PLC课程一体化教学在模拟实现机床坐标显示教学中的应用

刘双燕

摘 要：PLC课程是电气自动化技术等电气类专业的核心课程。在PLC课程中利用直线光栅尺作为位置检测元件，采用“三菱FX2N-PLC”和“1HC”记数模块再加上“GOT940”作为人机对话显示界面，可模拟实现机床坐标位置信号显示的一体化教学，本文明确了一些重要讲解因素，并阐述了PLC课程一体化教学中的组织实施办法。

关键词：一体化教学 FX-2N-PLC HC记数模块 GOT940触摸屏 应用

可编程逻辑控制器简称PLC，是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是提高制造业的产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段。本文主要阐述针对PLC及其扩展功能课程进行教学的组织与实施。

下面谈谈在PLC课程一体化教学中，如何利用直线光栅尺作为位置检测元件，采用“三菱FX2N-PLC”和“1HC”记数模块再加上“GOT940”作为人机对话显示界面，模拟实现对机床设备各坐标的位置信号的显示。

一、第一步——讲解

讲解可编程控制器“三菱FX2N-PLC”“1HC”记数模块和“GOT940”的用途、工作原理和优缺点等。

二、第二步——介绍

介绍FX2N和1HC功能模块的配置程序和接口。着重介绍“PLC-FX2N”在工业控制中的应用。详细介绍“FX2N-1HC记数功能模块”的使用，此高速记数模块是具有2相50KHZ的高速计数器，它的记数速度要比“PLC”内置的计数器要快得多，而且它可以直接进行比较和输出，各计数器模式可用PLC命令进行选择，如1相或是2相，16位还是32位模式，只有这些模式设定以后“FX02N-1HC功能模块”才能正常运行。对于它的输入信号必须是1相或是2相的电压为“5V、12V、24V”的方波信号。FX2N-PLC与FX2N-1HC之间的数据传输是通过缓冲存储器交换进行的，“FX2N-1HC”有32个缓冲存储器，每个存储器为16位，其占用PLC扩展总线上的8个I/O点，这8个点可由输入输出进行分配。首先将所有的设备按说明书要求进行正确连接，在编程设备中必须预先安装win98、win2000或winXP的系统软件给予支持，然后还要安装“FX-PSC-DU-WIN-C”人机界面的编程软件，安装“FXGP-WIN-C”的PLC编程软件。使用编码器或是其他能输出5V～24V方波信号的位置检测元件都可以参照相关硬件说明书进行连接。硬件连接完毕后就可对设备进行编程调试，为下一步编程调试打下基础。

三、第三步——对该设备进行编程初始化

具体方法和步骤如下。

一是当所有设备连接好后，首先要在编程设备中打开“FXGP-WIN-C”软件编写“FX2N-1HC”的初始化程序，让位置检测设备发出位移方波信号时PLC和记数模块能够迅速准确地记录并且利用相应的程序对其进行处理。

二是程序首先要使PLC得电瞬间M8002初始脉冲只在上电时接通。编写如下程序【TO K0 K4 K16 K1】，在第一个功能模块中的第四个寄存区内的第十六位里写入“1”。此条语句是让“FX2N-1HC”允许“PLC”写入数据。

三是编写程序【DTO K0 K20 D1000 K1】，把“PLC”内部寄存器D1000中一个32位的数据写入“FX2N-1HC”中的第二十个寄存器内。此条语句是让“PLC”内部的断电保持寄存器D1000中在上次断电保存的数据写回到“FX2N-1HC”中，这样每次设备通电后就可以在保留上次设备断电时的数据基础上继续工作。

四是编写程序【TO K0 K4 K1 K1】，将“FX2N-1HC”中第四个寄存器的第1位数据位置入“1”，它表示此记数模块可以开始进入记数状态。

五是编写程序【DMOV D1100 D100】，将“PLC”中第“D1100”中的数据传送到第“D100”内部寄存器中，主要是让“GOT-940”人机界面在得电时显示十进制的位置信息。“PLC”中各内部寄存器功能用途：D100=提供人机界面最终显示的轴运动位移数据，D500-D501=位置检测设备采集后的32位存储区，D600-D601=脉冲数转换为坐标数据存储区，D1000=断电脉冲存储区，D1100=断电十进制数据存储区，D1500=清零数据转存区。

