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培养高级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、抗干扰能力强，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，作为学校如何培养出高素质应用型PLC人才，这成为社会、学校、教师与家长关注的焦点。根据多年的教学实践，就影响PLC人才培养的各个因素的提高与协同，我提出以下几点建议以供参考： 

    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技术进行有机地联系，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技术仿真实训室，从而为“PLC仿真项目开发”的实训教学创造良好条件。教学实践证明，只有通过PLC仿真项目方面的实训，让学生亲自编程、实际接线和仿真调试，并对运行过程中所遇到的问题进行分析和改进，才能真正培养学生创新思维和综合职业能力，真正实现学生毕业后在PLC技术应用领域“零距离上岗”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兴趣，同样在PLC教学中激发学生的兴趣并不难，重要的是让学生不断地提高，不断地体验到成功的喜悦，这样才能始终保持其浓厚的兴趣。

     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？教师可以通过一个简单、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控制系统包括主电路与控制电路，PLC的外部硬件连线与内部软件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控制系统的构成与工作过程，再以此为基础进行外部硬件连线与内部软件编程两个基本环节的深入讲解，这样便于学生对比继电接触器控制系统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。 

    理论课教学过程中要使用多媒体教学手段，利用多种计算机技术制作以PPT为主体的电子课件，借助多媒体技术，用生动丰富的画面和美妙动听的音乐效果吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，同时可以提高教学的效率。PLC的外部接线（包括主电路接线）首先讲原理图，结合实验、实训、实习讲解装配图与实际连线图，要让学生体会课堂上的原理图、实验中的接线与实训、实习中的接线的区别与联系，教会学生善于理论联系实践，以理论指导实践，以实践验证理论。 

当前流行的三菱PLC的编程软件为FXGP_WIN-C与GXDeveloper，FXGP_WIN-C没有仿真功能，在理论讲授中缺乏直观性，而GXDeveloper编程软件加装GXSimulator6-C后具有仿真功能，在编程器件、指令与编程实例的讲解中利用仿真可以加强直观性，便于学生的理解，对于某些程序的检验与编写学生可以不用到实验室，直接利用学校机房结合软件的仿真功能完成，这样既增强了学生自主学习的能力，提高了学习兴趣，也提高了学习的效率，学生不用走进实验室也能使理论教学与实验教学同步进行，大大提高老师的教学效果以及学生的理解和接受能力。

    2、实验、实训与上机课可以采用自主学习方式。自主学习方式是一种学习者在总体教学目标的宏观调控下，在教师的指导下，根据自身条件和需要自由地选择学习目标，学习内容和方法，并通过自我调控的学习活动完成具体学习目标的学习方式。自主学习离不开教师的适时指导与评价，学生只有在教师的适时帮助下，才能不断地完成一个又一个实验与实训项目，获得越来越大的成就感，增加自己自主学习的动力，从而保证自主学习方式的良性发展。教师还必须结合理论课程的进程，结合实验实训设备编写由浅入深、逐步递进、面向不同层次学生的实验实训指导书，为学生的自主学习提供有力的理论支撑。

     3、综合实训是PLC课程**的一个环节。要安排充足的时间进行，还要提高实训的效率，综合考虑学生个体的差异。在实训中，遵循能者多劳，共同提高的原则，把学生按个体差异分组，各组根据自己的能力情况选择不同控制要求的实训内容，根据控制要求，进行编程、调试，故障诊断与排除。这种方法较灵活的解决了学生能力差异存在的相互制约问题，同时也培养了学生的分工及团队合作的能力。 

    三、成绩评价机制。应该明确成绩评价不是教学行为的**终目的，成绩评价应作为激励学生学习的一种方法，成绩评价应做到及时、公正，具有可操作性。1、理论成绩评定包括笔试成绩、平时成绩和实验成绩，笔试成绩通过开卷或闭卷方式，考核了学生对PLC基本知识的掌握程度；平时成绩通过平时独立完成作业的质量、上课出勤、课堂上解决问题的能力及创新方法等来评定；2、实验实训成绩评价应能体现出竞争机制，根据不同的任务要求分两种情况：**，保证完成质量的前提下，根据完成速度评定分数；第二，保证统一时间的前提下，根据完成质量评定分数。教师根据完成质量或速度只对每个团队进行分数评定，团队每个成员的分数则依据教师给定分数通过本团队民主评议得分，这样促进团队内每个成员的积极性与主动性，同时培养学生的团队意识。 

    四、校内学习与校外锻炼。学生在学校所学的PLC知识与技能对比实际工作岗位中的PLC控制系统，仍具有一定的差异或差距，学生就业后在工作岗位中一定会遇到一些难于解决的难题，这就需要学校、教师仍然要加强对学生毕业工作过程的指导，把这些问题的解决方法做成典型案例对在校学生讲解，对在校生来说也是一种良好经验的积累。学生就业后，在工作岗位上应不断地与学校教师沟通，不断地向有经验的师傅请教，才能熟练掌握PLC控制系统的设计与应用。

