plc实训范文
时间：2023-04-06 04:50:20
导语：如何才能写好一篇plc实训，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
技工院校电气技术专业PLC技术及应用课程教学需要具备一个好的实训平台，然而现在学校使用的实验设备大部分都是封闭式的结构，这种结构只能使学生按照厂家的设定完成固定的实验模块，很难培养学生的创新思维和设计能力。而技工院校注重培养学生的动手实践能力，需要让学生很好地与生产实践相结合，显然这种结构的实验设备不适合学校教学的需要。
笔者所在技工学校电气技术专业培养的学生主要分为以下几个类型：一是中技班，二是双高班，三是初中技师与高中技师班。学校学生人数，在一个年级阶段就达到200多人，而学校的教学特点都是要求每个学生学会技能操作，因此作为电气技术专业必修课的PLC技术所需要的实训设备就必须满足学生的实训要求，确保实训学生一人一个工位。在这一前提下，我们提出设计开发适合学校学生实训特点的PLC实训平台。
现有的PLC实验设备并不能达到我们的实训要求，如一些实验教仪公司生产的PLC实验设备，PLC的输入输出点设计得不规范，很容易造成设备的损坏。一旦设备损坏，维修很不方便，而且费用比较高。另外学生在设备上只能进行一些实验操作，不能进行接线训练，更不能规范学生对PLC接线的工艺要求。因此，要满足学生的实训要求，就需要我们自己设计制作PLC实训台。由于天煌科技有限公司有比较成熟的实训设备制作工艺，因此学校选择与天煌公司合作的方式设计制作实训台，具体方式是，学校负责实训装置的设计与安装，实训工作台由天煌公司按学校的设计参数要求制作。
一、装置设计特点
实训设备主要采用继电器隔离的方式，将交流220V的电压与PLC的输出点（Y点）进行隔离，从而达到保护PLC内部继电器的功能。在这里我们主要考虑，是用PLC本身24V直流电源驱动隔离电路板工作，还是要另外设计一个开关电源来驱动隔离电路板工作。假设用PLC自带24V直流电源来驱动继电器工作，那么它的输出COM点很可能会与外部工作电压的COM连在一起。如果是这样的话，一旦学生将电路接错，就很容易将PLC的24V直流电源烧坏。基于此，笔者认为应在外部重新设计一个24V的直流开关稳压电源，用它来驱动隔离电路板工作，这样容易出现的安全隐患就可以消除了。
电路原理图的设计。以三菱FX-2N系列为例，在它的输出点（Y点）设计一块隔离板，用以保护PLC内部设备。设计思路是，输出点用24V的直流继电器进行隔离。在Y0～Y7、Y10～Y17、Y20～Y27之间采用24个24V的直流继电器进行隔离，隔离工作电压由24V的开关稳压电源提供，原理图如下图所示。
图 输出点隔离电路
电路中的三个模块分别是FX-2N系列的24个输出点Y0～Y7、Y10～Y17、Y20～Y27。我们将这部分改成用外部的24个直流继电器控制，它的驱动电源就是24V的直流开关电源。此电路图下面的三个模块是24个继电器的常开触点。它的工作原理是，当PLC有输出时，先接通外部的继电器，由外部继电器的触点与工作电压相连接。这样做的好处是避免工作电压直接与PLC内部触点连接，可以有效保护PLC，延长PLC的使用寿命，方便设备维护。笔者主要用ProtelDxp电路制作软件进行电路的设计，并作好印刷电路板图，委托厂家制板。对于开关电源，考虑高温对电路的影响，笔者设计时提高了开关电源的负载能力，加大了散热装置。
二、技术性能
工作台主电路工作电压380V，PLC控制电路工作AC电压220V、DC电压24V。
稳压电源的主要参数为：AC输入电压220V，DC输出电压24V，额定输出电流6A。
工作环境：温度-10℃～40℃，相对湿度
装置容量：
外形尺寸：1350mm×650mm×700mm；支架为L形支架，800mm×700mm。
三、实训台的基本配置
实训台的基本配置见下表。
实训台基本配置表
序号 实训器材 数量 规格
1 三相断路器 1 380V
2 单相断路器 1 220V
3 熔断器 6 3A
4 热继电器 2 JR36
5 交流接触器 6 AC220
6 开关电源 1 24V
7 隔离板 1 24V
8 接线端子 1 JX-1015
9 单相插头 1 单相，220V
10 FX2N系列PLC 1 FX2N-48MCR
11 指示灯 8 AC220V，DC24V
12 按钮 8 可自定
13 导线走线槽 BVR 0.5mm2
14 电动机 2 三相异步电动机 双速电动机
四、实训项目
实训项目可以完成中、高级维修电工PLC考核项目的技能操作。
在整个设备的安装与制作过程中，让学生参与其中，这样既能提高学生对PLC的认识，也能增强学生的实际动手能力。
2012年10月，新的实训设备投入到学生的实训教学中，经过一个学期左右的使用证明，该实训装置的设计合理。从投入使用到学期结束，实训设备没有出现任何问题，一直能够保证教学的正常使用。由于新的实训设备是与厂家合作制造的，所以实训设备的外观更加漂亮、设计更加合理。
该实训装置采用了开关电源进行PLC输出点的隔离，可以使PLC的工作更加稳定可靠，解决了在PLC实训过程中由于输出点接线错误而造成设备损坏的问题。同时对PLC的COM点做了改动，由原先复杂的5个COM点，改成现在的3组输出，3个COM点。这样的实训设备电路简单，比较适合学生的特点，使他们更容易掌握，提高了实训效果。
篇2
关键字：PLC、兴趣、 理论基础、创造性、技能培养、
中图分类号：B848.2 文献标识码：A 文章编号：
PLC是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的工业自动控制装置。是计算机技术在工业控制领域的一种应用技术。集自动化技术、通信技术、先进制造技术、计算机技术为一体的新型工业自动控制装置。由于它可以通过软件来改变控制过程，并且具有体积小、功能强、抗干扰能力强、可靠性高以及应用安装方便等优点，所以很快在我国的工业控制中占据主导地位。现今已成为现代化工业自动化的三大支柱（PLC技术、机器人、计算机辅助设计和制造）之一，而且还在不断发展中，PLC技术已经成为各类职业技术学校电子与电气专业的一门必修课，怎样使学生学好PLC，培养学生学习兴趣和创造性思维都起着至关重要的作用。
一 、兴趣的培养
激发兴趣。兴趣是学生们主动学习的动力之一，他们对学习的追求往往来源于兴趣，凡是有兴趣的东西，就会很容易激发学生的学习热情，引起学生对学习的思考，学生如果是有兴趣的学习，那么教学就成功了一半。根据中技学生的特点，在教学中多注意理论联系实际。为了引起学生学习兴趣，我们可以在教学初期组织学生到一些现代化的企业中进行参观活动。让他们了解PLC在实际生产活动中的重要性。在教学中教师会借助多媒体技术，用比较生动丰富的画面和美妙动听的音乐效果相配合来吸引学生的注意力，列举一些PLC在工农业、交通运输业以及日常生活中广泛应用的例子。如：电梯控制，人工喷泉，交通灯，机械手的控制，汽车生产流水线等。使学生对这门课程有一个初步了解，觉得它并不是遥不可及，全力提高他们的学习积极性。
