PLC技术与教学分析

【摘要】：plc技术与继电器控制系统、单片机控制系统、计算机控制系统、传统的集散型控制系统相比都具有独到之处，研究plc技术的意义重大，在学生的技术学习和毕业设计的选择具有不可小视的作用。

【关键字】PLC控制系统控制系统类型 教学方法

中图分类号： C40 文献标识码： A

PLC(可编程逻辑控制器)是一种“控制机器动作顺序”的“程控型”控制器。它代替传统的继电器控制，是一种数字运算操作的电子系统，主要为工业环境下应用而设计，能在恶劣的环境下可靠工作，程序控制易于编制、有通用性和专用性、体积小、经济适用。自1969年发明后，大到自动生产线，小到仓库自动开关门，应用广泛。PLC继承了继电器-接触器控制的良好性能，将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合为一体，而且“用途可随时改变”――用户只要“修改PLC的设置参数”或者“更换PLC的控制程序”就可以改变PLC的用途，是实现“工厂自动化、机电一体化、机床数控化”的支柱技术。工厂自动化的三大技术支柱――PLC、Robot(机器人)、CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)，PLC是首当其冲。

1.PLC与各类控制系统的比较

1.1PLC与继电器控制系统的比较

传统的继电器控制系统采用硬接线方式安装而成，只能进行开关量的控制，一旦改变生产工艺过程，继电器控制系统必须重新配线，因而适应性很差，安装、维修也不方便。PLC应用了微电子技术和计算机技术，各种控制功能是通过软件来实现的，改变程序，就可适应生产工艺改变的要求，适应性强。

1.2PLC与单片机控制系统比较

单片机控制系统适用于简单的自动化项目。硬件上受CPU、内存容量及IO接口等限制；软件上受限于编程语言。单片机主要用汇编语言开发，语言复杂易出错，开发周期长，PLC用专用的指令系统编程，简便易学，现场就可以开发调试。PLC的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件，节省了用户时间和总投资。一般说来单片机或单片机系统的应用只是为某个特定的产品服务的，与PLC相比，单片机控制系统的通用性、兼容性和扩展性都不足。

1.3PLC与计算机控制系统的比较

PLC是专为工业控制所设计的。而微型计算机是为科学计算、数据处理等而设计的，尽管两者在技术上都采用了计算机技术，但由于使用对象和环境的不同，PLC在面向工业控制、抗干扰能力、适应工程现场的温度、湿度环境、编程及修改方便、监控功能上有优势。人们在应用PLC时，不用必进行计算机方面的专门培训，就能进行编程操作。

1.4PLC与传统的集散型控制系统的比较

传统的集散控制系统DCS(Distributed Control System）是由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统，侧重于模拟量处理，回路调节等。PLC在功能、速度、智能模块以及联网通信上，都有很大的提高，与小型计算机联成网络，构成了以PLC为重要部件的分布式控制系统。随着网络通信功能的增强，PLC与PLC及计算机的互联，可以形成大规模的控制系统。

2.PLC控制系统的类型

2.1PLC构成的单机系统

单机系统的被控对象是单一生产机器或生产流水线，其控制器是由单台PLC构成，一般不需要与其它PLC或计算机进行通信。如果还要考虑将来是否联网的需要，应当选用具有通信功能的PLC。

2.2PLC构成的集中控制系统

这种系统的被控对象通常是数台机器或数条流水线构成，控制单元由单台PLC构成，每个被控对象与PLC指定的I/O相连。由于采用一台PLC控制，被控对象间数据、状态不需要另外的通信线路。但是一旦PLC出现故障，整个系统将停止工作，通常采用冗余技术克服上述缺点。

2.3PLC构成的分布式控制系统

被控对象比较多就采用分布式控制系统，区域大，距离远，数据和信息交换频繁。这种系统的控制器采用具有通信功能的PLC构成．系统的上位机可以采用PLC，也可以采用工控机，进行复杂运算，显示各种实时图形和保存大量历史数据，显示汉字和打印汉字报表等。

3.PLC的发展趋势

3.1高性能、高速度、大容量发展

PLC的响应速度和存储容量能提高PLC的处理能力，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右，有的PLC可达几十兆字节。为了扩大存储容量，可以使用磁泡存储器或硬盘。

3.2向小型化和大型化发展

小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，配置更加灵活，简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点。大型化是向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器。

3.3向智能化发展，加强联网与通信能力

高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块等许多功能模块增强了智能性，为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也协商制订了通用的通信标准，以构成更大的网络系统。

3.4增强外部故障的检测与处理能力

由于PLC控制系统的故障中输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%，CPU占5%，I/O接口占15%。80%的故障属于PLC的外部故障，20%属于PLC的内部故障，厂家多致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，以进一步提高系统的可靠性。

3.5编程语言多样化

在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言等。

4 教学方法分析

机电一体化专业的毕业论文，历年来PLC技术类的题目占的比例很大，PLC的控制能力特别强，几乎所有的控制要求都可以通过PLC编程实现，在今后的工业及其他领域是不可忽略的主导技术，所以PLC技术这门课程是机电一体化专业的核心专业课程，对这门重要的课程进行教学，结合现代高等职业学院学生的实际状况，主要采用项目驱动法教学。

重点抓住课堂环节，对于基础的要素周全且重点突出，应用多媒体教室，展示优质的PPT课件详细授与学生，理论联系实践地操作，让学生在PLC实验室能正确的使用相关设备，以模拟仿真和实线连接操作，进行相应的能力培养。若要以完成一个项目并设计相应的程序，首先让学生对任务进行分析，自主连接硬件电路，做好I/O口及相关寄存器的分配，按钮和外部负载的互锁及连锁的问题要充分注意！对任务进行按相应关系步骤的分解，画出顺序流程图，在step-micro/win 编程软件的环境下对任务进行梯形图的程序设计，然后进行模拟仿真运行，观察结果是否符合任务的要求，如果出现异常，请根据提示检查相关错误，直到正常运行为止，在此过程中要注意相关技术器件的应用，如光电类、电感类传感器的应用连接，电机拖动技术方面的继电器使用等在控制中的涉及。

还有讲授法，传授项目任务相关的知识点，对学生实施过程中出现的不足进行知识点的说明分析。小组讨论法，学生六七人为一组，讨论分析，协商解决，分工协作完成项目任务。都能很好地达到教学效果。

【参考文献】

1.《可编程控制器原理及应用》，李建新，机械工业出版社，2012年9月

2.《PLC原理及应用技术》，曾令琴，人民邮电出版社，2013年3月

3.《可编程控制器技术应用》，冯宁，吴灏 ，人民邮电出版社2009年5月

黑龙江省教育厅高等教育教学改革立项课题论文，课题项目编号JG2012020818