     总之，作为学校只有做到以上若干方面协同优化，才能真正培养出高素质应用型PLC人才。

FANUC PLC基本指令的综合运用梯形图举例

综合运用FANUC PLC基本指令的例子，来说明梯形图与指令代码的应用，此例子把12条基本指令都用到了。图1是梯形图的例子，表1是针对图1的梯形图，用编程器向PLC输入的程序编码表。

图1 梯形图举例

表1   梯形图1的编码表

PLC的基本类型

可编程控制器类型很多，可从不同的角度进行分类：

4.1按控制规模分

控制规模主要指控制开关量的入、出点数及控制模拟量的模入、模出，或两者兼而有之（闭路系统）的路数。但主要以开关量计。模拟量的路数可折算成开关量的点，大致一路相当于8～16点。

依这个点数，PLC大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。

微型机控制点仅几十点，如德维森公司的V80系列PLC本体从16点到40点，OMRON公司的CPM1A系列PLC，西门子的Logo仅10点。

小型机控制点可达100多点。如如德维森公司的V80系列PLC可扩展到256点，OMRON公司的C60P可达148点，CQM1达256点。德国西门子公司的S7-200机可达64点。

中型机控制点数可达近500点，以至于千点。如德维森公司的PPC11系列可扩展到1024点，OMRON公司C200H机普通配置**多可达700多点，C200Ha机则可达1000多点。德国西门子公司的S7300机**多可达512点。

大型机：控制点数一般在1000点以上。如如德维森公司的PPC22系列可扩展到2048点，OMRON公司的C1000H、CV1000，当地配置可达1024点。C2000H、CV2000当地配置可达2048点。

超大型机：控制点数可达万点，以至于几万点。如美国GE公司的90－70机，其点数可达24000点，另外还可有8000路的模拟量。再如美国莫迪康公司的PC－E984--785机，其开关量具总数为32k（32768），模拟量有2048路。西门子的SS－115U－CPU945，其开关量总点数可达8k，另外还可有512路模拟量。等等。

以上这种划分是不严格的，只是大致的，目的是便于系统的配置及使用。

一般讲，根据实际的I/O点数，凡落在上述不同范围者，选用相应的机型，性能价格比必然要高；相反，肯定要差些。

自然，也有特殊情况。如控制点数不是非常之多，不是非用大型机不可，但因大型机的特殊控制单元多，可进行热备配置，因而采用了大型机。

4.2按结构划分

PLC可分为箱体式及模块式两大类。微型机、小型机多为箱体式的，但从发展趋势看，小型机也逐渐发展成模块式的了。如OMRON公司，原来小型机都是箱体式，现在的CQM1则为模块式的。

箱体的PLC把电源、CPU、内存、I/O系统都集成在一个小箱体内。一个主机箱体就是一台完整的PLC，就可用以实现控制。控制点数不符需要，可再接扩展箱体，由主箱体及若干扩展箱体组成较大的系统，以实现对较多点数的控制。

模块式的PLC是按功能分成若干模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。大型机的模块功能更单一一些，因而模块的种类也相对多些。这也可说是趋势。目前一些中型机，其模块的功能也趋于单一，种类也在增乡。如同样OMRON公司C20系列PLC，H机的CPU单元就含有电源，而Ha机则把电源分出，有单独的电源模块。

模块功能更单一、品种更多，可便于系统配置，使PLC更能物尽其用，达到更高的使用效益。

由模块联结成系统有三种方法：

①无底板，靠模块间接口直接相联，然后再固定到相应导轨上。德维森公司的V80系列PLC就是这种结构，比较紧凑。

②有底板，所有模块都固定在底板上。如德维森公司的PPC11、PPC22和PPC31系列PLC，OMRON公司的C200Ha机，CV2000等中、大型机就是这种结构。它比较牢固，但底板的槽数是固定的，如3、5、8、10槽等等。槽数与实际的模块数不一定相等，配置时难免有空槽。这既浪费，又多占空间，还得占空单元把多余的槽作填补。

③用机架代替底板，所有模块都固定在机架上。这种结构比底板式的复杂，但更牢靠。一些特大型的PLC用的多为这种结构。

4.3按生产厂家分

目前生产PLC的厂家较多。但能配套生产，大、中、小、微型均能生产的不算太多。较有影响的，在中国市场占有较大份额的公司有：

德国西门子公司：它有S5系列的产品。有S5－95U、100U、115U、135U及155U。135U、155U为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。**近还推出S7系列机，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400机（大型）。性能比S5大有提高。

日本OMRON公司：它有CPM1A型机，P型机，H型机，CQM1、CVM、CV型机，Ha型、F型机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长，在中国及**市场，都占有相当的份额。

日本三菱公司的PLC也是较早推到我国来的。其小型机F1前期在国内用得很多，后又推出FX2机，性能有很大提高。它的中、大型机为A系列。AIS、AZC、A3A等。

日本日立公司也生产PLC，其E系列为箱体式的。基本箱体有E-20、E-28、E－40、E－64。其I/O点数分别为12/8、16/12、24/16及40/24。另外，还有扩展箱体，规格与主箱体相同其EM系列为模块式的，可在16～160之间组合。