其次是培养兴趣阶段。学生们在“激发兴趣”阶段产生的兴趣各有不同，有的兴趣一般，有的兴趣浓厚，由于某些原因还会使其减弱或者消失，所以，在培养中继续激发以调动起全体学生的浓厚兴趣。教学有法，但无定法，贵在得法。所以教师在选择教学方法时，要坚持启发式教学，摒弃注入式教学法。适时创造一些教学情景，在教学内容的关键地方，诱发学生的思维，引导学生对问题进行质疑，而后解答，培养学生的自学能力和创新精神。
探索活动经常能培养出学生的浓厚的学习兴趣，并能进一步激发学生的创造性思维。在教学中应该抓住这个要点，根据学生的认知能力，设计多种层次多种方式能诱发探索活动的发生的学习任务。例如：在讲解用PLC设计三台电动机顺序启动时，老师先说明三台电动机顺序的要求：挡按下启动按钮后，电机一，电机二，电机三顺序启动；按下停止按钮后按照电机三，电机二，电机一顺序停止。老师接着介绍梯形图、指令、上机操作、接线。教师可以把学生要掌握的和可以去学习的任务板书在黑板上，a.I/O分配表；b.三台电动机顺序启动的PLC接线；c.程序的编写与输入；d.电机启停操作；e.改变输入或输出端进行编程和接线；f.练习程序的插入和删除；g.用第二种方法设计三台电动机顺序启停；h.在上述基础上改进电路，使其变为四台或五台电动机顺序启停。a,b,c,d是所有学生都必须学会的，而e,f,g,h等则是学生选择进行自主学习的内容。教师只要稍微从知识的横向或纵向结构仔细思考思考，就能够为学生设计出很多有价值的问题。在这样一种学习氛围下，学生的思维则可以得到充分的锻炼，再经过一段时间的学习，大部分学生就能学会这样一种思维模式，就会开始为自己设计学习的问题了，在学生自主学习的过程中，教师起到引导、激发学生学习的作用。
理论基础是前提
技工学校的学生学习基础参差不齐，所以在教学上必然存在困难，这就要求我们知道老师要拥有扎实的基本功，较高的理论水平，合理的安排好教学内容的顺序，才能发挥这些学生的长处，并增强学生的自信心，克服他们解决学习困难的勇气，从而让学生由简到繁的掌握各个课题的控制理论和工艺要求。因此，在完成了电力拖动单元电路和机床控制电路的专业教学内容基础上，紧接着安排了可编程序控制器这一内容，即使是继电器控制的教学内容得到合理的延伸，同时又降低了教学上的难度便于学生的理解和掌握，得到了较好的教学效果。PLC则是按照用户的控制要求编写程序来进行的，然而程序的编制就是用一定的编程语言把一个控制描述出来。我们在教学中，一般采用的是梯形图这种图形语言，因为它沿用了传统的继电器接触器控制中的继电器触点、线圈、串并联等术语和图形符号，最重要的是加进了许多功能强而又使用灵活的指令，将微机的特点都融合进去，使得编程容易很多。梯形图比较直观，形象，对于熟悉继电器接触器控制系统的学生而言也易于接受，所以这种编写程序的语言表达方式，是学生们在学习进程中的兴趣所在。
三、技能培养、
篇3
机电综合实训课程的地位
机电专业综合实训课程集合了气压技术、液压技术、电机与电气控制、自动检测技术、PLC及其自动控制技术、网络通信技术等相关课程，融合了实训和生产，是机电专业学生顶岗实习前的综合课程。
对五年制高职教育而言，由于培养目标定位在为企业培养高技能型人才上，通过机电专业综合实训课程的学习，促进学生综合实践能力的提升、职业能力的培养、创新思维的发展，紧扣机电专业核心技术，即检测、控制与执行三大环节展开，同时需具备一定的网络通信技术。
综合实训课程建立在机电结合的基础上，企业调查结果显示，机电设备的控制很多都采用PLC作为控制系统。对机电综合实训课程，选择某生产流程的模拟控制系统为实训载体，通过模拟仿真控制，掌握生产岗位的控制技术，吴中中等专业学校选用了光机电一体化设备YL-235A自动化生产加工系统。
PLC在机电一体化设备教学中的应用
1.PLC在机电一体化设备中的功能
整个系统通过PLC控制，各个环节有序结合。该装置配置了触摸屏模块、PLC、变频器装置、气动装置、传感器、气动机械手装置、上料器、送料传动和分拣装置等实训机构。根据其特有的属性，系统的控制部分采用触摸屏模块和PLC，执行机构由气动电磁阀-气缸构成的气压驱动装置和变频器控制步进电机的传送装置，实现了整个系统自动运行。整个实训装置的模块之间连接方式采用安全导线连接，以确保实训操作的安全。系统分三大模块：
（1）送料机构的控制
采用24 V直流减速电机，转速6 r/min；用于驱动放料转盘旋转，PLC通过输入信号发出输出信号，驱动送料机构运行。
（2）机械手感应机构的控制
整个搬运机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧。机械手的动作通过磁性开关和接近开关的感应信号传送给PLC，PLC根据内部程序执行发出信号，驱动电磁阀-气缸完成机械手的动作。
（3）物料传送和分拣机构的控制
由皮带输送、推料气缸、变频器、步进电机构成，PLC通过感应信号发出输出信号给变频器，变频器驱动步进电机运行，皮带转动，实现物料的传送，通过传感器感应信号，使得PLC驱动电磁阀-推料气缸动作，实现物料分拣。
2.PLC在机电一体化设备控制系统中的设计方法
建立一个PLC控制系统，必须根据被控系统所要求的动作，正确分配I/O口，综合应用顺序功能图，完成梯形图的设计，达到所预定的动作过程。
顺序控制设计法是按照工艺要求，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有序地进行操作。首先要根据工艺过程，画出顺序功能状态图，然后根据顺序功能图画出梯形图。
顺序功能图是描述控制系统控制过程、功能和特性的一种图形，是描述控制系统控制过程的一种有力工具。利用顺序功能图的方法已经成为控制梯形图设计的主要方法。利用PLC的编程元素（如状态寄存器S和辅助继电器M）来代替各步。
顺序功能图由工步、有向线段、转换条件和动作组成。顺序功能图的基本结构又分为三种：单序列、选择序列和并行序列三种形式。如图1所示：
3.PLC在机电一体化设备中的教学方法
机电综合实训课程采用项目、任务型教学，打破教材本身的框架，围绕PLC课程在设备中的应用展开，将其分解成若干个小任务，结合实际操作，了解该设备所能完成的任务和工作流程，分析设备的硬件组成和各元件功能。通过实际拆装、编程与调试、故障诊断、维修及保养等，掌握该设备的装配、操作和维护的能力。
实训课程采取阶段式训练，并将企业的6S管理融入教学过程中。
1.设备认知，熟悉设备和设备元件，拆装注意事项，安全用电等。
2.掌握知识，掌握设备需具备的理论知识和操作步骤，注意细节，融入平时所积累的操作经验和诀窍等。
3.拆装操作，结合企业实际操作要求，理解拆装顺序和要求，学会工具和仪器的使用，理解设备结构和各部件之间的关系，达到一定的技能水平。
4.编程与调试，掌握PLC编程方法，积累PLC程序编译经验，在调试过程中不断总结经验和编程技巧，培养学生的创新能力。
篇4
关键词： 星―三角 降压启动 PLC 实训教学
引言
星―三角降压启动（以下简称Y-PLC）控制的组装与调试制应用十分广泛，非常重要。大型电动机的启动时间为几秒到几十秒，在生产过程中，电动机要经常启动或停止，因此电动机的启动性能对生产有直接影响。小容量的电动机可以采用直接启动方式，但当电动机容量较大时，启动时产生的启动电流为额定电流的4至7倍，这么大的启动电流将带来下述不良后果[1]。