现在已定义好所需的存储区，并且能把位移脉冲传送到所指定的区域，下一步就是把脉冲数据转换成所需要的位置数据，最终通过人机界面“GOT-940”呈现出来供使用。

四、第四步——对采集到的脉冲数据进行转换

程序和步骤如下。

让学生在编程软件中的调试监控状态下仔细观察，按照事先设定好的PLC内部寄存器地址的数据变化过程，试着编写PLC控制的梯形图，并将梯形图程序输入到计算机里。

一是在编程中使用“PLC”内部上电监控特殊继电器“M8000”当“PLC”得电之后始终运行的程序，编辑程序是读出“FX2N-1HC”第20个内部寄存器中的一组32位数据，并且传送到“PLC”内部寄存器“D500”中。这里需要特别注意的地方是此时“PLC”内部寄存器“D500”中的数据只是所采集到的方波个数，还不是所需要的坐标数据。

二是把采集到的方波数据转换为所需要的坐标数据，这里必须根据位置移动数据采集设备的特性来设计编写的。首先将内部寄存器“D500”中的脉冲数乘与一个基数“K4”，此基数主要取决于数据采集设备的性能。例如：使用的数据采集设备是每移动1毫米就能发出500个“A”方波脉冲和500个“B”脉冲，而人机界面“GOT940”上所显示所需要的精度为1/1000毫米的数据，此时就必须将“K4”基数改为“K2”再传给“D600”。

三是由于脉冲密度、检测数据精度和被检测设备的运行速度又和“FX2N-1HC”的记数频率有关，如果脉冲密度大于计数器的记数频率，那么将造成脉冲丢失的严重错误。这样就要求在设计时要重点考虑被检测设备的位移速度，例如：使用一根每移动1毫米能发出250个方波信号的光栅尺，并且“FX2N-1HC”设置为“A、B两相1边缘”的记数模式，此时“FX2N-1HC”记数频率为“50KMZ”，那就意味着被检测设备的位移速度在“FX2N-1HC”处于1边缘记数状态下，被检测設备的最大位移速度就不能大于每分钟12米，假如设备的最大位移速度大于每分钟12米，“FX2N-1HC”高速计数模块将会发生脉冲丢失，计数数值发生错误的故障；2边缘记数被检测设备的最大位移速度就不能超过每分钟6米。依次类推当按照4边缘记数，被检测设备的最大位移速度就不能超过每分钟3米。

四是此时将上述程序传入“PLC”中，光栅尺、记数模块、PLC就已经可一一记数了，但此时所有的数据均在“PLC”内部，还需要把它处理得能让我们直接看到这些有用的数据来为工作提供帮助。下面就介绍怎样把这些有用数据呈现出来。

五、第五步——在人机界面“GOT-940”中设置并显示坐标数

一是讲授人机界面“触摸屏GOT-940”的外部接线方法和程序传输方法以及安全注意事项，学生以小组为单位开始动手接线，经教师检查无误后，通电调试程序。在调试过程中让学生深刻理解在“GOT-940”人机界面中设置所需要的画面。这里就得从编程软件说起，首先让学生在人机界面编程软件“FX-PSC-DU-WIN-C”中建立主画面，编辑画面中“X、Y、Z”所视区域，即所需要的设备相对坐标显示数值区域，以其中“X”坐标为例，要在此区域显示，可以按照前面叙述过的方法处理好“PLC”的程序数据，并且将处理好的数据储存在“PLC”内部指定的寄存器“D100”中，需要做的只是将其读出显示出来。之后用鼠标双击X数据区域，这时将会出现一个设置窗口。在元件设定栏所指定字元件区内键入“PLC”预先处理好的指定存储区，并且在此窗口对话栏中设置好相关要求的数值。

二是最后将编辑好的程序传输给“GOT940”，连接好所有硬件，此时接通电源后人机界面（GOT940）中“X”坐标显示栏中的数据将会随位置检测设备的移动而精确显示出位移数据来。接下来利用编写更多的“PLC”和“人机界面”程序来完成。

六、第六步——学生将调试结果和实验体会等写入实训报告

教师在巡视指导过程中注意观察每名学生，鼓励所有学生参与学习活动，记录并打分。

一是制定一体化教学评价与考核标准。教学评价的目的是对课程教学过程、教学方法以及学生培养方案进行分析，做出决策。一体化教学模式的考核评价应将能力、素质、知识的考核评价融合于课题的完成过程之中。考核评价的内容包括职业素养、学习过程、理论素养三个部分。

二是巩固训练，总结提高。这一环节的目的是促进知识和技能的迁移，即通过相似项目或同一项目重复训练，对整个项目实施情况进行总结，使学生能梳理知识结构，切实掌握技能和方法，灵活运用新知识、新技能、新方法解决同类问题。在这一过程中要让学生自主选择薄弱环节进行巩固训练，在学生自我总结基础上由教师进行总结性评价。

参考文献：

[1]俞良英.PLC应用技术课程教学改革实践分析[J].时代教育，2016（7）.

[2]付焕锁.浅谈理实一體化教学在中职PLC中的应用[J].现代职业教育，2017（9）.

（作者单位：云南技师学院）