彭 輝 解曉軍/重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于PLC教學(xué)平臺(tái)的思考

彭 輝 解曉軍/重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

隨著社會(huì)發(fā)展和自動(dòng)化生產(chǎn)水平的不斷提高，現(xiàn)代化生產(chǎn)向著簡單靈活的控制方向發(fā)展，PLC應(yīng)運(yùn)而生，而且在各方面都得到了廣泛的應(yīng)用，比如交通燈等，行業(yè)對這方面人才的需求也越來越大，作為人才培養(yǎng)基地的學(xué)校，應(yīng)加大實(shí)訓(xùn)設(shè)備的引進(jìn)，及更新教學(xué)方式，使學(xué)生能更快更好的掌握技能，提高動(dòng)手能力。

PLC；教學(xué)平臺(tái)

一、PLC發(fā)展現(xiàn)狀

目前，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC已由最初一位機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的16位和32位以上微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PC，而且實(shí)現(xiàn)了多處理器的多通道處理。如今，PLC技術(shù)已非常成熟，不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。

現(xiàn)在，世界上有200多家PLC生產(chǎn)廠家，400多品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色。其中，美國是PLC生產(chǎn)大國，有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。歐洲PLC產(chǎn)品主要制造商有德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司、法國的TE公司。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士等，韓國的三星（SAMSUNG）、LG等，這些生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品占有80％以上的PLC市場份額。

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，國內(nèi)PLC應(yīng)用市場仍然以國外產(chǎn)品為主。國內(nèi)公司在開展PLC業(yè)務(wù)時(shí)有較大的競爭優(yōu)勢，如：需求優(yōu)勢、產(chǎn)品定制優(yōu)勢、成本優(yōu)勢、服務(wù)優(yōu)勢、響應(yīng)速度優(yōu)勢。

二、PLC發(fā)展趨勢

隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn)，功能日益強(qiáng)大，性價(jià)比越來越高。

（一）在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極發(fā)展。一方面，大力發(fā)展速度更快、性價(jià)比更高的小型和超小型PLC。以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技術(shù)完善的大型PLC方向發(fā)展。隨著復(fù)雜系統(tǒng)控制的要求越來越高和微處理器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對PLC的信息處理速度要求也越來越高，要求用戶存儲(chǔ)器容量也越來越大。

（二）向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

PLC網(wǎng)絡(luò)控制是當(dāng)前控制系統(tǒng)和PLC技術(shù)發(fā)展的潮流。PLC與PLC之間的聯(lián)網(wǎng)通信、PLC與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應(yīng)用。目前，PLC制造商都在發(fā)展自己專用的通信模塊和通信軟件以加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)能力。各PLC制造商之間也在協(xié)商指定通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC已成為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的組成部分。

（三）向模塊化、智能化發(fā)展

為滿足工業(yè)自動(dòng)化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來，PLC廠家先后開發(fā)了不少新器件和模塊，如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測PLC外部故障的專用智能模塊等，這些模塊的開發(fā)和應(yīng)用不僅增強(qiáng)了功能，擴(kuò)展了PLC的應(yīng)用范圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。

（四）編程語言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化

多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢。PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時(shí)，日益向MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議)靠攏，使PLC的基本部件，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語言和編程工具等方面的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

三、PLC實(shí)際應(yīng)用情況

PLC是以自動(dòng)控制技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)、和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，PLC得到了迅速的發(fā)展，也在社會(huì)各領(lǐng)域的生產(chǎn)訓(xùn)得到了越來越多的應(yīng)用。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)使用情況大致可歸納為如下幾類。

（一）開關(guān)量的邏輯控制，這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

（二）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

（三）運(yùn)動(dòng)控制，PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。（四）過程控制，過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。

（四）數(shù)據(jù)處理，現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

（五）通信及聯(lián)網(wǎng)，PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

四、PLC教學(xué)平臺(tái)

PLC教學(xué)平臺(tái)現(xiàn)在應(yīng)用比較多是PLC實(shí)驗(yàn)箱和PLC控制器的模型，對于實(shí)驗(yàn)箱而言，一般配備了PLC主機(jī)和一些模擬控制裝置，比如交通燈控制、攪拌器PLC控制、步進(jìn)電機(jī)的PLC控制、加工中心刀具庫選擇等，學(xué)生可以通過電腦編程，將程序傳入PLC主機(jī)，完成相應(yīng)輸入輸出接線操作，就可完成實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，同學(xué)通過編程軟件也可以對程序執(zhí)行過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并反饋，實(shí)驗(yàn)箱的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格相對便宜，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目便于開展，缺點(diǎn)就是實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目過于局限，由于PLC主機(jī)和箱體的一體化設(shè)計(jì)，所有實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目只能在實(shí)驗(yàn)箱上完成，而實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)模擬的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是很有限的，且不直觀。PLC控制器模型，主要是針對現(xiàn)場某一個(gè)功能實(shí)際模擬的一個(gè)小型設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的一些主要功能，比如直線控制模型、電梯控制模型、二維模型、高架庫等，這些設(shè)備因?yàn)橐M量接近現(xiàn)場，所以模擬程度較高，材質(zhì)也比較好，并且集成了PLC控制主機(jī)在里面，方便接線和程序的執(zhí)行,實(shí)訓(xùn)過程很直觀，效果較好，因此單套設(shè)備價(jià)格都比較偏高，對于學(xué)校而言采購量不大，不適合人數(shù)較多的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以針對少數(shù)同學(xué)完成某個(gè)單一實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。以上兩種方式共同的缺點(diǎn)就是PLC主機(jī)實(shí)際利用率很低，只能控制很有限的設(shè)備，性價(jià)比不高。而且每個(gè)實(shí)驗(yàn)箱或設(shè)備都得配備電腦或者編程器進(jìn)行編程，也會(huì)造成很大的資源浪費(fèi)。

另外現(xiàn)在現(xiàn)場用得多的PLC主機(jī)品牌包括三菱、西門子等，而學(xué)校實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的組建一般只考慮一個(gè)品牌，批量采購的方式，一方面為了節(jié)約成本，另一方面也是為了組建統(tǒng)一的教學(xué)平臺(tái)方便教學(xué)，在實(shí)際應(yīng)用中，兩個(gè)品牌的市場占有率相當(dāng)，可以說是平分秋色，同學(xué)在學(xué)校進(jìn)行單一的學(xué)習(xí)，也會(huì)影響到以后就業(yè)的適應(yīng)性。

五、對PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)的思考

針對以上情況，現(xiàn)提出一些自己淺薄的意見和思考，針對實(shí)訓(xùn)設(shè)備項(xiàng)目過少和實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的情況，可以考慮采用大型的PLC模擬仿真軟件方式，仿真軟件包括三菱、西門子等多平臺(tái)，只需要在機(jī)房電腦里安裝軟件就可以實(shí)現(xiàn)程序的編寫和模擬的仿真，并且可以模擬很多實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，用不同的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來完成。對于PLC實(shí)訓(xùn)可以適當(dāng)配備一些各大品牌PLC主機(jī)的模型裝置，同學(xué)可以進(jìn)行現(xiàn)場編程，了解現(xiàn)場接線安裝和執(zhí)行情況。另外，如果PLC能支持U盤程序讀取，就能夠充分節(jié)約實(shí)訓(xùn)資源。