（1）启动电流过大使电压损失过大，启动转矩不够，导致电动机根本无法启动；（2）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短电动机的使用寿命；（3）造成过电流保护装置误动作、跳闸；（4）使电网电压产生波动，进而形成影响连接在电网上的其他设备的正常运行[1]。因此采用降压启动的方法限制启动电流，Y-是降压启动的一种。
所以Y-PLC控制的组装与调试的实训教学就显得非常重要，并且很多人认为该实训教学困难，学生学习效果不够理想，为此笔者就实训教学设计进行了如下创新与实践。
1.对教学情况与重难点进行分析
（1）教学情况
高职学生特点：学习积极性不高；自主学习能力弱；好奇心强、乐于动手；理论知识转化为实践应用的能力较弱。
实训达到的知识和能力目标是：掌握Y-PLC控制基本原理；能够手工绘制Y-PLC控制基本原理图；熟悉Y-PLC控制硬件构成；掌握Y-PLC控制电路组装；掌握PLC定时器指令；掌握Y-PLC控制程序编制及调试；掌握Y-控制电路的联机运行调试；掌握Y-PLC控制电路故障检修，最终培养学生创新意识、解决问题的能力及良好的职业综合能力。
（2）重难点分析
理解Y-PLC控制电路的基本原理（重点）；
手工绘制Y-PLC控制基本原理图（重点）；
应用PLC定时器指令（重点）；
Y-PLC控制电路组装（重点）；
Y-PLC控制电路的程序编写与调试（重点）；
Y-PLC控制电路的组装（难点）；
Y-PLC联机运行调试（难点）；
Y-PLC控制电路的故障检修（难点）。
2.采用的教学策略
根据以上教学情况与重难点分析，教学策略要体现“做中教，做中学”的教学特色，具体教学策略如下：
重难点采用项目教学法、PPT讲解及教师实训前准备的星―三角降压启动控制组装与调试视频解决。
采用网上搜索实训仿真教学系统软件，通过软件中仿真动画解决实训内容学习兴趣不高的问题。
采用小组学习法，通过小组自评、小组互评激发集体荣誉感，解决学生自主能力弱的问题。
采用任务驱动法，使理论与实操深度融合，提高职业技能。
3.星―三角降压启动PLC控制实训教学过程设计（12课时）
（1）课前准备
通过QQ或微信形式通知学生浏览精品课程网站，学习Y-PLC控制原理，利用实训仿真教学系统软件，提前预习Y-PLC控制器件安装与调试。
（2）工厂Y-应用视频引入激发学生的学习热情
通过网上下载工厂Y-视频短片，播放给学生观看，讲述Y-PLC控制应用的重要性和广泛性，激发学生的学习热情。
（3）创设Y-实训项目应用情境
为给学生直观感性的认识，提高学习兴趣，可以创设以下实例情境。
教师演示电动机Y-PLC控制的动作过程，当按下启动按钮SB1后，KM1和KM2的主触点动作，电机M星形降压启动，看到电机低速旋转。电机M星形运行10秒后，星形接触器KM2的主触点断开，三角形接触器KM3主触点接通，电机M以三角形连接全压运行，看到电机快速旋转。当按下停止按钮SB2后，看到电机M停止转动。假如电机过载，热继电器触点FR动作后，电机M因过载保护而停止，报警灯亮。
将学生分成两人一个学习小组，请每组演示体验，调动学生的积极性和能动性。教师告诉学生，他们通过12节课的学习，也可以完成该实验的硬件连接及软件编程，看到同样的电机运行效果。短时间里就能体会成功的喜悦。这种做法既给学生下达了实训任务，驱动学生思考该如何完成这样一个Y-PLC控制电路，应用启发式教学法和案例教学法。
（4）项目实施过程
步骤1：讲解Y-PLC控制电路的基本原理。
教师结合电动机Y-PLC的演示运行过程，通过PPT中Y-PLC动画讲解原理，学生理解Y-PLC控制电路的基本原理，更使学生产生兴趣，即理论联系实际。
步骤2：绘制Y-PLC控制电路原理图。
把标准图发给他们，让每个组通过直尺绘制原理图，标准图见图1。先小组内部互相纠错，然后再小组之间纠错，老师检查并做记录，作为实训平时成绩。
步骤3：Y-PLC控制电路的组装。
引导学生根据原理图及课前准备设计硬件构成，每个组轮流抢答讲述。
进行Y-PLC控制电路的组装之前，老师播放Y-PLC控制电路的组装视频，然后要求学生根据原理图接线完成小组组内自查、小组间互查，老师最后检查，给出每个组的组装成绩作为平时成绩。组装结果如图2所示。
步骤4：Y-PLC控制电路的程序编制。
进行相关知识学习，如PLC定时器指令学习。通过点亮灯的例子讲解定时器指令。
根据项目要求和地址编写程序。老师通过边讲边操作，使学生更容易掌握指令应用与编程方法。Y-PLC控制程序如图3所示。
教师将地址更改，定时更改，引导学生编写程序，编完的小组自评，然后小组间互评，老师最后检查。
步骤5：Y-PLC控制电路的程序调试。
边讲边操作，使学生更容易掌握调试程序的方法。
在断电的情况下，将PLC的输入部分正确连接，将输出不连接控制对象。通电后，通过按钮给PLC输入信号，通过PLC输出端子指示灯和程序监控调试程序。如果满足项目要求，程序调试成功，不满足，检查原因，继续调试，直到达到要求。
学生模仿老师操作，在断电的情况下将PLC的输入部分正确连接，将输出不连接控制对象。送电前，小组自查，小组间互查，老师检查，再程序调试。
步骤6：Y-PLC控制电路的联机运行调试。以下内容教师边讲边操作：必须在断电情况下，教师将PLC输出连到控制对象，确保连线正确，通电进行联机调试，当按下启动按钮SB1后，看到电机低速旋转，电机M星形降压启动。10秒后，看到电机快速旋转。电机M以三角形连接作全压运行。当按下停止按钮SB2后，看到电机M停止转动。假如电机过载，热继电器触点FR动作后，电机M因过载保护而停止，报警灯亮。
如果达到上述要求，联机调试成功，不满足，检查原因，继续联机调试，直到满足要求为止。
学生模仿老师联机调试。送电前，小组自查，小组间互查，老师检查，然后联机调试。
步骤7：Y-PLC控制电路故障检修。
将故障现象、故障原因及排除方法列表格向学生引导性讲解。
教师讲解“排故六步法”。具体如下：
第一步：观察故障现象，通过“望、闻、问、切”了解故障前的操作情况和故障发生后的异常现象，以便根据故障现象判断故障发生的可能部位，进而进一步查找。第二步：判断故障范围。第三步：并查找故障点。第四步：排除故障。第五步：通电运行。第六步：做好维修记录，以备日后维修参考[2]。
步骤8：教师点评与评定成绩。
根据小组自评、小组间互评、教师检查及根据项目完成情况、合作情况、过程记录情况进行点评。按照考勤、平时成绩、实训日记、实训报告做一份评分表格，最终教师给出小组成绩，每个小组排名。每位学生为了本组集体荣誉，为此更积极努力，增强学习效果。
步骤9：项目拓展。
将本项目学到的单台电机控制拓展到多台电机控制，如三级传送带Y-PLC控制，四级运煤传送带PLC控制。
此外，还可将本项目中学到的定时器知识拓展到交通灯PLC控制。
4.结语
本实训教学采用小组学习法和任务驱动法，提高学生学习积极性和主动性，让学生由“要我学”逐渐转变为“我要学”。工程视频引入，使学生身临奇境。按照工程思维步骤完成，更接近企业实践。在项目实施过程中突出“做中教，做中学”的教学方法，使学生在操作中获得成就感，体验学习乐趣。因此，该实训设计达到了良好的效果。
参考文献：
[1]李海波.徐瑾瑜.PLC应用技术项目化教程（S7-200）.北京：机械工业出版社，2012.8.
