可编程控制器分层次教学法的探索

时间：2024-05-22

沙琳，黄琦兰，秦伟刚，马欣

（天津工业大学电气工程与自动化学院，天津 300160）

可编程控制器作为一种通用的工业控制器，它可用于所有的工业领域。当前国内外已广泛的将可编程控制器应用于机械，汽车，冶金，石化，轻工，纺织，交通，造纸，军工，家电等各个领域，并且取得了相当可观的技术经济效益［1］。可编程控制器具有抗干扰能力强，可靠性极高及编程简单使用方便的特点，特别适合企业的使用。社会对熟练掌握可编程控制器使用和编程的人才需求量十分大，学生对可编程控制器的学习也充满极大的兴趣和热情。

如何培养出适合社会需求的合格人才，是我们高校教育工作者的首要任务。天津工业大学电气工程与自动化学院与欧姆龙公司、中国电工学会合作开办了以培养掌握可编程控制器技术的人才为目的的单机自动化技能培训。在培训的过程中，不断探索教育教学方法，以提高学生的动手实践能力和自主学习能力。培训的目标不止让学生掌握可编程控制器的使用和编程方法，更重要的是让学生真正理解其工作原理以便学生离开学校步入工作岗位时能够较快的适应和胜任工作的要求。

在教学工作中探索出了可编程控制器分层次的教学法，对于编程的训练分为三个阶段：一、逻辑训练阶段；二、指令训练阶段；三、应用训练阶段。每个阶段的训练中，将要求分为易、中、难在循序渐进的过程中使学生真正的掌握编程的方法和技巧，同时又解决了学生中存在的基础不同，接受能力不同的问题。

1 逻辑训练

可编程控制器在它诞生之初只能实现顺序逻辑控制的功能，所以最初被称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称 PLC）。但随着微电子技术的发展，20世纪70年代中期以来，由于大规模集成电路（LSI）和微处理器在PLC中的应用，使PLC的功能不断增强，它不仅能执行逻辑顺序控制，计时，计数等功能，还增加了算术运算，数据处理，通信等功能。可编程序控制器（Programmable Controller，简称PC）成为更适合的名字但由于其简称PC与个人电脑（Personal Computer）的简称相同为了避免混淆，故仍沿用PLC作为其简称［2］。顺序逻辑控制仍是PLC最基本最广泛的应用领域，用来取代继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。PLC根据操作按钮，限位开关及其他现场给出的指令信号和传感器信号，控制机械运动部件进行相应的操作。目前很多可编程控制教材或课程教授中往往忽略了这一最基本应用最广泛的内容，过多的追求新功能的使用。我认为逻辑训练的部分对于PLC的初学者来说是非常重要的内容，是精通PLC编程的第一步，是基石，是桥梁。

逻辑训练的内容可以由易到难，可以先从“与”、“或”、“非”开始，通过编写程序，然后观察输入端变化后输出端的状态如何。这种训练对于有继电接触器控制基础的同学更好的理解PLC有很大的帮助。因为使用过继电接触器控制的同学往往习惯用硬件的触点和开关之间的逻辑关系来实现控制，而PLC则是根据操作按钮，限位开关及其他现场给出的指令信号和传感器信号，按照程序所设定的逻辑关系来控制机械运动部件进行相应的操作。在不需要改变输入输出端硬件连接的情况下，通过修改程序就可以实现不同的逻辑关系。另外，数字电路中的四人抢答器、表决器等典型的逻辑关系都可以应用到PLC的逻辑训练中。

2 指令训练

在完成逻辑训练之后进行常用指令训练。指令训练重点在于熟悉指令，运行简单程序，了解指令的特点、功能及其使用方法，为编写综合应用程序打下基础。可编程控制器拥有非常丰富的指令集。在实际工程中常用的除了逻辑指令外，还有几类常用指令，它们是时序输出指令、时序控制指令、定时器和计数器、数据传送指令、数据移位指令、数据比较指令和算术运算指令。熟练掌握上述的各类指令，就可以用PLC完成大多数的控制控制要求。

3 应用训练

在完成前两个阶段的训练之后，学生已经可以熟练的使用编程软件及各条常用指令了。应用训练阶段的实验项目一部分选取生活中能够看得到的例子，如交通灯控制和电梯控制等；一部分选取工业生产中的典型控制过程，如电动机正反转控制、水塔水位控制、自控成型机和多种液体混合控制等内容作为实验项目。

在应用训练中，只给出简单的控制要求，引导学生自行分析控制要求，确定输入输出点的数目及分配，然后设计程序，进行调试以满足控制要求。学生在此阶段的训练中，能够加强对可编程控制器工作原理的理解，进一步掌握编程技巧，还能为以后步入工作岗位，投入实际工作打下坚实的基础。

在实验内容的设计上充分考虑到学生的差异性，针对同一题目给出不同难度的控制要求，由易到难不断深化，使学生入手容易。简单的控制要求实现会给学生带来成功的喜悦，激励他们的学习兴趣，复杂的控制要求可以满足接受能力强，有强烈学习意愿学生的要求。如交通灯控制实验，易的控制要求是东西绿灯亮4s灭；黄灯亮2s灭；红灯亮6s；绿灯亮循环，对应东西绿黄灯亮时南北红灯亮6s，接着绿灯亮4s灭；黄灯亮2s灭，红灯亮循环。中等难度的控制要求是东西绿灯亮4s后闪2s灭；黄灯亮2s灭；红灯亮8s；绿灯亮循环，对应东西绿黄灯亮时南北红灯亮8s，接着绿灯亮4s后闪2s灭；黄灯亮2s后，红灯又亮循环。难的控制要求是在中等难度的控制要求的基础上，增加强车急行控制，如东西方向有救护车或消防车急需通过时，按下对应方向的急行按钮，不管此时东西方向交通灯处于何种颜色的灯都强制置为绿灯，同时对应将南北方向置红灯，待特殊车辆通过之后按下复位按钮恢复正常的循环。拓展难度的控制要求是在原有控制要求的基础上增加夜间模式到晚上11点，东西和南北方向都是黄灯闪烁，到凌晨5点之后恢复正常模式。这样将控制要求分成不同难度，充分满足不同能力学生的要求，使每个学生都能有成功的喜悦，也能使学生不断有追求，保持学习兴趣和学习的兴趣。