PID可编程序控制仪

PID可编程序控制仪（精选12篇）

PID可编程序控制仪 篇1

1 引言

PLC(Progarmmable Logic Controller) 称为可编程控制器。在市场经济的浪潮中, 客户要求产品的样式多样而且质量优越价格低廉。在20 世纪60 年代, 汽车的自动控制系统是有继电器硬件的电气控制装置组成的, 为了市场的刚性需求, 工业产品的式样不断的更新换代, 从而要求产品的生产线及附属的控制系统不断的修改甚至更换, 修改一天旧的生产线需要进行复杂的接线, 浪费材料又拖延施工周期, 增加了产品的成本[1]。

PLC是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业生产环境下的应用设计。它是采用可编程序的储存器,用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字式、模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或者生产过程。可编程控制器及其相关设备, 都应按易于使工业控制系统形成一个整体, 易于扩充其功能的原则设计。

2 PLC的工作原理及工作过程

2.1 PLC的组成

PLC型号的样式很多, 因为不同的PLC会有不同的作用, 但是实际上是一种计算机用来完成工业上的控制需要。所以大体上的内部结构无非是由5 个部分组成的:

(1) CPU:CPU进行逻辑运算及数学运算, 并起到综合处理控制系统的作用。

(2) 储存器: 存放逻辑编程的大部分程序以及自我诊断程序、逻辑运算的过程变量、中间变量、全局变量及其他的内容。

(3) 电源: 提供控制电源、UPS、本身自带的监控电源。

(4) IN/PUT元件: 输入元件是用来把模拟量或者开关量的信号进行过滤及信号转换; 输出的单元是对编程控制器的输出信号特殊的转换。驱动控制目标。输入的电路图由滤波电路、光电耦合与内部控制电路组成[4]。如图1 所示。

2.2 PLC的工作过程

可编程控制器在上电之后, 会进行一个内部自检的过程, 根据PLC上的状态指示灯可以看出来是逻辑上的错误即软件编程错误、逻辑编程错误、软件硬件不匹配错误。系统的归零, 初始化系统内部参数, 工作错误的清除, 栈、指针的归零等; 选择用户或者编程者需要的模式, 是RUN、ONLINE、OFFLINE的状态, 但是对于系统工作对客户编程的并无大碍[2]。

扫描周期是指在系统不存在内部、外部报错的情况下,CPU采样逻辑编程程序的一个循环。但不是所有的逻辑程序块都是运行同一个扫描周期, 逻辑编程中存在多个特殊功能块的内部编程是单独执行的, 例如:OB100的循环执行则是上电执行一次,OB80 出现内部错误诊断执行一次等。

PLC扫描循环有三个阶段, 根据图2 可以看出,PLC执行的客户程序是根据FBD的从左向右从上到下的顺序逐句执行的。

如图2 所示:

3 闭环控制PID算法

3.1 PID算法

由于PLC的要求越来越复杂, 处理运算效率越来越高, 即可以采用顺序控制的算法, 也能完成闭环控制功能。PID的系统构成如图3 所示。

PID(Proportional-Integral-Derivative) 是闭环控制总要用到的控制调节算法, 在温度调节、压力调节、流速调节等调节过程缓慢, 或者是速度调节、位移调节等调价迅速的都可以很好的适用与PID调节, 调节的效果是很好。

PID的计算方法一般是由三部分构成的, 第一部分是比例调节部分(P), 第二部分是积分调节部分(I) 和微分调节(D), 可是有的时候在实际工程调节中一般只需要调节P值就可以控制住输出, 或者是调节P值、I值,或者是调节P值、I值、D值同时调节。I值调节的可以使实际曲线与理想曲线纵向距离差值减少, 使Y轴的值更加接近。D值调节则是使系统的动态响应速度加快或者放慢, 就是所谓的调节剧烈程度。

3.2 PID调节的过程

在一些工业生产的过程中, 我们需要设定一个固定的流速或者温度, 那么如何控制住我们预设的值?那就是运用PID算法的调节来完成的。为了达到一个静态稳定系统, 需要运用传感器传输采集输入段数据, 温度、压力、液位、流量等, 运用编写好的PID程序发送到执行机构的输出信号, 通过反馈给执行机构的效果, 就是控制住了输入信号保持一个动态稳定的过程。这个过程会可以通过设定调节P值、I值、D值来使此动态平衡更快更准确的达到。

在塑料制造过程中, 常用在注塑机上, 注塑机的料缸中需要加热到一定温度塑料才能融化, 塑料融化的热能一般来源于料缸中螺旋的摩擦及料缸外面的加热装置。人们把料缸外面加热装置的控制系统成为惰性动态系统( 惯性大的系统), 在惰性动态控制系统中, 使用P值、I值的控制一般就可以到达满意的控制效果。

像反馈迅速的动态的位移控制系统则成为积极动态系统, 需要P值、I值、D值同时调节才可能完成的。

3.3 PLC的闭环控制的应用

(1) 编程设计相对容易, 可以针对不同的系统调节P值、I值、D值, 根据现场或者工艺需要进行不同的搭配调节, 使得系统有比较高的应用场合和反映速度。

(2) 参数调整相对简单, 易到达预期的调节目的。

(3) 程序设计简单, 直接套用即可, 没有繁琐的逻辑及计算运算, 实际工程中易于实现。采样周期的确定。根据“Shanon”定律可知, 采样频率需要大于或者等于采样信号中所含的最高频率的二倍才能还原出原来的信号, 用表达式表示为:ws32wMAX, 其中ws为采样时间, 是采样周期的最高频率。"Shanon" 定律理论简单,但是在现实工程中采样信号的最高频率很难被准确的确定。在实际工程中可以是用实验法画出控制系统的开环单位阶跃响应曲线, 根据开环单位阶跃曲线可以算出系统的时间常数"T"。

PLC实现闭环控制的算法是以连续的闭环控制曲线规律为依托, 然后归纳出离散的PID控制算法, 最后按照离散的PID控制算法进行编程。

连续闭环控制的方程用数学方法表达所示[1]:

式中m(t): 闭环控制算法的输出反馈;

e(t):误差值;

KP:P值参数;

TI:I值参数;

TD:D值参数;

PLC是采用周期扫描的方式进行的并不是一个连续的过程, 所以在PLC是按照指定的周期来采样, 把输入值代入到公示里面。可以把上面的式子转化成:

PLC在执行客户程序的时候, 考虑到在一个周期中要设计不一样的程序操作, 出现每个扫描周期的时间有可能不一样, 而且有时候差异比较明显, 所以影响到采样周期实际的间隔也不相同。由于采样时间在周期扫描里的不同对闭环控制运算的结果的影响[1], 化简为:

式子中De(n): 误差值;

Bs: 系统偏移量;

在PLC里面进行闭环PID控制运算可以直接按照上面的式子进行编程实现控制, 也可以选择套用PID指令实现闭环控制。

4 PID在实际的应用

4.1 工艺流程图中的PID

我们以西门子S7-300 为例, 说明一个工程项目以压力为输入值, 对一个电磁阀进行PID调节, 控制反馈压力在一个动态稳定的状态。根据工艺流程图一般在图纸上都会表明带有PID调节的控制变量是什么, 这里也以压力为例说明。工艺控制环节如图4 所示:

PIC 26830A是在PID输入环节的输入变量, 我们要求这个压力值要稳定在0.5Mpa, 而控制气体流量的阀门PV26830A则是一个受控的可调节的电磁阀,PT26830A的数值是PID环节中的实时采样数据。

4.2 程序中的PID控制

以西门子300 的编程方式为例, 西门子的PID调节分为两种。一是通过程序构建闭环调节运算, 运用西门子的PID程序块来完成, 我们称为软PID。另一种则是运用PID模块的板块, 在西门子硬件组态界面去编辑,就是俗称的硬PID[3]。

我们要在OB100 里定义一个“CONT_C”的一个PID功能块[4], 如图5 所示。

图中的PID块有多个引脚, 这些引脚将决定PID的调节方式、调节速度、比例调节、积分调节、响应速度等、输出值、输入值等。参数的设定取决于现场的实际要求,不同的工艺流程和工艺要求伴随着各引脚的操作参数是不相同的。

特别注意的是, 西门子的软PID调节也是跟其他功能一样有自己特殊的背景数据块, 这特殊的背景数据化才是PID调节的核心内部设置, 也是软PID通过编程可以完成更广泛的闭环控制, 我们一个通过两个或者多个输入来控制同一个输出, 也可以通过同一个输入参数来控制多个输出点, 完成更为复杂的PID闭环调节机构。西门子以DB块为基础, 才能达到PID调节的功能[5]。

5 结束语

PID调节是工业上较普遍的调节方式, 在各个种类的PLC中都有自己的PID调节的方法, 但是万变不离其中,PID算法在工业生产中的数学意义一直没有太大变化, 我们通过闭环控制可调节的阀门或者电机, 来达到工艺要求的标准[6]。PLC结合PID算法应用在生产中很好的将顺序控制和一些复杂的闭环控制轻松的完成。因此, 学习各类PLC的编程方式将是目前工控编程人员进步掌握工业自动化的一个基础。

参考文献

[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

[2]张丽珂,李冰.S7系列PLC基础教程[M].北京:机械工业出版社,2010.

[3]Siemens AG.SIMATIC组态硬件和通讯连接STEP 7V5.3版本手册[Z].2004.

[4]Siemens AG.S7-300模块数据手册[Z].2005.

[5]S7-300和S7-400的梯形图(LAD)编程参考手册[Z].2004.

[6]阳宪惠.工业数据通信与控制网络[M].北京:清华大学出版社,2003.