[2]周忠.彭小平.电气控制与PLC应用技术（西门子PLC）（理实一体化项目教程）.机械工业出版社，2013.7.
[3]施利春.李伟.PLC操作实训（西门子）.北京：机械工业出版，2007.8.
[4]潘益玲，陶影.谈《PLC控制系统组装与调试》课程教学改革.湖州职业技术学院学报，2009（3）.
[5]贾莉丽.基于项目教学法的PLC课程教学探索.现代教育，2013（8）.
篇5
【关键词】PLC实训 解决实际问题的能力 培养
【引言】
PLC课程是自动化专业课程，是一门知识面广、内容多、、强调理论而又偏重实践的课程。PLC的理论和实践课程虽已推行多年，但学生实践能力的不足仍是职校毕业生就业的瓶颈之一。能不能通过实训培养学生解决实际问题的能力呢？笔者做了一些尝试，下面将做法和体会和大家分享。
【背景】
以往的PLC实训，往往从简单电路的PLC改造开始，再经过抢答器、红绿灯等课题来强化对PLC理论以及指令的理解。但仅仅这样，学生是不能很好地用PLC解决实际问题的。只有将指令组织成程序，学生才有应用PLC的能力。任务驱动和项目教学已为广大职教老师接受和认可，并在实践中不断充实和发展。它们的共同点：以项目/任务作为载体进行能力培养和知识传授。所以，项目/任务的选择及其组织实施是能否取得成效的关键！
【实施】
有了上面的理论，再结合学生实际、学校实训条件以及机电行业的现状把实际的控制项目引入PLC实训，例如可以把“PLC实现多段液位的设定、显示、报警和液位的自动控制”作为培养学生解决实际问题能力的实训项目。为了突出对学生解决实际问题的培养，项目按以下几个阶段实施：
一、酝酿阶段
1.提出控制要求
直接将应用环境和控制要求呈现给学生。如用PLC实现多段液位自动控制的要求就直接给出：系统可以根据需要将液位分为多段设定，并分段显示，当液位为最低限时启动料泵加液，液位到达设定值时发出声光报警，并停泵；操作人员可通过确认按钮解除音响报警信号，闪烁灯光转平光；系统具有手动/自动两种控制方式，并有试验功能。就像机电工程人员接到设计任务一样。
2.学生自主设计
以实训小组为单位形成项目小组，要求其完成系统构建、硬件接线（硬件接线图）、程序框架。老师要关注每一个小组的组织形式。了解哪些学生有整体把握系统软、硬件方面的能力；哪些学生善于硬件搭建；哪些学生善于软件设计；哪些学生善于协调处理等各方面的能力，并适时诱导培养。
二、分工阶段
由项目小组自己进行任务分工。这个阶段看似和PLC的能力和技术无关，但通过实践证明，这个过程能极大地帮助学生提升解决实际问题的能力。因为这个过程，是对酝酿阶段的细化和具体化，同时也是对设计的可行性论证――而这正是解决实际问题必不可少的！
三、完成设计阶段
对于一个项目开发小组的完成任务有：系统构建、I/O分配、硬件接线图、程序框图、各程序模块的框图。不让学生继续做下去是因为采用项目小组的形式只是为了培养学生的能力，而能力的培养要兼顾到小组里的每一个成员，要让他们各方面的能力都得到发展。故而小组成员完成了各自的设计任务后，就要进入下一个阶段。
四、实施阶段
1.互通有无
通过互通有无：一方面小组成员要能把自己的设计准确地表达出来，同时也要能理解其他小组成员的设计理念。经过这样的交流，可以让学生对这个项目有更深刻的理解，同时自身能力又有了进一步的提升。
2.单独完成
在互通有无的基础上，要求各小组成员独立的完成整个项目的所有工作。这也是我们学生培养和真正项目设计的区别，我们要求学生花更多的时间去领悟、去探究，不像真正的项目设计以项目的快速完美完成为目的。我认为所有同仁都要注意的一点：决不能把项目教学和项目开发混为一谈！
五、观摩阶段
在学生基本完成的前提下，组织学生观摩其他同学的程序运行。先要求小组内部相互观摩、对比；然后以小组为单位，各小组之间相互观摩，对于观摩中发现的问题以及产生的疑惑，先记录在笔记上，等到最后一起交流。这样学生会在观察对比中反思自己的程序，提升自己解决实际问题的能力
六、老师讲评
老师要讲解巡回指导中发现的共性问题，同时针对学生设计方面的不足及误区进行纠正，引导学生思考改良自己编程的思路。这个过程要重点体现老师引导和提升的作用，视具体情况确定这一阶段的时间分配。
【体会】
虽然只是对项目教学和任务驱动的方式了做了小的变动，但却有了超乎想象的发现：
1.这样的组织形式，普遍提升了学生的学习兴趣，加深了学生对PLC的理解。同时也激发了学生用PLC解决问题的热情！
2.在能力培养和形成的过程中，仅靠技能的累加是不行的，效果是不太理想的，要想形成真正的能力，就要让学生在实践环境中综合运用各种技能，这样学生得到的才是解决实际问题的能力。但这并不是否定各种技能的学习，而是在有了一定的基础上，必须让学生进行综合运用。实践证明必要的技能积累是基础，否则形成能力也只是空中楼阁。
3.在解决实际问题的过程中，学生表现了众多的综合素质：领导能力、协调能力、观察能力、分析能力、联想能力等等，如果悉心发掘和引导，则能让学生得到更好更全面的发展。
4.完全按照这种模式对教学的组织有一定冲击，因为每一批学生的情况和完成项目的过程不相同，尤其是酝酿期和老师讲评阶段的时间难以预控。但是笔者论为：没有一种方法是绝对完美的，也没有一种模式是一劳永逸的，教师就应该迎着矛盾去解决问题。一成不变，不去探索，是搞不好教育的！迎着矛盾解决问题，本身就是对学生能力乃至综合素质的一种培养和熏陶！
【参考文献】
[1] 胡学林 等. 可编程控制器应用技术[M]. 北京：电子工业出版社，2009.
