016.