日本东芝公司也生产PLC，其EX小型机及EX－PLUS小型机在国内也用得很多。它的编程语言是梯形图，其专用的编程器用梯形图语言编程。另外，还有EX100系列模块式PLC，点数较多，也是用梯形图语言编程。

日本松下公司也生产PLC。FP1系列为小型机，结构也是箱体式的，尺寸紧凑。FP3为模块式的，控制规模也较大，工作速度也很快，执行基本指令仅0?l微秒。

日本富士公司也有PLC。其NB系列为箱体式的，小型机。NS系列为模块式。

美国GE公司、日本FANAC合资的GE－FANAC的90－70机也是很吸引人的。据介绍。它具有25个特点。诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。它有914、781／782、771／772、731／732等多种型号。另外，还有中型机90－30系列，其型号有344、331、323、321多种；还有90－20系列小型机，型号为211。

美国施奈德公司(莫迪康)的984机也是很有名的。其中E984－785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点。小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点，在**与**小之间，共20多个型号。**近又推出Twido系列PLC，有10、16、20、24、40点几种规格。

美国AB（Alien－Bradley）公司创建于1903年，在**各地有20多个附属机构，10多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的PLC－5系列是很有名的，其下有PLC－5/10，PLC－5/11，……PLC－5/250多种型号。另外，它也有微型PLC，有ControLgix系列和SLC－500系列。有三种配置，20、30及40I/O配置选择，I/O点数分别为12/8、18/12及24/16三种。

美国IPM公司的IP1612系列机，由于自带模拟量控制功能，自带通讯口，集成度又非常之高，虽点数不多，仅16入，12出，但性价比还是高的，很适合于系统不大，但又有模拟量需控制的场合。新出的lP3416机，I/O点数扩大到34入、12出，而且还自带一个简易小编程器，性能又有改进。

国内PLC厂家近年来发展较快，目前有几家国产PLC厂商则是齐头并进，但大多规模不大。比较有影响的有：深圳德维森、深圳艾默生、无锡光洋、无锡信捷、北京和利时、北京凯迪恩、北京安控、黄石科威、洛阳易达、浙大中控、浙大中自、南京冠德、兰州全志等。如，德维森公司自主研发生产了多种型号与规格的PLC，有V80、PPC11、PPC22和PPC31等几个系列，产品种类齐全，性能稳定可靠，在性价比上有较大的优势。和利时公司的FOPLC系列和自主研发的G3系列，凭借公司在工程领域的实力，已逐步向工控中多个领域迈进。国产PLC从技术方面来讲，差距已逐步缩小，市场方面则要一点一点去争，相信国产PLC凭借其自身的技术实力和本地化的技术服务能力以一个合格的挑战者身份与国际品牌同场竞技。

此外，韩国和**地区的一些公司目前在国内也占据不可忽视的市场份额，比如韩国LS（LG）公司的K80S、K120S、K200S、K300S和K1000S系列PLC，**永宏的F

siemens PLC200的特殊标志位（SM）

 特殊标志位为用户提供一些特殊的控制功能及系统信息，用户对操作的一些特殊要求也要通过SM通知系统。特殊标志位分为只读区和可读可写区两部分。

    只读区特殊标志位，用户只能使用其触点，如：

    SM0.0    RUN监控，PLC 在RUN状态时，SM0.0总为1。

    SM0.1    初始化脉冲，PLC由STOP转为RUN时，SM0.1接通一个扫描周期。

    SM0.2    当RAM中保存的数据丢失时，SM0.2接通一个扫描周期。

    SM0.3    PLC 上电进入RUN时，SM0.3 接通一个扫描周期。

    SM0.4    该位提供了一个周期为1 min，占空比为0.5的时钟。

    SM0.5    该位提供了一个周期为1 S，占空比为0.5的时钟。

    SM0.6    该位为扫描时钟，本次扫描置1，下次扫描置0，交替循环。可作为扫描计数器的输入。

    SM0.7    该位指示CPU工作方式开关的位置，0=TERM，1=RUN。通常用来在RUN状态下启动自由口通信方式。

    可读可写特殊标志位用于特殊控制功能，如用于自由口设置的SMB30，用于定时中断时间设置的SMB34/SMB35，用于高速计数器设置的SMB36～SMB62，用于脉冲输出和脉冲调制的SMB66～SMB85等。

在S7-200 CPU中，计数器用于累计从输入端或内部元件送来的脉冲数。它有增计数器、减计数器及增/减计数器3种类型。由于计数器频率扫描周期的限制，当需要对高频信号计数时可以用高频计数器（HSC）。

计数器有以下两种寻址形式。

    ●当前值寻址：16位有符号整数，存储累计脉冲数。

    ●计数器位寻址：根据当前值和预置值的比较结果置位或者复位。同定时器一样，两种寻址方式使用同样的格式，即C+计数器编号。