篇6
关键词：中央空调实训控制系统 PLC 组态王软件 温度传感器
随着我国经济的不断发展，新的高科技技术不断应用到各个方面，智能控制技术也已经完全融入到中央空调控制系统中。为了更好地适应社会对电子和制冷专业技术人员的要求，并创造一个生动直观的模拟教学环境，激发学生的学习兴趣，提高学生学习积极性，我们在原有旧继电器控制的中央空调系统基础上，引入PLC、组态王和变频器控制技术对旧系统进行了改造，经过一年多的教学试用，教学水平得到一定的提高，学生的学习积极性和动手能力得到加强，收到良好的教学效果。
一、中央空调的主要系统组成
1.中央空调主要系统的构成
中央空调系统主要由冷冻机组、冷却水塔、冷却风机、冷冻水循环系统、冷却水循环系统等构成。
2.中央电气控制系统组成
系统所需的主要硬件有工控屏、变频器、冷水泵机组、传感器、PLC及扩展模块等，其组成框图如图1所示。
图1 中央空调系统电气组成
（1）工控屏及温度传感器。工控触摸屏是一个HMI（人机对话界面），在中央空调系统中做监控和操作使用，即监控和演示中央空调系统运行情况，实时控制，并设置触摸按钮代替现实中的按钮进行操作使用。触摸屏包含HMI硬件和相应的专用画面组态软件，连接到PLC。而组态软件是运行于PC硬件平台、Windows操作系统下的一个通用工具软件产品，和PC机或工控机一起可以组成人机对话界面的控制。传感器作为PLC输入控制端子的一部分，对中央空调系统进行输入信息的采集。在中央控制系统中，通过温度传感器将实时检测到的温度这一物理量转换成电信号，提供给控制器，以实现温度的自动控制，这里主要讨论用于室温的检测。
（2）PLC及扩展模块。三菱FX2N PLC系统是紧凑型可编程序控制器。系统的硬件由丰富的PLC模块和扩展模块组成，它能够满足各种设备的自动化控制需求。它是整个中央空调控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入信号的采集、所有输出单元的控制实现以及对外的数据交换。本系统选用的PLC是属于模块式的，它主要包含CPU模块、I/O模块等，PLC一端接传感器，另一端接执行器，从传感器得到的数据经PLC读、运算等处理下达给执行器，执行器动作。FX2N-4AD-PT特殊功能模块在系统中的作用是将温度传感器检测到的模拟量转化为数字量输入PLC中，将转换的数据存储于缓冲存储器（BFM）中。
（3）变频器和冷泵机组。变频器和冷泵机组作为中央空调系统的执行机构，完成系统对内外温度量交换输送。温度控制环节是变频器对冷水泵进行转速控制，变频器根据传感器送来的控制信号改变冷水泵的运行频率，从而完成对温度变化的控制。利用传感器直接对系统中的各种信号进行采集，并通过变频调速器和接触器对执行机构进行控制。在运行过程中，当传感器出现故障时，系统会进行报警。系统采用手动或变频固定方式运行，因为如果电动机的功率较大，不允许直接启动时，需采用软启动器进行降压启动。当系统的自动控制系统出现问题，而冷水泵系统又不能中断时，手动启动就成为系统不可缺少的组成部分。
二、中央空调控制系统电气控制设计
1.中央空调控制系统主电路
中央空调的电气控制系统主电路分别由PLC、冷水机组电动机、冷冻水泵电动机、冷却水泵电动机、冷却塔电动机、送风电动机、冷凝机组电动机、冷风电动机组成。两台西门子MM430变频器分别控制冷冻水泵电动机、冷却水泵电动机。
2.中央空调中的PLC控制系统设计
中央空调制冷控制系统采用的是三菱PLC型号FX2N-48MR，是属于模块式的，它主要包含CPU模块、I/O模块等。温度传感器的作用是实时地将所检测到的温度这一物理量转换成电信号，提供给控制器，以实现温度的自动控制，主要用于室温的检测。FX2N-4AD-PT特殊功能模块，是将温度传感器检测到的模拟量转化为数字量输入PLC中，并将转换的数据存储于缓冲存储器（BFM）中。通过PLC的TO（P）指令进行A/D转换的控制，FROM指令进行数字量的读入即可。在这个控制系统中，温度点的检测使用带开关量输出的温度传感器来完成，把温度信号用温度传感器转换成连续变化的模拟量，使这个中央空调制冷控制系统变成一个模拟量控制系统。对于一个模拟量控制系统，选用FX2N-48MR基本单元与FX2N-4AD-PT模拟量输入单元，方便地实现了模拟控制环境要求。
3.中央空调控制系统PLC的I/O分配表
表
系统的输入信号 系统的输出信号
名称 功能 编号 功能 编号
SB1 自动模式 X0 自动运行指示灯 Y0
SB2 自动启动按钮 X1 手动运行指示灯 Y1
SB3 增温按钮 X2 故障指示灯 Y2
SB4 减温按钮 X3 冷风机 Y3
SB5 停止按钮 X4 冷凝机 Y4
SB5 手动模式 X5 冷却泵变频器 Y5
SB6 停止按钮 X6 冷冻泵变频器 Y6
SB7 冷风机启动 X7 冷水机组 Y7
SB8 冷凝机启动 X10 冷却塔电动机 Y10
SB9 冷却泵变频器启动 X11 送风电动机 Y11
SB10 冷冻泵变频器启动 X12
SB11 冷水机组启动 X13
SB12 冷却塔电动机启动 X14
SB13 送风电动机启动 X15
4.中央空调控制系PLC部分梯形图（图2）
图2
该制冷系统使用两台电动机型空气压缩机组，当用户按下启动按钮后系统已默认的最低温度16℃开始运行，用户可以通过温度增减按钮设定所需温度（最高设定温度为28℃）。此时温度传感器开始检测室内温度并将检测到的温度通过FX2N-4AD-PT特殊功能模块转换成数字量送入PLC中，当检测到的温度在低于设定温度时不启动机组，在温度高于设定温度时启动一台空气压缩机，2秒后启动另一台空气压缩机。当温度降低到设定温度时停止其中一台空气压缩机组，要求先启动的一台空气压缩机停止运行；当温度降到14℃时另一台空气压缩机也停止运行；当温度低于9℃时，系统发出超低温报警，3秒后系统自动停止运行。当用户按下停止按钮后系统立刻停止运行。
三、组态软件远程控制设计
中央空调控制系统分别由操作站和触摸屏来分别控制，分为本地和远程两种控制模式，其切换方式是在电柜的面板上设计一组切换开关，可以用来切换本地和远程控制。该系统的控制方式分为自动和手动：在自动时，系统按程序及用户设定的参数自动运行，相关参数设定输入框在自动时会自动显示在相关系统画面上；在手动时，所有的设备可单独开停控制，水阀、风阀手动设定开度，设定输入框会显示在相关系统画面上。自动和手动的切换方式在本地和远程两种控制模式系统中分别都有相应的切换按钮。
图3 设定用户设定数值对话框
图4 中央空调实训系统总控制画面
如图3、图4所示，通过组态王软件可以监控设备运行状态，还可以随时修改设备运行各种参数，方便技术维护，保证设备正常运行，还可以利用组态王软件动画模拟仿真设备运行状况。
参考文献：
[1]毛臣健.可编程控制器应用技术及项目训练[M].成都：西南交通大学出版社，2009.
[2]胡学林.可编程控制器应用技术[M].北京：高等教育出版社，2000.