PID可编程序控制仪 篇2

《机电控制与可编程序控制器技术》课程设计说明

课程设计是本专业集中实践环节的主要内容之一，是学习专业技术课所需的必要教学环节。通过课程设计的教学实践，使学生所学的基础理论和专业知识得到巩固，并使学生得到运用所学理论知识解决实际问题的初步训练；课程设计的设置应使学生接触和了解实际局部设计从收集资料、方案比较、计算、绘图的全过程，进一步提高学生的分析、综合能力以及工程设计中计算和绘图的基本能力，为今后毕业设计做必要的准备。

通过本课程的学习使学生掌握可编程控制器的工作原理及基本构成，掌握可编程控制器的应用范围与应用环境等。着重培养学生设计、安装、调试、运营、管理以可编程控制器为核心的自动控制系统的能力。要求学生能够运用可编程控制器改造继电控制系统，提高生产设备可靠性和生产效率的能力。同时培养学生运用以可编程控制器为核心的自动控制系统的技术标准、技术规范、技术手册等技术资料的能力。

PID可编程序控制仪 篇3

关键词：可编程序控制器；自诊断功能；CPU；I/O模板

中图分类号：TM571.61 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 02-0078-01

故障的宏观诊断是依赖生产操作的经验，参考发生故障的现场环境，有条件的应在彩色图形工作站的画面上做出提示范围，从而找到故障发生的地点和原因。可编程序控制器生产商家为此提供了不少用可编程序控制器本身诊断故障的功能，不同类型和商家的可编程序控制器，方式方法不同，差异很大。

一、对于可编程序控制器组成的控制系统发现或诊断其故障

大致有如下的步骤：

（一）是否由于使用不正确引发故障，这类故障根据使用情况，可初步判断出故障类型，发生故障的地点和原因。例如常见的使用不当引发的故障可能是供电电源错误，端子接线毛病，模板安装或连接、现场开关或人工干预的操作失误等。

（二）偶然性故障或系统长时间运行引起的故障，这种故障可能是在系统运行某种工艺，某一特定操作命令的时刻发生的。这时分析故障应是“顺藤摸瓜”。从可编程序控制器系统在执行的工艺流程有关的I/O模板，扩展链路、执行机构和电路负载，逐次检查和排除。当确认外部不会发生严重的破坏性的动作时，可以打开可编程序控制器的I/O地址映像表，审阅I/O映像结果，也可以人为在外部仿真制造输入信号，以发现是否输入错误，断开输出执行电源。在I/O映像表监督下，人工的数字量输出，检查执行机构的前端继电器，接触器或大型供电设备是否能够收到执行命令。外部设备故障都排除之后，过得去怀疑中央处理器或者软件性的错误。

（三）在可编程序控制器控制器本身发现故障，一般的可编程序控制器的中央处理器模板前端，都有运行状态指示灯，大约有RUN、STOP、BATT、FAULT、COMM等几个英文字母或者缩写字。当中央处理器指示灯在STOP或者FAULT，意味着整个系统失效了，可能令人束手无策；遇到这种情况、建议要断开可编程序控制系统，除去中央处理器之外的全部扩展，首先确认一下可编程序控制器的CPU模板是否能够正常而单独运行，只要可编程序控制器的CPU模板没有受到破坏，可以一点一点地再将断开的本地与远程I/O机箱，逐次地投入；如果在投放某个机箱时就会立即引起CPU“停机”，那时故障的大方向就找到了。

其实，CPU损坏可能性很小。在许多可编程序控制器商家的I/O模板前端，都配有发光二极管的指示灯，当I/O模板本通道能够正常工作时，该指示灯会点亮，这是一个十分有效而又直观的检查和发现故障的手段。该指示灯不能点亮，或不能够按照要求，或不能按照实际情况而点亮，那时再顺端口引出线逐点去寻找故障。如果可编程序控制器系统配置有画面监视功能，许多画面的显示也是依据这个原则来提供故障参考的，例如，画面可以配成不同的颜色来表示该图形对应的设备有故障，有什么故障或故障的严重程度；有的画面可以调出故障报告列表，通过这些画面，值班人员就能及时而准确地去处理故障。

（四）可编程序控制器结合软件、硬件来处理故障。建议在软件编制过程中，将每个设备、阀门、闸板、大型和关键部位状态的检查信号，做成周期信息刷新形式，并且在刷新其信息基础上形成本处运行正常的中间信号，这些中间信号可供可编程序控制器做进一步的逻辑判断与控制使用。在中央控制室操作台上配置故障报警信号的声、光输出，和“故障确认”信号输入等三个小装置，当可编程序控制器软件检测全部中间信号，发现故障，就向声、光报警设备发出信号，当操作人员按下“故障确认”，就暂停声、光报警，如果没有完全而彻底消除故障，可编程序控制器重新开始运行用户软件时，就再一次发出声、光报警。这样，就可以防止任何错误的操作。

当任何故障都找不到，但是可编程序控制器系统又无法运行，此时会怀疑到设计或者设计的某一部分有错误，这要认真研究与考虑软件和硬件的修改与重新调试。

二、可编程序控制器的自诊断功能的应用

一个可编程序控制器控制系统虽然运行发生故障，但只要中央处理器CPU能够运行，就可以借助其自诊断功能来判断故障。其实，可编程序控制器的自诊断功能有许多支持诊断与调试，与软件编程配合使用的工具。一个可编程控制器系统，大致提供下述内容的自诊断功能：

（一）系统状态字和控制字。一般的可编程序控制器在使用编程软件或在用户软件中可以读取和在屏幕上显示出可编程序控制器控制系统的状态字或控制字。

（二）利用可编程序控制器的中断或推栈。这是可编程序控制运行中的两个数据存储区，它们要系统自诊断软件作用下，自动形成和调用显示。经验丰富的软件编制者，可以利用堆栈中某些数据，编写软件处理故障程序，例如打印与记录障碍。

（三）利用可编程序控制器的编程器诊断故障。可编程序控制器的编程器与编程软件提供了一部分调试与诊断功能，它们有各种程序比较、程序自身校检、内存比较、系统参数修改、运行状态测试、输入状态测试和显示、输出状态的强制与仿真等，使用这些功能，可以在用户软件测试调试和试运行时发现错误和某些故障。

三、利用可编程序控制器系统功能进行诊断测试

要用可编程序控制器的CPU运行才能进入下一步诊断，当一个系统故障，原因呈现一片疑团时，要首先证明CPU是否是好的，就不能让CPU的电保护的RAM保留任何用户软件，为此可以采取措施，例如，首先将CPU立板中锂电池盖打开，断开电池与CPU板连接，在CPU与电池正、负极连接处使用短接线短接放电，相当于CPU中原来的用户程序消失，然后再接好锂电池。这时再通过编程器，将一个仅有一个语句的用户软件下载到CPU，这个程序仅有一个“END：”语句，就是说用户软件表明该CPU无任何硬件配置，没有任何用户软件扫描，仅仅用来证明CPU自身监控扫描是否正常，这些处理完成之后，断开所有的外部I/O控制与扫描、通信等，对CPU进行冷启动，如果冷启动仍然失败，只能说明包括CPU在内的主机机箱系统的硬件需要检查了，这种方法实际上就是说，将可编程序控制器控制系统从生产的最原始点开始，一步一步探索。当这种冷启动功能正常时，说明主机系统没有故障，这时可以通过编程器，重新下载用户软件，再将设计的硬件和软件一点一点地或分片与分区地投入，去寻找故障的原因；这种做法显得十分原始，但对于初始接触可编程序控制器又一下子编制了大量用户软件的工作者，是一种好的措施；这种做法可以排除编程时人们头脑中“想当然”而编制出来的用户软件或布置的硬件错误，而且也会给设计者一个深刻的教训。

参考文献：

[1]徐建丰.可编程序控制器（PLC）在铣床电气控制及故障诊断中的应用[J].电子元器件，2007，2.

[2]林剑.浅谈PLC可编程序控制器使用注意事项及故障诊断[J].煤矿现代化，2009，05.

PID可编程序控制仪 篇4

闪光焊接是对焊的主要形式,对焊广泛应用于铁路轨道的焊接、建筑材料的连接、船舶锚链等型材与棒材的焊接,其中船舶锚链的焊接截面积最大、焊接质量要求最高。船舶锚链是船舶在大海中遇到风浪时稳定船舶的重要装置,是船舶的生命线。此外,海洋石油钻井平台对链条的要求也极高。实现锚链大面积闪光焊接,必须依靠专门的闪光焊接设备,典型的以瑞典ESAB公司的自动过程焊接设备为代表,焊接的截面积可达到20000mm2;还有就是以原苏联为代表的160k V·A非自动过程焊接设备,焊接的截面积比较小,一般只能达到600mm2,而且质量不稳定。

闪光焊接过程主要由闪光(加热)和随后的顶锻(压力下交互结晶)、保持、休止等阶段组成,与电阻对焊相似,闪光、顶锻两个连续阶段组成连续闪光对焊接头形成过程,而保持、休止等程序是对焊过程中必须的,闪光焊是利用焊件内部电阻和接触电阻所产生的电阻热对焊件进行加热来实现焊接的。焊接开始时,在接通电源后,两焊接件逐步移近,在焊接件间形成很多具有很大电阻的小接触点,并很快熔化形成一系列液体金属过梁,形成了电路环路;由于温度升高,金属过梁将爆破,形成的电路环路断开,如此可以测量出焊接件接触与断开的电流,如此频繁重复。实现频繁重复运动的元件是液压系统的电液伺服阀。

1.1 闪光过程

闪光对焊包括连续闪光对焊和预热闪光对焊两种方式,对截面积的焊接材料,为保证焊接质量,必须采用预热闪光对焊。

闪光焊接的实质就是通过电源并使两焊接件端面轻微接触,对口间将形成许多具有很大电阻的小触点,在很大电流密度的加热下,瞬间熔化而形成连续对口两端面的液体过梁。文献资料认为,液体过梁存在的时间约1ms~5ms、爆破频率达到500Hz。闪光的形成也就是液体过梁不断形成和爆破过程,并在此过程中析出大量的热。图1是闪光焊接情形。

闪光的作用有以下几方面[1]。

(1)加热焊接,热源主要来自液体过梁的电阻热以及过梁爆破时部分金属液滴喷射在对口端面上带来的热量。

(2)烧掉焊接件端面的脏物和不平整面,因此降低了对焊前端面的准备要求。

(3)液体过梁爆破时产生的金属蒸汽及CO2、CO等气体,减少了空气对间隙的侵入,形成自保护。同时,金属蒸汽及抛射的金属液滴被强烈氧化而减小了气体介质中氧的分压,从而降低了对口间隙中气体介质的氧化能力。

(4)闪光后期在端面上形成的液滴金属层,为顶锻时排除氧化物和过热金属提供了有利条件。

为了获得优质的焊接接头,闪光阶段结束时,必须满足以下条件。

(1)对口处金属尽量不要被氧化,同时闪光过程中不能产生短路,否则,将可能使端面局部过热。因此,二次空载电压和闪光速度对该点影响最大。

(2)在对口及其附近区域获得合适的温度分布,沿对口端面加热均匀;沿零件长度获得合适的温度分布;端面上有一层较厚的液态金属层。

1.2 顶锻阶段

顶锻是闪光焊接后期,对焊接件施加顶锻力,使烧化端面紧密接触,实现焊口的优质结合。

顶锻开始时,动夹具突然加速使对口间隙迅速缩小,过梁端面增大而不再爆破,闪光骤然停止。对口及邻近区域开始承受越来越大的挤压力。

顶锻阶段包括有电顶锻和无电顶锻两个部分,有电顶锻是使端面金属不过早冷却,使对口加热区域保持一定深度,在大直径材料的闪光对焊中尤其重要。

顶锻的作用主要是对口和邻近区域获得适当的塑性变形,促进焊缝再结晶过程。

顶锻的作用如下[1]:

(1)封闭对口间隙,挤平因过梁爆破留下的火口;

(2)彻底排除端面上等液体金属层,使焊缝中不残留铸造组织;

(3)排除过热金属及氧化夹杂,造成洁净金属紧密贴合;

(4)使对口和邻近区域获得适当的塑性变形,促进焊缝再结晶过程。

1.3 预热阶段

预热阶段是指在焊机上通过预热而将焊接件端面温度提高到一个合适值(例如对于30Mn,温度为800℃~900℃)后,再进行闪光和顶锻过程。预热方式分为电阻预热和闪光预热,对于大规格的棒材采用闪光预热,也就是在接通电源后,多次反复将焊接件端面轻微接触、分开,每次轻微接触过程中,都要激发短暂的闪光。

预热的作用[1]:

(1)减少功率,可在较小容量的焊接设备上对大截面材料焊接;

(2)加热区域较宽,使顶锻时易于产生塑性变形,并能降低焊后的冷却速度;

(3)缩短闪光加热时间、减少闪光量,可节约金属材料。

由于预热作用明显,为实现预热闪光,过程控制复杂。图2是典型的预热闪光对焊过程示意图。

I.焊接电流S.活动电极位移Tp.预热时间Tf.连续闪光时间Tu.顶锻时间Th.保持时间Tr.活动电极后退时间

焊接中,焊接件由两个电极固定,其中一个电极是固定电极,另一个电极是活动电极,示意图中S表示活动电极反复将焊接件端面轻微接触、分开的运动过程。次运动过程要求具有控制的快速性,滞后小。

在液压系统中,通过顶锻油缸驱动活动电极的反复运动,实现顶锻油缸的运动控制。为满足快速性、稳定性和准确性的要求,需采用电液伺服阀。

闪光焊接控制系统如图1所示。闪光焊接设备的核心是电液控制系统,电液伺服阀是实现闪光焊接的关键部件。电液伺服阀既起电气信号与液压信号的转化作用,又起信号放大的作用[2],是系统中的核心元件。焊接伺服系统的电液伺服阀实际上是流量伺服阀,电液伺服阀的给定电流与流量之间存在函数关系,通过给定电液伺服阀不同的控制电流,实现流量控制,伺服阀按照焊接工艺过程,精确控制顶锻缸的液压流量,顶锻缸驱动顶锻装置和活动电极,实现焊接件端口按照工艺位置与速度运动。

1.4 焊接预热闪光运动过程

根据以上分析,焊接过程包括预热闪光阶段、连续闪光过程和顶锻阶段。图2中所示的预热闪光阶段,是闪光焊接控制的重要阶段,也是过程控制最复杂的阶段。预热闪光阶段就是在接通电源后,多次反复将焊接件端面轻微接触、分开,每次轻微接触过程中,都要激发短暂的闪光。如果将此过程中的一个循环进行分析,其实包含了四个过程,如图4所示。就是由电液伺服阀驱动顶锻油缸带动活动电极进行循环运动,此运动实现了反复将焊接件端面轻微接触、分开的功能。

“1”阶段:电极前进。电液伺服阀驱动顶锻油缸带动活动电极前进,也就是将焊接件端面轻微接触。随着前进运动,端面接触将逐步加大,端面的电流也越大,当实际采样的电流大于工艺设定的电流值时,将停止向前运动。

“2”阶段:电极静止。端面接触后达到工艺设定的电流值时,电极停止运动,焊口短路加热。达到设定的时间,将焊接件端面轻微分开。但在此阶段,如果实时测量电流>环背电流×K,则电极又开始前进。

“3”阶段:电极后退。电液伺服阀驱动顶锻油缸带动活动电极后退,此时由于电流大、温度高,形成了熔化状态,由于大电流形成了强磁场,此时过梁爆破形成的闪光金属液滴向外高速飞出。随着电极后退,焊接端口距离变大,焊接端口的电流逐步减小,当实际采样的电流小于工艺设定的电流值时,将停止后退运动。

“4”阶段:保持。此阶段是电极保持静止,使焊接端口温度均衡,达到工艺设定的时间,电液伺服阀驱动顶锻油缸带动活动电极再次前进,将焊接件端面轻微接触。如此往复循环。

在往复循环预热一段时间后,系统根据设定的工艺参数,判断满足连续闪光条件了,则进入到连续闪光阶段。此阶段是电液伺服阀驱动顶锻油缸带动活动电极,按照工艺设定的速度平稳前进,当前进运动完成了闪光长度时,进入有电顶锻和无电顶锻阶段。在顶锻阶段,应当使电液伺服阀有尽可能大的电流,驱动顶锻油缸带动活动电极迅速前进,压紧焊接端口并保持。

满足连续闪光的判断条件是:实时测量电流>环背电流×K,同时单次冷却时间内发生爆破,实时测量单次冷却时间<设定单次冷却时间。这是实现连续闪光焊接控制的关键条件。

2 闪光焊接控制参数

2.1 输入参数

(1)焊接电流。通过安装在大功率焊接变压器初级上的电流互感器,测量焊接过程的实时电流状态,将实时电流与设定的预热闪光阶段电流比较,确定预热闪光阶段的前进与后退控制。

(2)动电极运动位置。测量在预热闪光阶段的动电极实际运动距离。

(3)焊接件短路时间。实际测量预热闪光阶段的焊接件短路时间,据此判断是否满足进入连续闪光的条件。

(4)焊接过程电极压力。测量电极压力,作为监控之用。

(5)连续闪光速度。作为监控,保证连续闪光的长度、连续闪光时间之间的关系。

2.2 设定参数

根据闪光焊接过程控制的分析,自动闪光焊接设备控制复杂、精度要求高,电液伺服阀构成的液压系统灵敏性高。主要的过程控制参数有:

(1)焊接件端口预置电流;

(2)预热闪光阶段电液伺服阀驱动顶锻油缸带动活动电极前进速度;

(3)电液伺服阀驱动顶锻油缸带动活动电极前进中的端口电流;

(4)预热闪光阶段前进后电极静止的时间;

(5)预热闪光阶段电液伺服阀驱动顶锻油缸带动活动电极后退速度;

(6)电液伺服阀驱动顶锻油缸带动活动电极后退中的端口电流;

(7)预热闪光阶段后退后电极静止的时间;

(8)连续闪光长度;

(9)连续闪光速度(连续闪光时间);

(10)有电顶锻时间;

(11)无电顶锻时间;

(12)顶锻速度;

(13)总顶锻长度。

2.3 输出参数

电流输出给电液伺服阀的伺服控制电子系统,电流的大小控制伺服阀的运动,驱动焊接动电极根据焊接工艺要求执行运动过程。

2.3.1 控制系统过程

闪光焊接控制如图5所示。

2.3.2 控制系统构成[2,3,4,5]

整个控制系统包括焊接开始启动开关、焊接件的夹紧固定与放松、夹紧到位行程开关、大功率焊接变压器电源主开关的通/断(大电流晶闸管)等。

焊接过程速度快,精度高,焊接动电极的运动由电液伺服阀控制,动电极的运动位置通过测量传感元件测量,反馈给输入,位置测量传感元件是选用国外进口的150~250mm高精度直线电阻器。

焊接动电极电液速度伺服系统由电液伺服阀、液压马达、积分放大器、位移传感器等组成,为了提高焊接精度,克服电液伺服阀的滞后响应,向电液伺服阀的线圈中送入频率为100Hz的等幅振荡信号,保持电液伺服阀处于一种动态平衡中,提高电液伺服阀的相应速度。

根据上分析,采用三菱Q系列可编程序控制器构成控制系统。具体的构成是[7]:

Q00CPU 1块

QX40(16点输入、DC24V/4mA)2块

QY10(16点输出、继电器型、DC24V/AC240V、2A)1块

Q68AD(8通道模拟量输入、电流/电压)1块

Q62DA(2通道模拟量输入、电流/电压)1块

Q61P-A2(电源,AC200V输入专用)1块

Q35B(可扩展的主基板,电源+CPU+5个模块)1个

在调试时,判断焊接过程中,预热闪光阶段进入到连续闪光阶段的条件是关键,如果一直处于预热闪光阶段,无法自动进入到连续闪光状态,而闪光长度已经运动完成,就必须对焊接状态进行干预,使之进入到连续闪光状态,这可能影响焊接质量,对这样的状态必须要保持记录[8]。

经过运行调试,该系统能够满足大截面材料闪光焊接控制要求,性能稳定。

3 结束语

该控制系统原来是国外引进的设备,由电子系统构成,经过长期使用,可靠性不高。采用三菱可编程序控制器构成控制系统,经过运行调试,该系统能够满足大截面材料闪光焊接控制要求,性能稳定。

参考文献

[1]赵喜华.压力焊[M].北京:机械工业出版社,1994.

[2]韩建,朱锦洪,李兴霞,等.PLC控制步进电机在自动堆焊中的应用[J].电焊机,2006(08):66-68.

[3]黄伟.钢坯定长PLC测量控制系统[J].自动化仪表,1994(12):11-13.

[4]黄伟.三菱A2N系列PLC实现PID控制[J].机械与电子,1994(3):18-19.

[5]侯志勇,吴建远,卞金玉,等.PLC在环缝焊接装置中的应用[J].电焊机,2004(08):43-45.

[6]熊轶娜,蒋红卫,丁薇,等.PLC在C650卧式车床控制系统中的应用[J].机电工程,2009(4):107-109.

[7]三菱公司.Q系列可编程序控制器[Z].2006.

