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PLC应用人才的关键是自主学习

可编程控制器（PLC）具有结构灵巧，硬件配置灵活方便、可靠性高、抗能力强，易学易用的特点，已作为普遍的自动化控制器件广泛应用于各行各业。《PLC原理及应用》课程已成为工科院校一门覆盖面较广的专业课，作为学校如何出高素质应用型PLC人才，这成为社会、学校、与家长关注的焦点。根据多年的教学实践，就影响PLC人才的各个因素的与协同，我提出以下几点建议以供参考：

PLC基础知识(PLC入门必看)PLC的发展历程在工业生产中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序，并按照逻辑关系进行连锁保护的控制，及大量离散量的数据采集。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。 　　3CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经**的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程中的语法错误等。 　　2PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。4I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。5电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。6底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 　　7PLC的其它设备7.1编程设备：编程器是PLC应用、监测运行、检查不可缺少的器件，用于编程、对作一些设定、监控PLC及PLC所控制的的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。也就是我们的机。 　　7.2人机界面：简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态）充当人机界面非常普及。8PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和数据。 　　

结构化文本（ST）在PLC编程中的应用结构化文本（ST）是一种的文本语言，可以用来描述功能，功能块和程序的行为，还可以在顺序功能流程图中描述步、和转变的行为。 　　结构化文本语言表面上与PASCAL语言很相似，但它是一个专门为工业控制应用的编程语言，具有很强的编程能力用于对变量赋值、回调功能和功能块、创建表达式、编写条件语句和迭代程序等。结构化文本非常适合应用在有复杂的算术计算的应用中。 　　结构化文本程序格式，可以在关键词与标识符之间任何地方制表符、换行字符和注释。对于熟悉计算机语言的人员来说，结构化语言更是易学易用。此外，结构化文本语言还易读易理解，特别是用有实际意义的标识符、批注来注释时，更是这样。 　　LD取开点，LDI取闭点，out连线圈，end程序完1)PLC实验接线图、及控制要求2)画“梯形图”程序3)(译为)“指令表”程序

PLC的基本工作原理可编程控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。 　　它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。 　　而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业，如便于安装，抗等问题。1.1实现控制要点输入输出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。 　　输入输出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。PLC程序既有生产厂家的程序(不可更改)，又有用户自行的应用（用户）程序。程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及与信息转换进行必要的公共处理。 　　用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。可靠物理实现主要靠输人（INPUT）及输出（OUTPUT）电路。PLC的I/O电路，都是专门设计的。输入电路要对输入进行滤波，以去掉高频。 　　而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、器等等。I/O电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。 　　PLC有多I/O用点，一般也就有多少个I/O用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。输入电路时刻着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。 　　输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应的这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行程序实现。 　　把输人暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称之为输入继电器，或称软接点。这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。由于它的状态是由输入刷新的，所以，它反映的就是输入状态。 　　输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈。靠运行程序，输出继电器的状态映输出锁存器。这个映射也称输出刷新。 　　输出刷新主要也是靠运行程序实现的。这样，用户所要编的程序只是，内存中输入映射区到输出映射区的变换，特别是怎么按输入的时序变换成输出的时序。这是一个数据及逻辑处理问题。由于PLC有强大的指令，编写出这个要求的程序是完全可能的，而且也是较为容易的。 　　1.2实现控制简单地说，PLC实现控制的一般是：图1.1PLC典型开机流程输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新--再输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新……**停止地循环反复地进行着。图1.1所示的流程图反映的就是上述。 　　它也反映了信息的时间关系。有了上述，用PLC实现控制显然是可能的。因为：有了输入刷新，可把输入电路监控的输入信息存入PLC的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的输出。 　　又由于这个是**停止地循环反复地进行着，所以，输出总是反映输入的变化的。只是响应的时间上，略有滞后。当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制不那么及时，也就失去控制的意义。为此，PLC的工作速度要快。 　　速度快、执行指令时间短，是PLC实现控制的基础。事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断中。图1.1所示的是简化的，实际的PLC工作还要复杂些。 　　除了I/O刷新及运行用户程序，还要做些公共处理工作。公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。监控循环时间的目的是避免"死循环"，避免程序不能反复不断地重复执行。办法是用""（Watchingdog）。 　　只要循环**时，它可，或作相应处理.外设服务是让PLC可接受编程器对它的操作，或通过接口向输出设备如打印机输出数据.通讯处理是实现PLC与PLC，或PLC与计算机，或PLC与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。 　　这也是增强PLC控制能力的需要。也就是说，实际的PLC工作总是：公共处理--I/O刷新--运行用户程序--再公共处理--……反复不停地重复着。1.3可编程控制器实现控制的用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描。 　　是用计算机进行实时控制的一种。此外，计算机用于控制还有中断。在中断下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。 　　哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。哪个不需处理，将不被理睬。显然，中断与扫描是不同的。在中断下，计算机能充分利用，紧急的任务也能及时处理。但是，如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢。 　　**级高的还好办，低的呢。可能会出现照顾不到之处。所以，中断不大适合于工作现场的日常使用。但是，PLC在用扫描为主的情况下，也不排斥中断。即，大量控制都用扫描，个别急需的处理，允许中断这个扫描运行的程序，转而去处理它。 　　有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现--信息处理、I/O电路--空间、时间关系--扫描并辅以中断，作为一种思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎样去实现控制的，也就好把握住PLC基本原理的要点了。 　　这样，可做到所有的控制都能照顾到，个别应急的也能进行处理。PLC的实际工作比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。