篇7
关键词：调变频器；PLC控制；变频器
中图分类号：TN77文献标识码： A
引言
PLC作为工业自动化控制的主流设备，以控制稳定、数据分析功能强大、通信能力强等特点，广泛地应用到各行各业中，受到广大了自动控制行业的青睐，在垃圾焚烧发电、钢铁冶金及纺织工业等有着广泛的应用。随着控制技术不断发展，基于PLC的变频器控制方法也不断增多，为减少设备干扰，实现安全、稳定控制，对通信控制质量也有了提升要求。
一、PLC系统特点
1、可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。
2、编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。
3、设计安装容易，维护工作量少。
4、适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动，腐蚀，有毒气体等的应用场合。
5、与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。
6、功能完善、通用性强，体积小、能耗低，性能价格比高。
二、PLC与变频器的控制方法
1、操作面板控制
操作面板控制主要是对变频器进行本地的操作，并且是出于电动机转速不频繁的变化的场合。
2、变频器的端子控制
变频器的端子控制是通过对变频器控制端子上的逻辑输入口的逻辑组合，以此来设置各种的预制速度，再通过逻辑输入口放入启动、停止端子和输出频率的改变，控制电动机场合按先前设定的几个固定频率进行运转。端子控制是最早出现的控制方法，它的控制一般是变频器的控制多，所以就需要大量的PLC输入或输出的点数就越多，会导致成本控制的加大，而且这种控制是以关量来进行控制的，对于平滑线的调速不能实现连续调速，也不能进行精确调速，这就使得它只能应用在对于调速的精确要求低，变频器的数目少及不需要信号反馈的控制系统中。
3、变频模拟
模拟控制是以PLC配置的DA模拟量来对变频器进行控制的，而且DA模块的一个通道通常只能控制一台变频器，它的工作流程是：通过DA的模拟量的模块把PLC的数质量改变为4-20mA的电流信号或10v以下的电压信号，以此来对变频器进行控制，通过对PLC的数质量进行改变，从而改变模拟量的大小，实现电机的变速，这种控制方法的编程比较简单，可以对平滑线进行连续的调速和工作性能稳定，但是由于模拟量主要是运用于对电压信号的输出的，所以在电缆线控制比较长的时候，控制线路很容易出现电压降，影响系统的安全性和可靠性。
4、通信控制
通过通信控制的方式，把串行电缆进新房简单的连接，实现变频器的远程控制和监视。该方式可以节约上位机的A/D、D/A的模块，对变频器上的模拟量I/O可以忽视，改进数质量I/OO（红色部分是否多字呢，看不懂什么意思）上的缺点，使得转速给定的高精度和高稳定性得以实现，并且可以从这些使上位机得到足够的信息，保证机械的有效运行[1]（红色部分是否多字呢，看不懂什么意思）。而不同变频器和控制器间的通信协议是不同的，对于不同设备和不同系统间的信息交互，关键的问题还是在于对通信协议的研究。
三、PLC与变频器通信配置
1、通信系统硬件构成及安装方法
FX3U系列的可编控制程序PLC为一台，485ADP的通讯模板一块，安装在主机的左侧，扩展存储盒为一块，含有通讯口的RS485变频器为两台，总数量要在8台以内，电缆为RJ45，终端电阻为100Ω，人机界面为一台。整个安装过程为：首先，使用专用压线钳把RJ45水晶头与电缆一头压接，而另一头依照变频器说明书连接到485ADP的通讯模板上；然后，将PLC主机左侧的面板盖打开，把通讯模板与功能扩展器安装到后盖的面板上；接着，把型号为RJ45的电缆连接到变频器PU口上，变频器末端接收信号之间应连接100Ω电阻，这样做的目的是为了防止因信号传送速度及距离等缘故，造成通讯障碍发生。
2、通信参数设置
为准确建立通信，需要在变频器当中，设置相关参数，像通信速率、站号、等待时间及奇偶校验等，其参数设定是通过操作面板来实现的。PLC参数设置主要包含数据长度是7位，没有协议通信，停止位是1位，站号设置成00，奇偶校验设置为偶数，传输速率是9.6千bps，超时的判定时间设置为1，设置参数能运用相应软件来设置，变频器当中的通讯速率及PLC当中的传输速率所设定的应当一致，对于变频器项目及指令代码的设定可按照变频器的说明书内容进行操作，变频器及PLC通信的实现是依靠电缆链接的。
四、通信系统的实现
在通信过程里，PLC是主机，而变频器是从机，PLC及变频器间是通过主从方式来通讯的，在一个网络通信当中，仅能存在一台主机，并通过站号来区分从机不同，PLC与变频器间采取半双工双向来通信的，变频器只有接收到PLC主机给出的读写命令之后，方能发送命令。例如：对变频器运行给予控制的PLC指令程序，LDX0-SETM0-LDM0 ERTR K11…H02，在这里PLC主机通过站号1向变频器发送正转的指令，此时，K0是站号，而运行指令是HFA，正转指令是H02，通过RSTM0，此指令执行结束。又如，变频器运行的监视，此时PLC的指令程序为LDM8000-EXTR K10 K0…D0，其中，LDM8000表示监视开始，PLC主机会监视站号0的变频器频率，而EXTR K10是变频器运行的监视指令，站号0的表示为K0，频率代码表示为H6F，D0所表示的是PLC数据寄存器，也就是读取地址。运用功能扩展的存储器来控制通信编程，这种控制方式较为容易掌握，只要熟练掌握PLC编程，就可知晓查表过程，掌握速度快，硬件费用比较低，其传输距离更远，传输速度也更快，不仅速率提高，编程的方法更为简单，变频器连接数量也增多，还可运用CC及DP等现场总线来控制，这种控制方法更为先进可靠，但控制成本要比扩展存储器的通信控制造价要高出许多，在小型自控系统或者学校当中，可不用DP及CC现场总线的控制方法，应用人机界面可对操作人员及控制系统间的对话与信息进行交换，并能代替原来的按钮开关、控制面板与指示灯等设置，还能实现远程监控，并显示信息，准确掌握整个机器状况，防止错误出现。
结束语
基于PLC通讯模块可实现变频器的多台控制，控制成本低，调速更为可靠灵活，触摸屏的应用，可对变频器参数监控设定更为简单准确，在实际应用当中，运用PLC与变频器的强大网络，可有效实现多台的电机系统调速控制，推动工农业不断发展前进。
参考文献
[1]王妍.基于RS485的PLC与变频器通信实现[J].现代机械，2010（4）：185.
[2]梁廷魁.RS485串行通讯在自动生产线上的应用[J].数字技术与应用，2011（2）:124 .
[3]顾晓辉.运用PLC和变频器实现电机多段调速[J].机床电器，2011（3）:117.
[4]顾晓辉.运用PLC和变频器实现电机多段调速[J].机床电器，2011（3）:114.
[5]王研.基于RS485的PLC与变频器通信实现[J].现代机械，2010（4）274.
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【关键字】PLC应用培训 故障诊断 测试系统
PLC是专门为工业控制而设计的，其结构紧密固定并且体积较小，是实现机电一体化的理想控制设备，随着微电子技术的不断发展，PLC的制造成本不断下降，但是其功能却在不断加强，PLC的应用已逐步涉及每个领域。
一、PLC的应用及培训
（一）PLC的特点
1.PLC具有极高的可靠性且抗干扰能力强
电气控制设备的关键性能主要是要求其可靠性高，传统的继电器控制系统由于使用了大量的中间或是时间继电器，由于这些继电器接触不良，很容易出现故障，在PLC中大量的继电器被软件代替，因此使得不良的接触点大为减少。此外，PLC还采取了一些硬件和软件的抗干扰措施，具有很强大的抗干扰能力，所以使得其可以直接应用于具有强烈干扰的工业企业生产环境中。
2.PLC的使用方便
在操作方面，PLC采用的是编程器进行程序的输入和更改的操作，更改的程序比较简单可以直接根据所需要的条件进行查找并进行更改。在编程方面，PLC有梯形图、布尔助记符、功能图表等多种程序可以控制设计语言来使用。在维修方面也是比较方便的，一旦发生故障，首先可以通过硬件和软件的自我检测，提示维修人员根据所显示的故障信号灯进行相应的维修，这样就为维修节约了维修成本和维修时间。
3.PLC设计较合理，安装工作量少
PLC中用软件替代了很多器件，使得其控制柜的设计和安装的工作量都大大的减少，而且PLC的编程也比较简单，有规律并且比较容易掌握，PLC是专门为工业过程中的控制而设计的控制设备，它的体积比之前大大的减少，而功能却在不断地完善，机械和电气部件都被有机的结合在一起，这大大的减少了安装的工作量。
（二）PLC的工作原理
PLC主要是采用“顺序扫描、不断循环”方式进行工作的，PLC在运行时，cpu 根据用户的控制要求编制好程序并存储于存储器中的程序，然后按指令步序号进行周期性的循环扫描。在每次扫描的过程中，还要完成对输入信号的采样以及对输出状态的刷新等系列工作，这样周而复始进行扫描、采样以及刷新。PLC的扫描工作又大致可以分为输入采样、程序的执行以及输出刷新这三个阶段，并进行不断的循环。
（三）PLC在应用过程中的注意问题