可编程序控制器在选煤厂的应用 篇5

赵立民

摘要 介绍了以可编程序控制器为核心的集控系统在选煤厂的应用，着重分析了该控制系统的硬件结构和软件设计思想，并对控制过程中出现的问题提出了改进意见。

关键词 可编程序控制器 集控系统 程序软件 引 言

黑岱沟露天矿选煤厂是年设计处理能力1200万t的大型选煤厂，主要由原煤破碎筛分、跳汰洗选和煤泥水等几个系统组成。该厂对这几个系统进行综合管理、协调生产的电气控制系统自动化程度较高，采用计算机和可编程序控制器（PLC）作为控制系统的核心，对全厂近400台设备实现了集中控制，统一管理。本文从设计角度介绍了该控制系统硬件和软件的构成特点以及实际使用情况。控制系统方案

2.1 硬件构成

选煤厂的生产工艺流程为：①毛煤仓中的原煤首先经过破碎筛分，筛下物直接进入产品煤仓，筛上物则进入跳汰系统；②跳汰机分选出矸石、中煤和块精煤，分别送入矸石仓和产品仓，同时精煤筛下物排入斗子捞坑，经离心机脱水后产出末精煤，也送入产品仓；③斗子捞坑的溢流自流进入浓缩池，池中下沉的煤泥水由底流泵打入压滤机处理，上部的澄清水则由循环泵注入跳汰机循环使用，形成洗水闭路循环系统。

控制系统的结构见图1。根据上述工艺流程特点，以生产设备为控制对象，集控系统设置了3个远程分站，对各分站内的设备分别进行控制。按照集中控制方式，可编程序控制系统由调度管理中心和过程控制单元两部分组成。

图1 计算机与PLC控制系统网络 2.1.1 调度管理中心

上位机采用IBM系列微机。作为管理级计算机，该机可实现对生产过程的实时监控，调度人员根据生产需要对运行设备进行调整时，通过计算机发出各种指令来完成；上位机也可对生产过程的主要数据进行统计、分析、处理，将结果在CRT上显示或打印输出。

上位机也是PLC的编程器，对可编程序控制器进行组态配置，离线编制系统的应用程序或在线修改梯形图逻辑程序，使PLC能够准确地控制设备。

大屏幕用于全面地显示生产系统的工艺流程和设备的运行状态。2.1.2 过程控制单元

下位机采用美国莫迪康公司984—785可编程序控制器，通过处理现场的反馈信号，对生产过程进行自动控制，并生成图文资料，供调度人员指挥生产。该PLC通过S908远程处理器与I/O模块构成高速远程I/O网络，最多可建立31个远程分站，可处理开关量点数达16384点，解算1K用户逻辑仅需1.5ms，而且可在恶劣的环境中可靠地运行。

各I/O功能块均选用莫迪康800系列模块，包括开关量模块（220VAC）和模拟量模块（4～20mA）。模块面板上均设有指示灯，显示模块的实际工作状态。所有模块都符合IEEE—472电冲击保护标准。

输入模块采集现场设备的状态信息并送入可编程序控制器，按照梯形图程序，984—785内部的CPU对输入数据进行逻辑运算，处理结果经输出模块输出，直接驱动交流接触器线圈或声光设备，实现了生产的自动化。2.2 软件构成

应用程序是用来完成生产工艺全部控制任务的，借助于莫迪康公司提供的强功能编程软件Modsoft和工程软件Modfix可开发出符合生产实际的自动控制程序。本系统软件设计的指导思想是：既要节省硬件投资，以软件代替硬件，又要提高软件的可靠性和运行速度。因此在编制程序时，将全厂设备按车间划分为多个子系统，便于顺序启停设备；而生产过程的监控则要面向整个选煤厂。根据这一原则，该软件包括以下三个主要部分： 2.2.1 集控启停设备程序

严格遵守逆煤流启动，顺煤流停止的闭锁关系。启动系统前，岗位人员首先在现场按钮箱上将“就地/禁止/集控”转换开关置于“集控”位，确认此台设备投入集控方式运行。在各种保护开关处于正常工作状态时，操作人员便可发出集中起车指令，于是PLC依次延时输出各台设备的启动指令，但发出的启动指令必须以上1台设备可靠启动为前提。2.2.2 生产过程监控程序

采取画面动态显示方式。在CRT上可以形象地观察到参与集控的每台设备的工作情况，主要有给料机、刮板机、皮带机的运转与否和溜槽翻板的位置，用黄色、蓝色、绿色分别表示设备处于就地、集控、运行三种状态。各储煤仓用棒形图表示，图形内部充填颜色，颜色不断变化的高度反映了仓中的实际料位。2.2.3 故障报警处理程序

每个子系统在集控启动过程中以及处于正常运行状态时，一旦有任意一台设备出现故障，该设备和上游设备必须全线停车，同时启动故障报警程序，使发生故障的设备在CRT画面上用不停闪动的红色醒目地显示，并将其设备号及故障发生时间打印输出。设备故障包括皮带跑偏、打滑、拉绳和溜槽堵塞以及岗位人员就地停止设备或重使转换开关处于非“集控”位等。应用效果

投入试生产以来，可编程序控制系统的性能日趋稳定，产品质量基本达到标准要求，但也暴露出一些实际问题：

首先，要实现计算机管理生产，软件维护人员不仅需要具备一定的计算机知识，能够修改和补充应用程序，以适应生产情况的变化，而且还应懂得继电控制理论。只有这样，才能真正发挥可编程序控制器的优势。因此，必须进一步加强高素质人员的培训。

其次，因溜槽翻板位置信号不稳定，常导致生产系统在集控方式下不能连续运行。由于翻板限位开关安装在电动推杆内部，在长时间经受煤流振动的情况下，触点虚接，造成信号丢失，而且微动开关损坏后更换困难。经过摸索，现采用电液推杆驱动翻板，并将限位开关固定在推杆外部，使其受振动小亦便于维护。改进后系统运行状况良好，性能稳定。结 语

可编程序控制器将计算机技术、通信技术和自动化技术融为一体，现已被广泛地应用于各种生产过程的自动控制中，文中介绍的集中控制系统，是一个较为成功的应用实例。

PID可编程序控制仪 篇6

【摘要】本文针对高职教育的特点和培养目标,充分运用柳州职业技术学院所在的地域优越性,利用地方企业及学院拥有的资源,从教学内容、教学组织、教学方法等方面,对可编程序控制器课程的进行了大胆的设计与创新。在整个设计过程中,不仅突出学生动手能力、创新能力与自主学习能力的培养,而且注重学生与企业零距离对接,全面提高了该课程的教学质量与教学效果。

【关键词】 可编程序控制器高职教育教学设计程序设计

一、 课程的定位

可编程序控制器课程是柳州职业技术学院电气自动化、供用电技术、电子信息工程、计算机控制技术、机电一体化技术等专业的主干课程。一般在二年级时候开课,前修课程主要有:模拟电子技术、数字电子技术、电工基础、电力电子变流技术、电工初级操作证考证、机床电气控制技术等专业课程,后续课程主要有:变频调速技术、总线控制技术、计算机控制技术以及一些相关专业的课程设计和毕业设计等。相当多的同学毕业设计内容是以可编程序控制器为核心。在学生就业方面,很大一部分学生从事可编程应用技术方面的岗位工作。

该门课程是柳州职业技术学院五个专业的主干课程,学生对这门课程掌握程度如何,将直接影响他们的就业情况。因此,该院对这门课程的建设相当重视。由此也可以看出加强该门课程的教育技术教学建设显得尤为重要。

可编程序控制器课程是广西区级精品课程,自从批准为广西区级精品课程以来,柳州职业技术学院做了以下工作:一是加强了主讲教师和实验实训指导教师队伍的建设,目前已经形成一支年龄、学历、职称、双师素质相对合理的师资队伍;二是加强了教学改革的力度,为了使这一门课程的教学更加贴近工业企业的现场,该院进行了大量的社会调研,对课程的前修课程、后续课程以及课程设计和毕业设计等作了充分调整,进一步明确课程的作用和地位;三是加大了设备的投入,建立了工业控制技术实训分室,里面有可编程序控制器45套、计算机48台,透明仿真教学电梯、电机调速实验装置、恒压供水系统各1台,完全能满足可编程序控制器课程的实践课程和理论课程的教学。

二、 课程的性质和任务

(一) 课程性质

就课程性质而言,可编程序控制器课程是自动化技术专业(如电气工程自动化技术、工业自动化技术、生产过程自动化技术、工业自动化仪表及应用专业)的一门专业核心课程。

(二) 课程任务

通过可编程序控制器课程的学习,能达到对PLC的常见控制系统进行安装、调试以及运行和维护。课程结束后,要求学生交出3个完整的PLC系统设计方案。

三、 教学对象的分析

教学对象为电气自动化、供用电技术、电子信息工程、计算机控制技术、机电一体化技术等专业的二年级学生,学生的主要特点有:第一,经具备一定的专业基础课理论知识,并且具有一定的电工操作能力;第二,于课程对学生后续课程的学习和就业的作用,学生学习的积极性很高;第三,从历届学生的学习效果来看,都能掌握本课程的基本理论和典型应用。部分学生从基本理论到实际动手能力能够达到较高的水平,能够参加到企业的项目改革工作中去。

四、 教学目标设计

(一) 课程特点

可编程序控制器课程是一门理论与实践紧密结合,实践性很强的学科主干课程,因此,在教学中必须有效地把课堂教学、实验教学、实训教学、课程设计、毕业设计等结合起来,采用集视、听、做一体的教学模式来提高教学效果,提高学生的工程实践能力。

(二) 本课程目标

能力目标:(1)PLC硬件安装与接线;(2)PLC程序设计与调试;(3)PLC综合应用能力

知识目标:(1)了解PLC品牌型号结构、性能指标;(2)PLC编程软件安装、使用;(3)掌握PLC的基本工作原理;(4)掌握常用指令、程序控制类指令的应用;(5)掌握PLC程序设计的基本方法;(6)掌握PLC运行调试方法;(7)掌握PLC控制系统技术文档的撰写方法。

职业素养目标:(1)用电安全意识;(2)产品质量意识;(3)节能环保意识(4)团队合作意识;(5)相互沟通意识;(6)自主学习意识。

(三) 本课程教学内容和要求

项目1是运料小车控制系统。其内容包括:控制系统软硬件安装和接线,PLC程序录入,PLC指令运用,运料小车控制系统程序设计,系统调试方法。要求为:PLC品牌型号识别;PLC系统规范安装;PLC系统接线;PLC编程软件安装与使用;PLC简单的程序输入;程序编写;仿真调试;联机调试。

项目2是自动仓储系统。其内容包括:硬件选择,控制系统软硬件安装和接线,PLC程序录入,PLC顺序功能指令运用,自动仓储控制系统程序设计,系统调试方法,仓储系统调试与运行维护。要求为:了解自动仓储系统总体功能设计目标及方案设计;掌握自动仓储系统硬件型号选择;掌握机械部件安装方法;掌握电动机安装与接线方法;掌握系统综合布线工艺;掌握PLC程序编写流程;掌握顺序控制编程方法;掌握PLC控制系统调试。

