PLC编程技术在电工电子实验中的应用

孔宪林

（泰安技师学院 山东省泰安市 271000）

PLC是最常用的工业自动化生产控制器。其具有较高的可靠性、较强的抗干扰能力，而且编程简单、容易掌握，且和高校教学、工业生产要求相符，因此广受青睐。与此同时，电工学理论教学也会经常涉及PLC 控制器，更可以在电子电工实验中引导学生做到举一反三。

1 研发PLC电工电子实验教学装置原因分析

在学习电工电子课程时，电工电子实验是重要的学习方式之一。对于电工电子课不仅要学习理论知识，而且要进行相应的电工电子实验，理论是为学生学习打好基础，至于电工电子实验则是对学生的问题解决能力、知识迁移能力、实际操作能力进行有效培养。基于科学技术高速发展，带动了电工电子系统变革，智能传感设备、PLC、组态技术等均陆续运用在电工电子领域，也正是因为上述技术大范围应用在电工电子中，在一定程度上改变了电工电子的技术及知识结构。出于满足发展现代科学技术的实际需求，进一步提高电工电子操作能力，则有必要更新学校的电工电子实验教学装置。针对传统实验装置若想满足社会科学技术当前发展情况，应通过PLC 编程技术对教学装置方案加以设计。在研发PLC 电工电子实验教学装置时，一般会涉及 器件技术，其和电工技术原理、现代电器控制理论相吻合[1]。

2 简析教学装置主要特征

相比其他专业，电工电子实验教学内容存在一定区别，则是因为在学习电工电子实验内容时不仅具有一定的深度及广度，而且实验学习会涉及相应的步骤，主要包括认识、组装、设计和调试等。而电工电子课程所使用的实验教学装置特征，主要表现在以下几方面：

2.1 先进的技术

为顺应社会科学技术当前发展形势，PLC 电工电子教学实验装置会提高其自身的科学性，这样实验装置不仅技术相对先进，且具有较强的实用性，有利于电工电子实验教学效率的提高。

2.2 较强通用性，较广适用面

绝大多数电工电子实验教学装置都具备优良的通用条件，能应用在很多实验教学中，这也是电工电子教学实验装置较广适用面特点的体现。

2.3 出色的扩展性

具备较强扩展性的PLC 电工电子实验装置，在具体进行实验教学时可实现对电工电子课程知识的有效扩展[2]。

2.4 较高的安全性

对比以往电工电子实验设备，PLC 电工电子实验装置拥有比较高的开放性。通常情况下，电工电子实验装置若是开放性高其安全性会相对偏低，可PLC 电工电子实验装置却具备理想的安全性。

3 电工电子实验室西门子标志的应用分析

图1：加工示意图

图2：乒乓线路示意图

在工业自动化生产过程中，PLC 技术的应用相对常见，是一类控制器。在具体使用过程中具备良优良的抗干扰力与较强稳定性，同样学习PLC 编程技术也很容易，正是因为该编程技术自身的独有优势，所以广泛应用在高校教学和工业生产中，而且PLC 也逐步渗透到电工电子教学，课上学生可以依据实验情况了解相应的工艺形式。本文在对PLC 编程技术应用在电工电子实验的研究中，同样将西门子标志为案例，分析该编程技术的具体应用。针对西门子标志，其是由西门子公司开发的控制器，在具体编程中可以最多输入 数字，而且在数值中16 位是输入数字量，两个数字是模拟量、8 种位输入数字量[3]。相比原本PLC 技术西门子标志的体积会更小，而且能有效缩小电气控制空间范围。不仅标志编程十分便捷而且性价比更高，可以广泛应用在教学实验中。西门子标志加工零件示意图如图1所示。由图1 可知机械手在发出复位动作时，加工的工件会位于图中的位置上面，将相关按键按下后在加工中可以执行具体工序，并送入指定的剪床处。在加工工件操作结束后，将指定按键按下便可以进入下一道工序，然后将工件传输进钻机，结束工件加工的所有顺序。