1.PLC的工作环境，首先PLC对环境温度的要求一般在0-55摄氏度，在安装的时候应该注意不能将其放在热量大的原件下面，做好在其四周的通风散热的空间要足够大。而且应该保持空气的相对湿度，PLC还应远离强烈的震动源，还应该避免空气中的腐蚀及易燃的气体。其次应该控制其系统中的干扰及其来源，PLC的干扰源大都来自电流或电压剧烈变化的部位，主要原因是因为电流的改变会产生磁场，对设备会产生电磁辐射，而且磁场的改变也会产生电流，这样就会造成电磁对PLC系统的干扰。在PLC系统中也存在着干扰因素，强电干扰、柜内干扰以及来自信号线的干扰。
（四）PLC的工作方式
PLC首先会做输入处理，在执行程序前，将PLC的整个端子的输入状态写到输入数据的存储器中，所以在执行程序的过程中，即使输入发生变化，输入存储器的数据内容也不会变化，在进行下一个周期的输入处理时，将这种变化写入。在程序处理的时候，PLC将会根据程序存储器的内容，从输入数据存储器中与其他器件的数据存储进行对比，读出各种软器件的开关状态，从初始状态开始顺序运算，每次都会将结果写入数据的存储器，所以各种软器件就会随着程序的执行慢慢将内容改变，而且在此过程中，输出继电器的内部输出点可以利用数据存储器的内容来执行。而在输出处理，当所有的命令执行结束后，向输出数据存储器发出数据存储器的状态，这就成为PLC的实际输出。
二、PLC的故障诊断
PLC作为一种成熟稳定并且可靠的控制器，其应用范围越来越广，PLC系
统的设计直接关系着工业控制系统的安全与运行。一个完善的PLC系统除了可以正常运行，满足工业的要求，还必须可以及时在系统出现故障时能够及时诊断故障并进行处理。
（一）根据PLC的状态信息诊断故障
PLC的故障可能出现在机器运作的各个过程中，在其输入时可能出现故障，一般在实际应用中，一旦系统的某回路不能按照要求动作，可以根据信号灯的提示，检查输入开关的电接触点是否可靠，也可以采取一种简单的方法就是短路法，将外联设备状态的输入线断开，并且用一条导线将公共线连接处和设备的输入端口进行连接，这就会给PLC一个接通的信号，如果PLC有显示就正常，反之则有故障。在输出遇到故障时，应该从PLC的输出模式中观看信号显示的是否正常，然后继续检查PLC输出继电器有没有吸合，再看外联设备有没有驱动信号，如果有信号但是设备不运行，则是设备遇到故障。
（二）使用机器外编程诊断故障
对于PLC的一些设备，有些故障是没有报警信息提示，并且某些动作将不会执行。对于这些故障就需要一些根据实际工作情况和PLC的梯形图来诊断故障，在分析这类故障的时候就要使用机外编程来对PLC的梯形图的运行情况进行跟踪，找出出现故障的原因。
故障的诊断一般也分为两种途径就是故障树方法和专家系统方法，故障树方法就是利用故障的逻辑结构进行推理，通过错误的输出找到错去的输入。这种方法比较简单实用且程序也是比较简单的，各部分耦合情况少的。而专家系统分析法则是建立在系统故障的知识上，运用强大的知识库和推理性，利用计算机借助现场的数据进行分析，找到故障所在。
总结：
随着PLC在各个领域中的广泛应用，PLC控制系统逐步也面临着一些问题，比如PLC的干扰问题，这是一个比较复杂的问题，所以应该在PLC的抗干扰方面加大研究力度，合理有效的抑制干扰，使得PLC控制系统正常的工作。面对PLC的巨大的发展市场，PLC的产品将会有更丰富、种类更加齐全。PLC作为国际通用网络和自动化控制网络的不可或缺的组成部分，将会在工业控制领域中发挥越来越大的作用。
【参考文献】
[1]李大庆，基于PLC的数控机床故障诊断[J]，煤矿机械，2007
[2]宫淑贞，王冬青，徐世许，可编程控制器原理及应用，2002
[3]程周，可编程控制器技术与应用[M]，电子工业出版社，2002
篇9
【关键词】PLC；强制通风；老化试验；换气率
1.引言
强制通风热空气老化试验机是材料老化性能测试必不可少的设备。UL817和UL746B明确提出，高分子材料及相关制品进行人工老化测试需要使用强制循环式热空气老化试验设备。ASTM D5374和ASTM D5423对这类仪器的实验方法和参数设定进行了约定，提出以消耗电能法来计算老化箱中的换气速率。
目前市场上大量生产的热空气老化试验机，大都采用传统的瓦时计，通过手工计算换气率来调节换气阀，无法迅速准确地达到标准所要求的换气速率，尤其是在环境温度、实验温度及换气量等因素同时发生变化时，手动调节方式带来更大的试验误差。由于操作复杂，还会导致很多人为操作误差。例如很多用户在试验中，往往不考虑环境温度，随意调节气门开启的大小，造成换气次数的不确定，使材料热空气老化试验数据失去研究价值。
可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）目前已广泛应用于工业装备的各个领域。采用PLC设计强制通风的热空气老化自控系统，可实现对整个换气老化试验箱系统的参数设定、指令控制和工作监测等功能。本研究以PLC为基础，通过试验箱环境参数的数据分析，应用多种现代工业控制新技术，设计出全自动强制通风的热空气老化试验机，有效的解决了传统强制通风热老化试验机的换气设定效率低的问题。
2.老化试验机换气次数的计算方法
根据ASTM D5374和ASTM D5423，在强制循环式热空气老化试验中，老化试验箱换气次数的计算可以参考如下公式：
式中：N=每小时的换气次数
P1=全闭合功率，即在无通风情况下，读取测定的试验箱风机能量消耗除以测试的时间（小时）所得的值。单位为瓦特W
P2=通风期间的平均电力消耗，以相同的方式计算而来，单位为瓦特W
V=老化机中循环空气的总容积，单位为m3
ρ=测试期间周围室内空气的密度，单位为kg/m3
T=老化机内部温度和环境室温之间的温差，单位.为℃
通过电热式换气率计算公式，为了在实验设定中实现“当前换气次数”的即时显示，需要使用PLC技术解决以下三个参数。
2.1 老化试验机全闭合功率校正曲线的建立
老化试验箱达到不同测量温度点所需的全闭功率差异是非常大的。传统的换气老化试验机，必须在每次测试前，根据环境的变化反复确认全闭消耗功率。而测试一次全闭消耗功率需要至少30分钟，效率极低。因此，本文采用PLC的运算功能，通过对老化试验箱的设定温度和全闭功率的实测和校正，运用非线性回归分析，获得老化试验箱全闭功率函数方程。由图1可见，不同测试温度下，老化试验箱的全闭功率数据与实际测试的数据之间有较好的重合性。
“全闭功率―温度”函数方程的建立，为老化试验箱“当前换气次数”的自动计算，奠定基础。
2.2 测试期间老化试验箱周围室内空气密度的确定
不同环境温度下，箱体的空气密度不同。由于式1与测试期间周围室内空气的密度有关，本文将不同温度条件下的空气密度，通过“空气密度―温度”函数方程进行表征，解决了不同温度下，由于空气密度不同而导致“当前换气次数”自动计算困难的问题。
2.3 测试期间环境温度的变化
传统老化机只能在测试前，根据当时的环境温度，进行换气次数的计算。但是，一次换气热老化实验时间至少6小时以上。在如此长的测试时间中，环境温度的变化是不可避免的，为了消除此项所产生的不确定性。全自动可编程换气老化试验机控制系统，外接了一路温度传感器，对环境温度进行了即时监测。
3.全自动可编程换气老化试验机工作流程图
在上述参数确定方案基础上，根据式1，编写老化试验机工作流程图，见图2。
4.全自动强制循环式热空气老化机控制结构
如图3控制结构框图所示，操作者可通过工业触摸屏（HMI）或PC，设定实验需要的温度和换气次数。此时，PLC根据事先通过拟合的内置的数学模型，控制伺服到预定位置。
PLC接收到箱体内的温度传感器的数据，首先运用PID技术调节SCR，进行温度的运算和控制；由于经过SCR器件控制后的电力波形和标准正弦波之间存在太大的差异，为了计量准确，采用真有效值的电压和电流传感器，采集加热器端的电力数据，采用积分算法获得消耗的电热功率数据。然后，根据即时侦测的箱体外温度传感器的数据，计算当前换气率，并显示在HMI或PC上位机上，见图4。当箱体在设定温度达到热平衡时，PLC开始根据外部温度、空气流动速度的变化，运用比较算法采用位置控制模式，自动调节伺服。利用伺服驱动“进气流量调节机构”来达到控制箱体换气率的目的。
此外，由于采用PLC技术平台，可以根据需要编写相应程序，达到可以选择“定斜率升温控制模式”和“阶跃升温模式”进行预先设定多种温度的变温测试。同时，在上位机利用Siemens公司提供的PC Access作为OPC（OLE for Process Control）服务器，使用Visual Basic语言编写Siemens PLC的客户机PC控制程序，从而可以更轻松地获得远程控制和多台老化机系统集成控制功能和数据处理能力。
5.结论
本文以PLC技术为基础，结合各种传感器和伺服技术。成功设计出能够自动计算和控制换气率的“全自动强制循环式热空气老化试验机”，为老化检测仪器领域的应用提供了新的思路。实践证明，换气率控制稳定性较早期产品有明显提高，降低测试系统的不确定性。在操作性方面，比“普通强制通风的热空气老化试验机”更简洁高效。
参考文献
[1]UL817 Cord Sets and Power-Supply Cords[S].