项目3是恒压供水控制系统。其内容包括:硬件选择,控制系统软硬件安装和接线,PLC程序设计,PLC指令的综合运用,模拟量的应用,变频器的使用,恒压供水控制系统程序设计,系统调试方法,系统运行与维护。要求为:熟悉恒压供水系统功能,懂得系统各种类硬件型号的选择,掌握水泵、压力计、变频器、PLC的硬件安装与操作,能够采用PLC来控制恒压供水系统,进行整体软硬件系统设计,编写完整的控制程序,并完成恒压供水控制系统的调试。

项目4是中央空调控制系统。其内容包括:硬件选择,系统软硬件安装,工程绘图,工程接线,PLC程序设计,PLC指令的综合运用,模拟量的应用,变频器的综合使用,中央空调控制系统程序设计,系统调试与运行维护。要求为:熟悉中央空调系统功能;懂得中央空调系统各种类硬件型号的选择;掌握水泵、压缩机、变频器、PLC的硬件安装与操作;能够采用PLC来控制中央空调系统,进行整体软硬件系统设计;编写完整的控制程序,并完成中央空调控制系统的调试。

项目5是工程实践。其内容包括:资料查找、网络结构设计、实际工程的安装接线、实际工程的编程、工程程序的调试与试运行、技术文档撰写。要求为:掌握PLC控制系统的功能分析方法;掌握PLC安装接线图的绘制能力;懂得PLC硬件选型;熟练掌握PLC I/O表编制方法;掌握PLC安装接线工艺; 掌握PLC控制系统程序设计方法;熟练掌握系统运行调试;具备技术文档撰写能力。

五、 教学过程策略设计与教法设计

可编程序控制器课程的教学过程以学生为主体,教师为助手,教师在适当的时候才进行讲解。借助文字教材、西门子系列PLC、课程网站、五个项目等媒体来实现教学目标。文字教材是在教和学中贯穿始终的重要依据,PLC及其相应的软件是学习的根本。课程网站中的教学课件是课堂授课的主要媒体之一,在课程网站上提供的不仅有理论方面的信息内容,还有实训方面的内容,讲究理论实践一体化,帮助学生在学完理论知识时,能运用相应的理论知识解决企业现场可能碰到的问题。同时,课程网站可以帮助学生预习和复习。假设学生在课堂中漏了什么内容,则可以到网站上下载该部分内容再学习。

(一)课堂总体授课设计

一是教学主要媒体与设备。课堂授课的主要教学媒体与设备包括电子教案、粉笔+黑板、STEP7-Micro/WIN32(我们目前主要以西门子S7-200机型授课)软件+PLC+计算机等。(1)电子教案:本课程授课的主要教学媒体,电子教案以文字、梯形图程序、指令表、外部接线图及主电路等生动形象的表达课程内容,突出重点内容和难点,以提高学生的学习兴趣和注意力,加深学生对知识的理解。(2)粉笔+黑板:把每一次课需要学生重点记忆的内容板书出来,让学生知道每一次课的重点是什么。当教师讲到这一部分时能引起学生的注意。同时也可以把一些学生或教师临时想到的相关实例写出来讲解。(3)STEP7-Micro/WIN32(我们目前主要以西门子S7-200机型授课)软件+PLC+计算机:主要是通过现场编程,把计算机上的程序送入到PLC上,能够直观的体现程序(或指令)的功能。

二是授课方式。在每一次课中,以上的教学媒体是不可缺的。在教学的过程中,对于每一个项目,我们是实行先把相关的指令讲解,然后让学生查找相关资料,进行项目设计。在整个过程中教师只是辅助作用,学生才是主体。

每一个项目教学完毕后,学生必须交出相应的学习成果。

(二) 课外辅导设计

1.自学。一般会有一部分学生的学习底子比较好,而对于教学大纲中要求掌握的内容如果他们已经掌握了,那么教师就应该激励他们扩展新的知识,往往是适当的引导他们做一些小设计,或者让他们参与企业的一些项目改造工作,在这一过程中他们就必须要学会自学一些知识。这些知识的获取有两种方式:一是在教师的课外指导下获取;二是从我们的网站上获取。

2. 组织学生讨论。一般是以宿舍为单位组成讨论小组,指定舍长负责组织,可以就某个内容讨论,也可以在网站上开展讨论,这时负责教师可以在线,也可以不在线。

3. 以信息技术为核心充分利用柳州职业技术学院提供的网络和其他教学资源,如信函、电话答疑、网络课堂、电子邮件等。

【参考文献】

[1]霍汉平.校企合作共建实验实习基地的的与探索[J].教育与职业,2005(29)

[2]陈宝红.浅议提升高职院校学生职业自我效能感的策略.当代教育科学,2009(7)

[3]孔凡菊.高职院校加强人文教育的措施[J] .当代教育科学,2009(7)

[4]郭奇斌等.构建具有鲜明高职特色的课程结构[J].中国高等教育,2006(11).

[5]何玉龙.高职院校职业技能课程设置优化的探索[J].教育发展研究,2007(2)

[6]徐国庆.课程涵义与课程思维[J].中国职业技术教育,2006(7)

[7]马树超,郭扬. 关于我国高职教育发展的战略及对策思考.职业技术教育人大复印资料,2008(6)

【基金项目】 广西教育厅新世纪广西高等教育教学改革工程项目“十一五”立项项目(2009c129)

【作者简介】 冯美英(1972-),女,广西柳州人,柳州职业技术学院副教授,研究方向:电气自动化;付伟(1963-),男,广西柳州人,柳州职业技术学院讲师,研究方向:电气自动化;史美娟(1980-),女,陕西咸阳人,柳州职业技术学院助教,硕士,研究方向:电力系统及其自动化。

浅析可编程序控制器的编程方法 篇7

关键词：可编程序控制器,存储程序控制,顺序功能图,梯形图

随着我国工业化的不断发展, 可编程序控制器在电气自动化领域的贡献日益突显。由于可编程序控制器具有简单易懂、操作方便、可靠性高、通用性强、体积小、使用寿命长等优点, 它在各行各业的电气控制领域的应用越来越广泛。近几年来, 伴随着电子类产品的价位下调, 可编程序控制器的价位也有所下降, 这就为其大规模应用奠定了基础。

1 接线程序控制与存储程序控制系统

传统的电气控制是通过不同的导线连接方式来连接继电器、接触器、电子元件, 从而实现控制任务的逻辑部分, 这属于接线程序控制系统。而现在的可编程序控制器是台专用的微型计算机, 它是通过存储的程序控制系统来实现电气控制要求的, 控制程序的变更不必改变硬件导线的连接就能轻易实现, 所以对于传统的硬逻辑控制来说, 可编程序控制器的出现颠覆了人们多年来程序设计的习惯。操作者往往原本早已熟悉传统的硬件接线方式, 形成了固定的编程思维模式, 在此基础上才学习存储程序控制系统 (即可编程序控制器的编程) , 编程思维模式很容易被传统模式所禁锢, 虽然这样可以学习到可编程序控制器的编程技巧, 但是实际的应用还是会出现一些问题。

2 存储程序控制系统的编程方法

笔者从事多年的可编程序控制器的研究工作, 认为要想熟练运用可编程序控制器就要从程序的设计方法上来入手, 经常提到存储程序控制系统的编程方法的有继电器电路转化设计法、经验设计法和顺序控制设计法等。笔者就这些方法进行简要的分析。

2.1 基于接线程序的编程方法

继电器电路转化设计法和经验设计法都属于这同一范畴, 它们都是在传统的硬逻辑继电器的基础上来编制适合可编程序控制器的梯形图程序。继电器电路设计法就是将继电接触器控制电路“移植”到可编程序控制器上[1], 由于可编程序控制器的扫描方式与继电接触器电路原理上不同, 所以在生搬硬套的基础上往往出现一些不可预期的情况, 会产生一次性输出竞争和触点竞争等问题, 所以不是可编程序控制器的最优的设计方法, 只能对一些老旧控制线路的改造等。而经验设计法更是没有一套固定的步骤可循, 具有很大的试探性和随意性, 在设计复杂的程序时, 用大量的中间单元来完成记忆、连锁和互锁功能, 由于考虑的因素比较多, 这些因素又往往交织在一起, 分析起来比较困难, 并且修改某一局部就可能对整个系统其它部分产生意想不到的结果, 往往事倍功半。此方法设计出来的程序其他工程人员不易读懂, 维修和改进也比较困难, 即使是自己编制的程序也可能时间过长而忘记。所以, 这两种编程方法并不是最优的编程方法。

2.2 顺序控制设计法

顺序控制设计法则是一种先进的设计方法, 很容易被初学者接受, 有经验的工程师使用顺序控制设计法, 也会提高程序的设计效率, 程序的调试、修改和阅读也是很方便[2]。因为在工业领域中, 大部分的生产工艺都是按预先规定好的顺序, 在各个输入信号的作用下, 根据内部状态和时间的顺序, 生产过程的各个执行机构自动有序地进行操作, 只要根据生产工艺画出顺序功能图, 然后根据顺序功能图画出梯形图就可以了, 非常的简单明了。顺序功能图转换成梯形图有三种方法, 下面就这三种方法做一比较说明。

(1) 利用“启—保—停”电路进行转换。这种方法还是传承了经验设计法的理念, 找到每一步骤的启动条件、停止条件和自锁触点, 然后驱动每一个步骤的辅助继电器M, 这一步的动作内容就和该步的辅助继电器M并联输出[3]。

为了说明特举一例子。运料小车从A地运到B地, 在B地卸货后小车再从B地返回到A地待命。图1为其单周期工作方式顺序功能图, 图2为利用“启—保—停”电路进行转换成的梯形图。

(2) 以转换为中心的编程方法。以转换为中心的编程方法就在原来“启—保—停”电路的基础上用可编程序控制器的置位指令SET和复位指令RST来实现的, 由于置位指令本身带有自保功能, 所以和“启—保—停”电路比较看不到自保的触点。图1若用此方法进行转换则为如图3。

(3) 用步进顺控指令来编程。对于根据工艺要求绘制出的顺序功能图还有第三种的转换方法, 此方法是可编程序控制器专门为顺序功能图设计了两条指令来进行转换。就是步进顺控指令STL和步进返回指令RET。此时只要驱动下一个步, 上一步的状态继电器自动结束, 比以转换为中心的编程省去了复位指令。图1若用此方法进行转换则为如图4。

3 三种转换方法的异同

此三种转换方法都是比较实用, 顺序功能图不管用那种方法转换都可以, 用“启-保-停”电路进行转换对于对传统继电接触器电路比较熟悉的工程人员来说可能上手更快一点, 以转换为中心的编程方法是在“启-保-停”电路的基础上运用了可编程序控制器的两条指令比“启-保-停”电路的转换更简洁一点, 但是需要注意的是输出动作时不能和“启-保-停”电路表示步的辅助继电器M并行输出, 一般是在梯形图的最后用代表步的辅助继电器的常开触点或它们的并联电路来驱动各步的动作。对于用步进顺控指令来转换来说是比较方便和最为简洁的, 从以上三个梯形图可看出此方法程序步数少, 占用扫描时间最短, 响应速度快, 是三种中最优的方法, 但是还需要再补充一些状态继电器的知识。所以, 此三种转换方法各有千秋, 工程人员不管用那一种都是可以的, 只要能熟练掌握就可。

以上对可编程序控制器的编程方法的论述都是以三菱FX2N可编程序控制器的基础上来说的, 编程思路同样也适用其它种类的可编程序控制器。

参考文献

[1]李稳贤, 田华.可编程序控制器应用技术 (三菱) .冶金工业出版社, 2008-6.