    一、教学与实习设备投入。在PLC课程的实践教学中，应把机械、电工、电子、液压、气动和计算机等知识与PLC技术进行**地联系，扩大实习实训课时的比重，逐步加大学校相关设备的投入，建立较为完备的PLC技术实训室，从而为“PLC项目”的实训教学创造良好条件。教学实践证明，只有通过PLC项目方面的实训，让学生亲自编程、实际接线和调试，并对运行中所遇到的问题进行分析和改进，才能真正学生创新思维和综合职业能力，真正实现学生后在PLC技术应用领域“**上岗”的终教学目标。

    二、理论、实验与实训教学。任何课程教学活动的首要任务都是激发学生的学习，同样在PLC教学中激发学生的并不难，重要的是让学生不断地，不断地到成功的喜悦，这样才能始终保持其浓厚的。

     1、理论课的首要任务是让学生明确PLC是什么？PLC能做什么？怎么做？可以通过一个简单、形象实例（如：电机的长动控制）的完整讲解、操作与演示，先让学生了解PLC控制包括主电路与控制电路，PLC的外部硬件连线与内部编程两个基本的环节仅仅充当控制电路部分，让学生整体了解PLC控制的构成与工作，再以此为基础进行外部硬件连线与内部编程两个基本环节的深入讲解，这样便于学生对比继电器控制对本课程的整体把握，明确课程的中心任务，有了目标也就有了学习的动力。

使用继电器电路或PLC的梯形图实现开关量的逻辑运算使用继电器电路或PLC的梯形图可以实现开关量的逻辑运算。 　　图1—4的上面是PLC的梯形图，梯形图中某些编程元件(如输出继电器和辅助继电器)的线圈“通电”时，其常开触点闭合，常闭触点断开，称该编程元件为1状态。当它们的线圈“断电"时，其常开触点断开，常闭触点闭合，称该编程元件为0状态。 　　图1—4中的A，B为输入逻辑变量，M为输出逻辑变量，它们之间的“与”、“或”、“非”逻辑运算关系如表1．1所示。用继电器电路或梯形图可以实现基本逻辑运算，触点的串联可实现“与”运算，触点的并联可实现“或”运算，用常闭触点控制线圈可实现“非”运算(见图1-4)。 　　多个触点的串、并联电路可以实现复杂的逻辑运算，例如图l-3中的继电器电路实现的逻辑运算可用逻辑代数表达式表示为KM=(I+KM)·2·FR式中的加号表示逻辑或，乘号表示逻辑与，上画线表示“非”运算。 　　PLC有两种基本的工作，即运行(RUN)与停止(STOP)。在运行，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作。 　　除了执行用户程序外，在每次循环中，PLC还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（见图1-5）。PLC的这种周而复始的循环工作称为扫描工作。由于计算机执行指令的速度较高，从外部输入-输出关系来看，处理似乎是同时完成的。 　　在内部处理阶段，PLC检查CPU．模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些其它内部工作。在通信服务阶段，PLC与其它的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。 　　当PLC处于停止(STOP)时，只执行以上的操作。PLC处于运行(RUN)时，还要完成另外三个阶段的操作。在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入和输出的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。 　　PLC梯形图中的其他编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段，PLC把所有外部输入电路的接通，断开状态读入输入映像寄存器。外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为l状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。 　　外部输入触点电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。某一编程元件对应的映像寄存器为l状态时，称该编程元件为ON，映像寄存器为0状态时，称该编程元件为OFF。 　　在程序执行阶段，即使外部输入的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。 　　在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0／1状态读来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器(输入映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。 　　在没有跳转指令时，CPU从条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在输出处理阶段，CP／7将输出映像寄存器的0／1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为1状态。 　　经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出继电器的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为0状态，在输出处理阶段之后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。 　　