4 简析PLC编程技术的具体应用

在具体使用PLC编程技术的过程中，其使用形式属于循环扫描，循环的整个工作过程是反复开展的，该技术的所需时间即为循环工作周期。PLC 编程技术每一周期内均会涉及3 个阶段，具体是程序执行、输入采样以及输入刷新[4]。开展程序时均是依据从上至下、自左向右的顺序。在进行每个编程前，均需要与标志内相关变量进行相应的输入与输出。

4.1 乒乓电路

在具体使用PLC 编程技术的过程中总共涉及两个按键，该技术工艺需要其中一按键被按下时，会启动电动机运行，若是改按另外一个按键则会停止电动的运行。两个按键具备基本相同的工艺要求，那么在标志程序当中会涉及M 工序，确保M 工序在按下按键后会构成边沿脉冲，从而为线圈提供所需电源，该电路示意图如图2所示。

4.2 自锁和互锁

在实际加工工件时，应该在输入端按下相应的按钮，通过按钮可以和相关设备彼此间形成有效连接，这样可以确保线圈和工件二者间维持稳定联通。那么在对工件进行具体加工时，两个按键不可以同时处在闭合状态，除此之外按键还应维持复位状态。

4.3 使用逻辑函数

在工件进行实际加工时，总共具备3 个开关且每个开关均可以有效控制电动机的运行状态[5]。通过PLC 编程技术进行实验编程时，应该针对程序采取反复性互锁，这样可以确保程序形成的完整与安全，而且和相关工艺需求相符。在使用原有编程方法的过程中，会涉及相对较长的编辑时间而且涉及较多的开关输入，很多设计人员极易在设计过程中存在编辑漏洞，从而难以落实工艺需求。另外，学生在程序的修改和调试方面存在较高的操作难度，但是在应用逻辑数值表后，可以有效简化传统编程确保落实工艺要求，依据相应的数学知识，从数学视角处理PLC 编程技术所存在的一系列问题，这样学生也会更容易理解程序，进而将相关理论知识灵活运用在解决工程问题的过程中。

4.4 实现顺序控制

当前，顺序控制实现是最为先进的一种方式，而且广泛应用在PLC 编程技术上。该设计思想能够将工艺划分成若干流程，在相关条件支撑下展开针对性操作。具体工艺流程如下：

（1）打开电动机使其可以正常运行，看到正转指示灯闪烁；

（2）传入信号半分钟后，使相关指示灯从闪烁转为常亮复位电动机，在熄灭指示后，可以关闭电动机上的指示灯。借助顺序控制编程的理念，可以把原本复杂的控制流程有序展开，从而保证每个流程均可以落实。一方面有利于学生更好地理解程序，另一方面还能更为详实地了解PLC 编程技术所包含的各种技巧。

5 简析实验实现过程

5.1 明确具体的实验实现内容

（1）依据基本的实验实现控制需求，明确基本的设计控制系统技术条件。

（2）合理选择电磁阀、电工电子传动方式、电动机等。

（3）明确使用的PLC 型号。

（4）PLC 的输入及输出分配表编写，而且还要对输出以及输入的端子连线图进行绘制。

（5）说明编写软件需要依据系统设计的具体要求，同时要采取针对性的编程语言设计编制程序。

（6）检查用户的应用习惯，在此基础上设计和用户需要相符合的界面，提高人机交换水平。

（7）最后调试系统，完成设计与使用说明书。

除此之外，还应依据变化的任务内容，适当调整设计内容。

5.2 实验实现步骤分析

（1）分析被控对象，而且要全面掌握控制的各方面要求。

（2）对I/0 设备加以明确。

（3）选择合适的PLC 类型。

（4）做好I/0 点分配。

（5）对PLC 编程进行设计。

（6）测试相关软件。

（7）对应用系统进行整体调试。

（8）出示系统报告。

现阶段，有很多种触摸屏、PLC 和变频，而且不同学校布置不同的电工电子实验装置。一般学校会选择西门子、施耐德、三菱等品牌。这是因为其技术规格较为成熟，而且售后服务相对完备拥有一定的使用保障。