[2]瞿彩萍.PLC应用技术 (三菱) .中国劳动社会保障出版社, 2006-7.

PID可编程序控制仪 篇8

1 可编程序控制器特点

1.1 体积小、重量轻

超小型的PLC底部尺寸<100mm, 重量<150g, 其功耗仅为数瓦。由于其体积小, 很容易装入机械中, 便于机电一体化的实现。

1.2 实用性普遍

PLC可适用于各种规模的电气控制场合, 除了基本的逻辑处理功能之外, 当前大多PLC具有数据运算能力, 并可应用于数字控制领域中。近年来, PLC的功能日益完善, PLC的应用已经普遍到温度控制、位置控制及CNC等多个控制领域。

1.3 抗干扰能力强

由于PLC采用了现代化的大规模集成电路技术, 在内部电路、生产工艺等方面均采取先进的抗干扰处理技术, 具有较高的可靠性。另外, PLC还自备硬件故障自动检测功能, 一旦出现故障即可发出警报。在软件应用中, 应用者还可编入外围器件的自诊断故障程序, 让系统中出了PLC之外的电路与设备也能获得自我保护功能。

1.4 应用简单、普遍

PLC作为直接面向企业的工控设备, 具有接口容易、编程语言易于被工程技术人员接受并理解等特点, 尤其图形符号及梯形图语言、表达方式等与继电器电路图基本类似, 只需通过PLC的少量开关量逻辑控制指令就能熟练实现在电气控制中的应用。

1.5 维护与改造方便

PLC通过存储逻辑替代了接线逻辑, 减少了控制设备外在的接线, 极大减少了控制系统设计和建造的时间, 为后期维护提供了方便, 同时程序较易改变, 可极快应用于生产过程的改变。

1.6 开发周期短

PLC可以通过在计算机中绘制能够进行控制的梯形图, 并能在计算机中很方便的进行模拟仿真调试, 最终得出应有的PLC控制程序。在整个开发过程中, 模拟仿真简单、快捷。周期比较短。

2 可编程序控制的基本工作过程

PLC及相关外围设备的设计原则应满足“与工业控制系统为一个整体、方便功能扩展”, 所有的电气控制系统的实现都是根据工艺要求, 最终提高生产效率及产品质量。因此, 在设计PLC控制系统时, 应满足被控对象的基本要求, 并对实际工作现场进行研究、收集资料, 并实现设计人员与操作人员的密切配合, 共同拟定可操作方案, 对可能潜在的问题进行共同分析、共同解决。并在满足各方控制要求的前提下, 考虑控制系统的简单性与经济性, 方便后期的使用及维修, 并确保电气控制的安全性、稳定性。PLC在电气控制中的基本工作过程为:

(1) 现场信息的输入:在系统软件的控制下, 按照顺序对输入点进行扫描, 并读取输入点的状态。 (2) 程序的执行:对用户程序中的指令按顺序扫描, 并根据输入的状态及指令进行逻辑性运算。 (3) 控制信号的输出:根据以上逻辑运算的结果, 输出状态寄存器向各个输出点同时发出相应的信号, 以实现所需的逻辑控制功能。

以上过程完成后, 再重新开始, 并反复执行, 每执行一次即完成一个扫描周期。在实际应用时, 很多机械设备的工作流程可分为一系列不断重复的顺序动作, 而PLC的工作程序恰与其相似, 因此PLC程序能很好地与机器动作相对应, 且程序的编制简单、直观, 易于修改, 减少了开发软件的费用, 并缩短软件开发周期。

3 可编程序控制器在电气控制中的应用

3.1 开关量逻辑的控制

这是PLC控制技术中最基本、最广泛的应用领域。替代了传统的继电器电路, 并同时实现顺序控制及逻辑控制, 既适用于单台设备的控制, 也可以应用于自动化流水线中, 如生产线、组合机床、磨床、镗床和龙门刨床等。

3.2 控制模拟量

在实际工业生产过程中, 会出现很多连续变化的物理量, 如温度、速度、流量、液位、压力等模拟量。这些模拟量可通过数字量之间D/A转换和A/D转换得以实现, 确保编程器对模拟量实现处理。

3.3 集中式控制系统

集中式控制系统主要采用一台功能较强大的PLC监视系统、对多个设备进行控制, 已形成“中央集中式”的计算机控制体系。在该项系统中, 每个设备之间的连锁、联络关系以及运行顺序等都由中央PLC来统一完成。可见, 集中式控制系统比单机控制系统的成本低, 更经济实惠。但如果其中一个控制对象的程序需要做出改变, 就要停止中央PLC的控制, 同时其他控制对象也随之停止运行。

3.4 分散控制系统

在分散控制系统中, 每一个控制对象都需要设置一台PLC, 每台PLC之间能通过信号的传递而产生内部响应、发令或连锁等, 或者可由上位机通过数据通信总线完成通信任务。分散控制系统中采取多台机械生产线控制的方式, 每条生产线之间都有数据相连接, 由于每个控制对象都是由自身的PLC来控制, 所以如果某台PLC运行停止, 对其他PLC不会产生影响。随着技术的不断进步, 目前可由PLC承担底层的控制任务, 通过网络连接, 将PLC和过程控制二者结合。

3.5 运动控制

PLC能够对圆周运动或者直线运动进行控制。在控制机构的配置中, 过去进行的为直接应用于传感器及执行机构中, 而现在则可以采取专用的运动控制模块。例如, 多轴位置的控制模块、伺服电机其单轴、可驱动步进电机等, PLC可广泛应用于机器人、机械、电梯、机床等多种场合。

3.6 数据处理的应用

PLC在数据处理过程中, 具备数据传送、数据转换、数学运算、查表、排序及操作等功能, 并完成对数据的采集、分析与处理。这些数据可以与存储于存储器中的数据同时具备参考价值, 并完成控制操作。另外, 这些数据也可以通过通信功能的实现而传输到智能装置中, 或者打印成表。目前数据处理多应用于大型控制系统中, 如过程控制系统、柔性制造系统等。

PID可编程序控制仪 篇9

1 加强外围设备与环境的管理优化

就应用范围来讲, PLC多用在不同的生产领域中, 尤其是工业生产中。因此其所工作的外部环境一般较为恶劣, 影响PLC正常运行的因素相对较多。因此要想提高PLC的安全性与可靠性, 首先要从其外围设备的影响因素进行分析。

1.1 工作环境。

对于PLC来讲, 其工作环境最好不要设计在阳光可以直接照射的地方, 也不要将其安装在热源附近, 要保持PLC处于良好的通风散热环境中, 要保持其工作环境的外界温度不低于0°且不高于55°。另外, PLC的工作环境还要具有一定的绝缘性, 不能使其处于空气质量较差的环境中。若必须要在粉尘等空气环境中使用, 则必须要将PLC密封起来, 确保其不会与外界空气相接触。并且PLC一般不能安装在振动的设备或场所中, 因为其不能受到强烈的振动。若必须要在振动情况下使用PLC, 则必须要采取一定的防振措施。

1.2 电源与接线。

在不同的设备系统中所使用的PLC型号有所不同, 因此PLC所使用的电源也不尽相同。但是无论采用哪种电源, 都必须要以保证PLC的稳定正常供电为基本原则。所设计的直流电源所产生的最大电流要控制在设备能够承受的范围内。除了电源以外, PLC的安全可靠运行离不开安全可靠的接线。包括接地线、输入接线和输出接线。其中PLC的接地的非常重要和关键的, 一般多采用专用接地。而对输入线路和输出线路进行接线设计时, 一定要严格遵守接线要求, 所设计的接线长度不可过大, 若线路较长, 就应该利用中间继电器来进行转换, 以保证信号的稳定输入和输出。

1.3 冗余设计。

对可靠性要求较高的应用场合, 冗余设计和降级操作是必要的。冗余设计可采用热后备或冷后备方式。热后备方式操作时, 冗余的后备系统也同时运行, 两者输出的结果一致时, 表示系统是正常运行的;一旦结果不一致, 则发出警报信号, 同时, 根据自诊断的结果, 切换到正常的系统去。冷后备方式操作时, 冷后备系统不运行, 它在自诊断检测出运行系统故障后才切入后备系统。对PLC来说, 冗余系统的范围主要是CPU、存储单元、电源系统和通信系统, 只有在可靠性要求很高时, 才会包括输入输出单元的冗余等。

1.4 降级操作。

在对PLC进行设计时, 需要设计一些手动操作, 以更好的完善PLC的控制功能。尤其是在降级操作中, 加入一些手动操作的设计, 能够使降级操作更可靠, 从而更好的避免一些安全事故的发生。比如在紧急停车的降级操作设计中, 若不涉及相应的手动降级操作而将所有降级动作都依靠自动设备或自动开关, 则一旦这些自动设备或自动开关出现故障, 则降级操作就无法顺利进行, 设备系统就不会停止运行, 从而可能引起一些不必要的设备损坏, 甚至会对人员造成威胁。因此在设计PLC的降级操作时, 必须要充分考虑手动操作的问题。

1.5 PLC的I/O电路

1.5.1 由于PLC是通过输入电路接受开关量、模拟量等输入信号, 因此输入电路的元器件质量的好坏和连接方式直接影响着控制系统的可靠性。比如:按钮、行程开关等输入开关量的触点接触是否良好、接线是否牢固等。设备上的机械限位开关是比较容易产生故障的元件。在设计时, 应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。此外, 按钮的常开和常闭触点的选择也会影响到系统的可靠性。