[2]UL746B Polymeric Materials-Long Term Property Evaluations[S].
[3]ASTM D5374-93 Standard Test Methods for Forced-Convection Laboratory Ovens for Evaluation of Electrical Insulation[S].
[4]ASTM D5423-93 Standard Specification for Forced-Convection Laboratory Ovens for Evaluation of Electrical Insulation[S].
篇10
关键词：C/S模式；多层结构；Access；考试系统；Delphi；随机选题；实时评分
中图分类号：TP311.52
数字化建设以实现数字化网络环境、资源、学习和工作环境、科研和管理、信息化和现代化等为最终目标[1]。为提高广大科技干部的理论水平，加快岗位数字化训练建设进程，创建无纸化学习与考试环境，考虑到考试保密性、安全性和多专业等需求，本文采用Delphi7.0软件开发基于C/S模式多层结构的在线岗位训练考试系统，系统使用Microsoft Access数据库。本软件具有计算机自动组卷、实时评分、随机抽取考试题目、模拟考试等功能，使考试工作标准化，技术人员可随时对知识掌握程度和质量进行评估。
1 系统开发相关技术
1.1 基于C/S模式的多层结构
两层C/S结构具有可靠性低、灵活性差、资源浪费、维护费用高等结构缺陷[2]，其业务逻辑和表达逻辑在一个处理过程中存在，每连接一台电脑就会建立一个数据库连接，电脑的增加会加大数据库服务器的负载，使效率变低[3]。多层结构的C/S模式，将中间业务逻辑层独立出来，具备可按应用要求部署逻辑层次、网络效率提高、管理性强、重用性好等优点[3-4]。
1.2 Delphi7.0和Microsoft Access数据库
Delphi程序可快速进行模块化编程，在集成环境、图像编辑（Image Editor）和强大的数据库功能[5]。系统使用Microsoft ActiveX Data Objects（ADO）和可以处理少量数据的Microsoft Access数据库[6]，针对岗位几个专业的数据库题库设计，在少量用户访问数据库时效率很高。
2 基于TCP/IP通信的三层C/S结构设计
三层C/S结构表达逻辑独立，可在客户端上进行设置；业务逻辑放在服务器上，这种结构对数据库的连接减少[3]。在线训练考试系统由基于C/S架构的多层结构组成，包括数据库服务器（数据服务层）、应用程序服务器（业务逻辑层）和客户端程序（数据表示层）三部分。
2.1 主要技术参数
系统采用数据库服务器中的Microsoft Access数据库来存储提交的答案。应用程序服务器要通过各种接口来完成查询、数据录入、分析等工作，并采用数据模块Remote Data Module，控件TADOconnection、TADOtable和Tdataset Provider与数据库服务器连接。客户端程序由用户界面和自动评分系统组成，进行时间记录、自动评分及与应用服务器传递数据。若在考试系统安装过程中服务器计算机发生变动，则客户端和服务器连接采用动态连接。安装客户端的电脑必须要连接服务器来获取服务，且要保证位于服务器的中间件与接口程序正常，使用TCP/IP协议与应用服务器之间进行通讯。考试系统采用TDBgrid组件显示数据，利用Tdatasource获取数据，可对TDBGrid表数据进行修改，再通过TclientDataset部件向应用服务器发送更新数据请求[7]。
当上述工作都准备好后，启动在线训练考试系统，弹出服务器配置窗口，配置客户端所连服务器的名称、IP地址和连接传递信息所用的端口地址。若中间件、接口程序和系统程序都安装在作为服务器的电脑上，则服务器名与IP地址相同。在作为服务器的电脑不改变的情况下，客户端上服务器配置完毕，进入考试系统就不用再配置。系统采用ACCESS数据库保存提交的考试答案。考试系统具有自动交卷和自动评分功能，成绩存储在服务器的数据库中[8]。
2.2 系统实现过程
2.2.1 数据库服务器设计
考虑到实际需求，把每个岗位的计算机作为一个客户端，安装一个在线训练考试系统，通过点击随机抽题、提交试卷按键，可与服务器存储的主数据库进行交换，继而发送给各岗位计算机。服务器不执行数据处理，只有在点击上述按键时，才会发送请求数据，把整个数据集通过网络发送给正在进行训练考试的计算机[9]。
将各岗位试题存储到系统数据库中，普通用户也能建立自己的题库系统，为避免无关人员对数据库修改，数据库可设定密码。建立系统数据库test.mdb，存储于数据库服务器上设置为共享的文件夹下，文件路径为：C：＼在线训练考试系统＼系统数据库＼Pserver＼Databasefolder。
2.2.4 用户界面设计
（1）考试系统
（2）随机抽取试题功能的实现
系统摈弃人工抽取试题组卷，采用快速自动的系统随机生成抽题。基本原理是：利用random（）函数循环生成题号，再比较生成的题号，不重复就记录在Pick_Questions[i]数组中。目的是给用户提供更快捷的考试节奏，随机选题更能体现试卷的客观性。主界面上设计了相应的按钮控件，对按钮控件添加命令代码，可以实现随机抽取试题操作。
（3）考试时间记录
考试系统的目的在于检验和增强科技干部对于岗位知识掌握的熟练程度，设计时没有规定固定的考试时间段。在考试界面按下按钮后，开始时间以当前系统时间被记录到试题数据库的表Login中，当点击后，结束时间以当前系统时间也被保存。
3 实时评分
提交试卷后考试界面上方会出现成绩，记录在数据库表Login中。
3.1 题型计分
4 结论
基于多层C/S架构，使用Delphi7.0软件开发，选择Microsoft Access作为系统数据库的在线岗位训练考试系统使技术人员随时随地对岗位技能知识进行考核，可长期保存考试信息、便于管理存档，加快了岗位信息化建设步伐，具有实用性和很重要的推广价值。
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