西门子S7-200网络的通讯设置和元件选择S7-200的端口是不隔离的，如果想使网络隔离，应考虑使用RS-485中继器或者EM277。 　　程序如图所示。注意：●具有不同电位的互联设备有可能不希望的电流流过连接电缆。●这种不希望的电流可能通讯失败或者设备损坏。●要确保用通讯电缆连接的所有设备有相同的参考电位，或者彼此隔离，来避免产生这种不希望的电流。 　　为网络确定通讯距离、通讯速率和电缆类型网段长度取决于两个因素：隔离（用RS-485中继器）和波特率。但连接具有不同电位的设备是需要隔离。当接之间的距离很远时，有可能具有不同的地电位。即使距离较近，大型机械的负载电流也能地电位的不同。 　　表1网络电缆长度波特率非隔离CPU口1有中继器的CPU口或者EM2779.6K到187.5K50m1000m500k不支持400m1M到1.5M不支持200m3M到12M不支持100m1如果不是用隔离端和中继器，允许距离为50m。 　　测量该距离时，从网段的个节点开始。到网段一个节点。在网络中使用中继器RS-485中继器为网段提供偏压电阻和终端电阻。目的是为了：●网络的长度：在网络中使用一个中继器可以使网络的通讯距离扩展50m。 　　如果使用两个中继器而且中间没有其他节点，网络的通讯距离按照所使用的波特率扩展一个网段的长度。在一个串联网络中，多可以使用9个中继器。但网络的长度不能**过9600m.●为网络设备：在9600的波特率下。 　　50米距离之内，一个网段多可以连接32个设备，使用一个中继器允许在网络上32个设备。●在不同的网段之间电隔离：如果不同的网段具有不同的地电位，将他们隔离会网络的通讯。一个中继器在网络中被算作网段的一个节点，但没有被站地址。 　　表2网络电缆的通用指标技术指标描述电缆类型屏蔽双绞线回路阻抗≤115Ω/Km有效电容30pF/m标称阻抗大约135Ω-160Ω（=3MHz-20MHz）衰减0.9Db/100m(=200KHz)导线截面积0.3mm2-0.5mm2电缆直径8mm±0.5mm

起保停电路及点动控制电路在自动控制电路中，起动按钮2，停止按钮1和交流器KM组成了起动、保持、停止（简称起保停电路）典型控制电路。图1-24是一个常用的简单的控制电路。起动时，合上隔离开关QS。 　　引入三相电源，按下起动按钮2，器KM的线圈通电，器的主触头闭合，电动机接通电源直接起动运转。同时与2并联的常开辅助触头KM也闭合，使器线圈经两条路通电，这样，当2复位时，KM的线圈仍可通过KM触头继续通电，从而保持电动机的连续运行。 　　这种依靠按器自身常开辅助触头而使其线圈保持通电的功能称为自保或自锁，这一对起自锁作用的触头称作自锁触头。要使电动机停止运转，只要按下停止按钮1，将控制电路断开，器KM断电释放，KM的常开主触头将三相电源切断，电动机停止运转。 　　当按钮1松开而恢复闭合时，器线圈已不能再依靠自锁触头通电了，因为原来闭合的触头早已随着器的断电而断开了。起保停电路实现了电动机的连续运行控制。但有些生产机械要求按钮按下时，电动机运转，松开按钮时，电动机就停止，这就是点动控制。 　　如图1-25图a所示。图b、c是实现点动与连续运行的电路。

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