在电工电子实验中使用PLC 编程技术，应采取循序渐进的设计流程，具体可把设计流程划分成五个部分，而针对控制对象，属于设计电工电子实验最核心的一个内容，在该工艺流程当中关键内容是全面了解对象的具体情况，而了解的是对象以下三个方面，分别是运行环境、控制功能以及实现性能，上述三方面的真实设计水平会直接影响到能否有效落实后期设计工作。在具体使用过程中的控制系统所具备的基本需求，是在电工电子实验中应用PLC 编程技术的关键所在，体现控制功能编写系统具备的各种功能，一般情况下主要的程序内容表现如下：

（1）故障的检测及诊断，显示程序。实际上在程序内部拥有融合相互独立存在的子程序，并且在实际运行中这些子程序也是相对独立存在的，不会涉及和其他程序进行连接。在常规情况下，当设计完子程序和程序后，只需要把子程序填入到程序内即可。

（2）初始化程序。在应用PLC 编程技术后，会涉及初始化编写，这项操作的主要目的是为之后的编程工作打下技术基础，尽可能减少在编程过程中错误的出现率。在程序初始化进程中重点包含以下三方面：数据区内数据修复、数据区清零和复位继电器。

6 设计PLC仿真系统及其实验

6.1 设计实验应用

对于PLC 仿真系统实验而言，其主要包含基本和综合实验，其中的基本实验涵盖定时指定、计数器指令、基本逻辑指令。教师应明确基本实验重点是，对学生能否熟练掌握PLC 基本指令进行考察。出于让学生可以基本了解PLC 编程，在综合实验中会包括控制无塔供水、控制电机正反转、控制十字路口交通指示灯等，重点对学生掌握指令的实际情况进行考察，而且希望学生可以在一定程度上了解项目的开发。

6.2 虚拟仿真实验效果

（1）将现代科学技术和虚拟仿真实验相结合，让和实验相关的人际交互技术、可视化多媒体设计等更好地融入实验中，这样有利于充分调动学生的学习积极性与主动性。

（2）屏幕上可以直接观察到仿真实验当中PLC 的具体控制结构，由此为调试与编程提供巨大便利，而且也有利于学生对设计电工电子控制系统方法进行学习。

（3）和电工电子有关实验设备只需要使用微机和可编程控制器，学生能依据个人需要提出要求对控制算法适当改变。而且不设计改变相对繁琐的硬接线，仅是对有关控制程序进行编制，不仅不会出现实验模型构造失误的问题，而且不需要担心损坏设备，虚拟的被控对象通过计算机显示可对控制结果的正确性进行检测。

（4）该实验有助于选择价值更高的项目，可以强化学生实际应用能力，同时可以引导独立设计电工自动化控制系统。

总而言之，现今不断提高的工业化水平，在很大程度上扩大了工业领域中的一体化设备应用规模。无论是PLC 设备还是PLC 编程技术，由于其自身出色的真功和高度智能化的控制效果，一方面广泛运用于工业领域，另一方面也为课程教学提供便利。PLC 编程技术大力促进我国电工电子技术的有效发展，而将PLC 编程技术应用电工电子实验中，有利于推动其朝着专业化高层次方向前进。

7 结束语

对于电工电子实验，是高校一门重要的实践课程，有关其教学方法、内容还有模式均属于未来研究的重点课题。在电工电子实验中有效应用PLC 编程技术，一方面可以对学生实践能力有效培养，另一方面则能提高学生的表达、创新能力，更能培养学生的合作精神。另外，教师也可以在具体实验过程中提高自身业务水平及应用能力。设想未来发展趋势，PLC 编程技术会进一步实现和传统工业技术之间的渗透，计算机技术也会不断融合PLC 设备，该趋势也应得到我们的足够重视。