1.5.2 在输入端有感性负荷时, 为了防止反冲感应电势损坏模块, 在负荷两端并接电容C和电阻R (交流输入信号) , 或并接续流二极管D (直流输入信号) 。。

1.5.3 在输出端有感性负载时, 通过试验得出:若是交流负载场合, 应在负载的两端并接CR浪涌吸收器。

2 从PLC的软件程序来考虑提高控制系统的可靠性

为了提高PLC控制系统工作的可靠性, 可以专门设置一个定时器, 作为监控程序部分, 对系统的运行状态进行检测。若程序运行能正常结束, 则该定时器就立即被清零;若程序运行发生故障, 如出现死循环等, 该定时器在设定的时间到就无法清零, 此时PLC发出报警信号。在设计应用程序时, 使用这种方法来实现对系统各部分运行状态的监控。如果用PLC来控制某一对象时, 编制程序时可定义一个定时器来对这一对象的运行状态进行监视:该定时器的设定时间即为这一对象工作所需的最大时间;当启动该对象运行时, 同时也启动该定时器。若该对象的运行程序在规定的时间结束工作, 发出一个工作完成信号, 使该定时器清零, 说明这一对象的运行程序正常;否则, 属运行不正常, 发出报警信号或停机信号。例如在一个PLC控制系统中, 假设定时器T1为检测元件, X001为控制对象动作信号, X002为动作完成信号, M2为报警或停机信号。假设被控对象的运行程序完成一次循环需要50s, 则定时器K值可取510 (T1为100ms定时器) 。当X001=1时, 被控对象运行开始, T1开始计时;如在规定的时间内被控对象的运行程序能正常结束, 则X002动作, M1复位, 定时器T1被清零, 等待下一次循环的开始;若在规定时间没有发出被控对象运行完成的动作信号, 则判断为故障, T1的触点闭合, 接通M2发出报警信号或停机信号。

结束语

总之, PLC在现代工业设备系统的自动化控制系统中应用越来越广泛, 并且在实践过程中不断得到改进和完善, 为可编程序控制系统为现代化工业的发展做出更多贡献提供了技术保障。由本文上述分析可以了解到, 要想提高可编程序控制系统的安全性与可靠性, 必须要从PLC的外部工作环境和软件程序两个方面来考虑, 加强PLC工作环境的质量管理, 做好程序编制工作, 保证PLC能够在运行中表现的更加可靠安全。

参考文献

[1]蔡晓霞, 俞立峰.提高PLC控制系统可靠性的措施[J].科技经济市场, 2006 (7) .

[2]郑毅, 冯进.提高PLC控制系统可靠性的措施[J].科技信息 (学术研究) , 2007 (6) .

可编程序控制器的可靠性设计 篇10

由于可编程序控制器是直接用于工业控制，生产厂都把它设计成能在恶劣的条件下可靠地工作。尽管如此，每种控制器都有自己的运行技术条件，用户在选用时，特别设计控制系统时，对可靠性要给予充分的考虑。

一、PLC的结构原理

PLC的基本结构和一般的计算机相同，它由电源、中央处理器 (CPU) 及存储、输入、输出、编程器及其它外部设备组成 (见图1) 。

CPU是PLC的核心，相当于人类的大脑。CPU控制着所有其它部分的操作，由运算器、存储器、控制电路等部分组成，这些电路一般都在一块集成电路的芯片上，通过数据、地址和控制总线与存贮、输入、输出单元等电路相联，以控制这些电路的工作。

二、环境技术条件设计

可编程序控制器及其外部电路都是由半导体集成电路 (简称IC) 、晶体管和电阻电容等元器件构成的，温度、湿度、振动、环境空气将直接影响这些元器件的可靠性和寿命。为此必须针对具体应用场合采取相应的改善环境措施。这里介绍几种常用、可行的有效措施。

1、高温对策

如果控制系统的周围环境温度超过极限温度 (55℃) ，必须采取下面的有效措施，迫使环境温度低于极限值。

(1)盘、柜内设置风扇或冷风机，通过滤波器把自然风引入盘、柜内。由于风扇的寿命不那么长，必须和滤波器一起定期检修。使用冷风机时注意不能结露。

(2)把控制系统置于有空调的控制室内，不能直接放在日光下。

(3)控制器的安装都考虑通风，控制器的上下都要留有50mm的距离，I/O模块配线时要使用导线槽，以免妨碍通风。

(4)安装时要把发热体，如电阻器或电磁接触器等远离控制器，或者把控制器安装在发热体的下面。

2、低温对策

(1)盘、柜内设置加热器，冬季时这种加热器特别有效，可使盘、柜内温度保持在0℃上，或在10℃左右。设置加热器时要选择适当的温度传感器，以便能在高温时自动切断加热器电源，低温时自动接通电源。

(2)停运时，不切断控制器和I/O模块电源，靠其本身的发热量使周围温度升高。

(3)温度有急骤变化的场合，不要打开盘、柜的门，以防冷空气进入。

3、湿度的对策

(1) 盘、柜设计成密封型, 并放入吸湿剂。

(2) 把外部干燥的空气引入盘、柜内。

(3)印刷板上再复盖一层保护层，如喷松香水等。

(4)在湿度低、干燥的场合进行检修时，人体应尽量不接触模块，以防感应电损坏器件。

4、防振和防冲击措施

在有振动和冲击时，应弄清振动源是什么，以便采取相应的防振措施。

(1) 如果振动源来自盘、柜之外，可对相应的盘、柜采用防振橡皮, 达到减振目的。同时亦可把盘柜设置在远离振源的地方，或者使盘柜与振源共振;

(2) 如果振动来自盘、柜内，则要把产生振动和冲击的设备从盘、柜内移走，或单独设置盘、柜。

(3) 强固控制器或I/O模块印刷板、连接器等可能产生松动的部件或器件，连接线要固定紧。

5、围环境空气的对策

如果周围环境空气不清洁，可采取下面相应措施。

(1) 盘、柜采用密封型结构;

(2)盘、柜内打入高压清洁空气，使外界不清洁空气不能进入盘柜内部;

(3)印刷板表面涂一层保护层，如松香水等。

所有上述措施都不能保证绝对有效，有时根据需要可采用综合防护措施。

三、控制系统的冗余设计

使用可编程序控制器构成控制系统时，虽说控制器的可靠性或安全性高，然而无论使用什么样的硬件，故障总是难免的，特别是控制器，对用户是一个黑盒子，一旦出现故障，用户一点办法也没有。因此，在控制系统设计时必须充分考虑可靠性和安全性。

为了保证控制系统的可靠性，除选用可靠性高的可编程序控制器，并使其在允许的环境下工作外，控制系统的冗余设计是提高控制系统可靠性的有效措施。

1、环境条件富余

改善环境条件设计，其目的在于使控制器工作在合适的环境中，且使环境条件有一定的富余量。如温度，虽然控制器能在55℃高温下工作，但为了保证可靠性，环境温度最好控制在30℃以下，即留有二分之一的富余量，其它环境条件也是如此，最好留有二分之一以上的富余量。

2、控制器的并列运行

用两台控制内容完全相同的控制器，输入/输出也分别连接到两台控制器，当某一台控制器故障时，可切换到另一台控制器继续运行。

具体实现方法，如图(2)是外部硬接线，所有输入输出都与两台控制器连接，当某一台控制器出现故障时，由主控制器或人为切换到另一台控制器，使其继续执行控制任务。

图 (3) 和(4)分是两台控制器的程序。当1号机的X0闭合时，1号机执行控制任务。如果l号机出现故障，切换到2号机，2号机X0闭合，由2号机执行控制任务。

控制器并列运行方案仅适用于小规模的控制系统，输入输出点数比较少，布线容易。对大规模的控制系统，由于I/O点数多，电缆配线变得复杂，同时控制系统成本相应增加 (几乎是成倍增加) ，这限制了它的应用。

3、双机双工热后备控制系统

双机双工热后备控制系统仅限于控制器的冗余，I/O通道仅能做到同轴电缆的冗余，不可能把所有I/O点都冗余，只有那些不惜成本的场合才考虑全部系统冗余。

4、与继电器控制盘并用

在老系统改造的场合，原有的继电器控制盘最好不要拆掉，应保留其原来的功能，以便盘比较复杂，电缆线和工时都比较费，还不如采用控制器可靠，这时我们推荐双机双工热后备控制系统方案。

结语

现代化工业对安全生产系统提出了更高的要求，既要解决生产过程中的安全、生产自动化问题，又要了解各种与生产经营相关的信息，建立安全生产调度和网络管理。加强PLC在其中的可靠应用，对准确的信息指挥生产和防止各种事故的发生，起到了至关重要的作用。

摘要：主要介绍了可编程序控制器 (PLC) 的可靠性设计, 以及在生产中应注意的一些问题、解决方法及注意事项。

关键词：可编程序控制器,可靠性,方法

参考文献

[1]易传禄、韩希尧:《可编程序控制器应用指南》, 上海科学普及出版社, 1993年6月。

PID可编程序控制仪 篇11

摘要：文章从教学大纲、实验大纲、考核方式三个方面的教学改革内容和采用多元化教学方法、加强实践教学改革、鼓励学校参加各类竞赛、加强师资队伍建设四个方面的教学改革实践介绍了《可编程序控制器原理及应用》的教学改革与实践。

关键词：PLC；实践教学；教学改革

【分类号】TM571.61

1 引言

随着工业技术的快速发展，可编程序控制器（Programmable Controller， PLC）已成为工业过程控制的标准设备之一。PLC是集计算机技术、电子技术、通信技术和精良工艺制造技术为一体的先进工业控制装置，它具有可靠性高、稳定性好、实时处理快、联网功能强等特点，广泛应用于工业控制系统与工业自动化管理系统中。随着PLC控制技术广泛应用到各个领域以及企业对PLC技术人才需要的日益增加，高校应如何培养适应市场需要、企业需要的PLC技术人才显得尤为重要。

针对电气工程及其自动化专业的特点以及应用型本科院校培养学生的总体目标，总结了在教学过程中的适用学生的教学方法，培养学生的创新精神和创新意识，本文将从教学改革的内容和教学改革的实践两个方面阐述可编程序控制器原理及应用这门课程的建设情况。

2 教学改革的內容

针对三表类院校电气工程及其自动化专业学生的特点，理论基础知识薄弱，而实践操作能力强的特点，将对教学大纲、实验大纲、考核方式三个方面进行改革。

2.1 明确教学思路，制订合适的教学大纲

可编程序控制器原理及应用是电气工程及其自动化专业的核心课，因此掌握基本理论知识是非常必要的，在基本知识点的讲解方面学时为理论授课学时的1/2，剩余的1/2理论授课学时讲解工程实践知识，但这方面讲解与实验学时是有区别的，主要注重综合知识的讲授。在制订教学大纲时知识点的取舍尤为重要，为此需要删除一些老旧、与实际工程联系不紧密的、理论性太强抽象不好理解的知识点，增加先进的PLC技术、工作中应用较多的PLC控制系统的典型案例，把本课程修订后的教学大纲做到理论和实践真正结合在一起。

2.2 制订有针对性的实验大纲

应用性本科教育人才的培养离不开实践教学环节，而实践教学环节中以实验为主，课程设计为辅，本课程制订的实验课程学时为理论学时的1/2，实验项目分为验证性实验和设计类实验，根据现有的实验设备条件，可开出实验项目50多个，学生可以在实验室完成常用典型PLC项目的设计，例如电梯类、电机类、彩灯控制类等项目的设计。

2.3 改革传统的考核方式

传统的考核方式采用试卷的形式检验教学效果，本课程在针对学生的特点以及课程教学的每个环节，采用新型的考核方式进行准确评价学校的学习效果。采用平时成绩20%、平时考核20%、期末实践考核30%、期末理论考核30%的形式。平时成绩包括平时出勤情况、课堂表现情况和作业完成情况；平时考核包括每个项目的完成情况以及程序的编写情况；期末实践考核是指对本学期所学课程的各类项目以抽签的形式考核，主要考核是实践操作，在实验室内进行，每位同学会有不同的项目，并要求同学在规定的时间内完成；期末理论考核为试卷的形式，考核学生对本课程基本知识点的掌握情况。

3 教学改革的实践

3.1 采用多元化的教学方法

3.1.1 启发式教学

在授课中调动学生的学习主动性，启发学生独立思考，积极探索，自觉地掌握本专业的相关知识，从而提高分析问题和解决问题的能力。

3.1.2 引导式教学

教师应改变传统的说教式、注入式的教学方法，针对课堂上学生的表现，以教师为主导、学生为主体，运用合适的教学手段来激发学生学习的兴趣，努力培养学生的自主学习的能力和独立思考的学习习惯。

3.1.3 讨论式教学

教师在精心准备和指导的前提下，通过预先的设计与组织，启发学生就某一特定问题发表自己的独特见解，培养学生的独立思考能力和创新精神。教师应为学生们梳理出解决问题的多种路径，从而引导学生们自主进行辩论和思考，引导学生得出自己的结论。

3.1.4 开放式教学

将教学任务由课堂的教学延伸到课外，如实验室、工厂、企业等。将课本知识与生产、生活的实践知识相联系，引发学生自主的参与实践活动，从而为学生提供良好的发展创造性思维和实践的机会，使学生获得创新的能力和方法。

3.2 加强实践教学改革

3.2.1 更新实验内容

针对社会对工程类人才的需求，改变传统的实验内容，减少验证性的实验。做好基础实验的同时，提高实验难度，增设设计性的实验。在此基础上给出综合性设计实验题目，让学生以团队为单位进行实验分工，自己动手分析电路、设计电路，加深多课程的理解。

3.2.2 加强实训环节

在实验的基础上，设立为期1周的实训课程。教师针对企业对人才的需求，有针对性的对学生进行培训，利用实验室现有的实训装置、软硬件设备等，设计小的项目。

3.2.3 增加课程设计

通过理论、实验与实训相结合，让学生独立自主的进行课程设计。学生根据自己的兴趣和能力进行选材，确定课程题目、设计思路，并自己动手选择硬件、设计I/O分配图、硬件接线图、软件梯形图等，并对设计的项目进行实验仿真，达到预期目标方可进行考核。

3.3 鼓励学生参加各类竞赛

针对不同程度的学生，选取具有一定的深度和广度的竞赛题目。将参加竞赛的学生分成若干个小组，同时要求每个参赛小组的作品有完整的设计方案和设计流程，规范的设计方法，最终将设计的作品进行产品化。通过各类竞赛，提高了学生的综合素质，培养了学生的团队合作精神，提高了学生的创新实践能力。

3.4 加强师资队伍建设

注重教师的个人素质的培养和专业知识的培训，让教师亲自参与到实际项目实训中，通过与企业项目的工程师学习与合作来提高教师自身的工程实践能力，与专业教师共同组建一支“高精端、多样性、产学研、复合型”的师资队伍，一起承担电气专业的人才培养任务。

参考文献

[1] 汤楠等.可编程序控制器原理及应用 [M] .北京：机械工业出版社，2012

[2] 姜建芳.西门子S7-200PLC工程应用技术教程 [M] .北京：机械工业出版社，2010

[3] 吉顺平. 可编程序控制器原理及应用 [M] .北京：机械工业出版社，2011

PID可编程序控制仪 篇12

1 课程设计性质

本次课程设计是在学生学完《可编程序控制器》课程后, 进行的技能训练。通过课程设计一方面验证所学的基本理论知识, 将感性的和理性的专业知识融洽起来进行专业强化;同时培养学生的基本操作技能与设计能力, 使所学的理论在实践中灵活运用, 增强解决实际问题的能力。

2 课程设计任务要求

我们按课程大纲要求选择了三个课题:a.和液压气动一起控制机床;b.和变频器一起控制电梯;c.交通灯控制。根据班级人数进行分组, 按课题设计任务书内容要求制定计划。现举一个课题的设计过程实例。

例:交通信号灯控制

2.1. 控制要求

2.1.1 系统工作受开关控制, 起动开关ON系统工作;起动开关OFF系统停止。

2.1.2 控制对象有八个:

东西方向红灯两个, 南北方向红灯两个;

东西方向黄灯两个, 南北方向黄灯两个;

东西方向绿灯两个, 南北方向绿灯两个;

东西方向左转弯绿灯两个, 南北方向左转弯绿灯两个。

2.1.3 控制规律:

(1) 晚上时段按提示警告方式运行, 规律为:东、南、西、北四个黄灯全部闪亮, 其余灯全部熄灭, 黄灯闪亮按亮0.4秒, 暗0.6秒的规律反复循环。

(2) 高峰时段、正常时段及晚上时段的时序分配按时序图1运行。

2.2 课题要求

2.2.1 按题意要求, 画出PLC端子接线图、控制梯形图。

2.2.2 完成PLC端子接线工作, 利用编程器输入梯形图控制程序, 完成调试。

2.2.3 完成课程设计说明书。

2.3 答辩问题

2.3.1 高峰时段16:30的起始时间改为16:00, 梯形图作如何改动?

2.3.2 正常时段东西左转弯绿灯45秒的起始时间改为40秒, 梯形图作如何改动?

2.3.3 高峰时段东西左转弯绿灯55秒的起始时间改为60秒, 梯形图作如何改动?

2.3.4 如何在交通控制灯起动时, 校正当时的时钟?

3 课程设计方法与步骤

3.1 确定控制任务。

首先要详细分析被控对象、控制过程与要求, 熟悉其工艺过程, 然后列出控制系统中功能和指标要求, 明确控制任务。本例由于交通灯控制, 没有相关的机械控制过程, 选用指令相对单一, 主要使用定时器和计数器。

3.2 选用和确定用户I/O设备。

根据系统控制要求, 初步估计所需PLC的I/O点数。本例无输入信号, 只有开关OFF和ON两种状态, 输出就八个交通信号灯, 根据选用PLC机型的基本原则, 确定欧姆龙CPM1A或三菱FX2N型号。学生在选择PLC时要求掌握其基本性能指标。

3.3 系统的软件和硬件设计。

是本课程设计最重要的部分, 首先要分配PLC的I/O点数, 并设计PLC的I/O端口接线图。在分配I/O点编号时应尽量将同一类的信号集中配置, 地址号按顺序连续编排。软件设计, 用户程序编写过程就是软件设计过程。编程时, 合理利用指令, 注意信息名称的定义, 最后进行单块调试及软硬件联调与系统总调。硬件设计, 进行软件设计的同时可进行硬件配备工作, 如外围电路, 包括主电路的设计、强电设备的安装布线等。本例硬件输入输出电路相对简单, 但要强调欧姆龙和三菱系列PLC输入接口是不一样的, 一个要24伏直流电源, 三菱不需要输入电源的。关键在于软件设计, 有的学生甚至看不懂时序图, 建议不懂的同学到市区十字路口观察交通灯的工作过程, 加强直观感。我们先设计高峰段情况, 相对简单一点。闪烁电路象调用子程序一样, 先编一个闪烁电路, 需用时再调用。高峰段程序编好后可以先在PLC上调试, 许多在梯形图上难以发现的问题, 现在都出来了, 要求在线修改, 印象非常深刻, 增强学习兴趣。90秒的循环一目了然, 学生在设计过程中有强烈的成就感。但和全天三个时段比较起来还有相当的差距, 因高峰段、正常段、夜间都是一小时为单位的, 而PLC的定时器最大定时间为99.99秒, 显然要对定时器进行延时, 通过比较采用计数器延时更胜一筹。引导学生采用内部脉冲记数或定时器配合计数器延时可以把高峰、正常、夜间等划分开。由于使用定时器和计数器较多, 要求学生列表把定时器和计数器的下标号和设定常数标注好, 编写梯形图时, 一定要标注每一梯形行的功能, 使程序的可读行增强。

3.4 联机统调。

在程序设计和控制台完成后, 就可进行联机统调, 若不满足要求, 可修改和调整系统的硬、软件, 直到达到设计要求为止。本例中硬件线路较简单检查一遍即可, 主要调试软件, 调试的过程就是修改程序和参数的过程, 一定要仔细, 软件程序不允许出现任何差错。待全部调试结束, 可将程序下载到PLC中。最后编制技术文件进行答辩。

一个实用的工业自动化控制系统往往是很复杂的, 其中可能包括机、电、液、气等内容, 而且还会因行业不同控制要求也有所不同。故在设计之前, 应把机械、电工电子、液压、气动和计算机等知识与PLC技术进行有机地联系, 设计完成后各小组之间可相互学习探讨, 完善本小组没有接触到的内容, 真正实现学生毕业后在PLC技术应用领域“零距离上岗”的教学目标。

参考文献

[1]王浩.数控机床电器控制[M].北京:清华大学出版社.