基于项目导向的“PLC控制编程技术”基于项目导向的“PLC控制编程技术”
摘要：针对“PLC控制编程技术”课程理实一体化的特点，提出基于项目导向的教学模式改革方案。遵循认识规律，以三大教学模块(包含难度递增的项目)作为教学载体，以无线遥控激光技术辅助现代电化教学，将灵活多样的混合教学法贯穿整个教学过程，并采取动静结合的考核方式考评学生。实践证明，采用该教学模式能有效激发学生的学习潜能。
关键词：高职;PLC控制编程技术;教学模式改革;项目导向
作者简介：季丽琴，女，江苏苏州健雄职业技术学院讲师，硕士研究生，主要研究方向为PLC、图像处理、单片机。
“PLC控制编程技术”课程是高职院校机电一体化专业中的一门必修课程，也是机电一体化技术专业人才培养的核心课程，主要培养学生PLC控制系统的硬件选型、安装接线及编程调试能力。这种能力可以概括两个方面：一是逻辑思维，二是动手实践。
以往的授课经验告诉我们，在该课程的实施过程中存在以下几个问题：一是高职学生普遍比较惧怕或者不愿意开动脑筋思考与学习，逻辑思维能力薄弱;二是传统的采用平时考核及笔试考核相结合的方式过于宽松，导致一部分学生产生了浑水摸鱼的投机心理，得过且过;三是教师的教学方法和手段过于单一，导致学生学习兴趣不高，上课容易走神。
针对以上问题，本文提出基于项目导向的教学模式改革方案，该方案主要从教学载体(内容)、教学过程(教学方法与教学手段)、教学考核三大方面实施。
一、教学载体(内容)改革
按照PLC技术的行业特点及控制技术要求[1-4]，结合学生的认知特点，参照国家可编程序控制系统设计师(中级)资格标准及德国机电一体化工种对相关方面的要求，确定本课程的教学载体由3个不同层级的教学模块构成，每个模块由多个难度系数递增的项目组成，具体项目载体分别见表1、表2、表3。
表1基础模仿模块
序号项目名称
项目一电动机起保停控制
项目二电动机星三角控制
项目三四台电动机顺序控制
表2独立操作模块
序号项目名称
项目一交通灯控制
项目二液体混合控制
项目三四路抢答器设计
表3团队协作模块
序号项目名称
项目一喷泉控制
项目二生产流水线
项目三机械手控制
项目四循环运算
项目五两台PLC之间的通信
依据认识论规律要求，三大教学模块的设计从感性入手，从易到难，边做边学，反复训练，从而让学生从一个生手变为一个熟手。基础模仿模块主要以教师实践演示为主，学生模仿老师边学边做;独立操作模块主要以学生为主体，在教师的指导下开展独立的简单项目实施与讨论，然后实践确定的实施方案;团队协作模块的教学目的主要是使学生在项目实施中获得能力提升的同时，逐渐养成团队协作意识，在分工协作的学习状态下，完成PLC控制系统的设计与调试。
二、教学过程改革
教学是一项系统工程，它包括教学载体(内容)、教学过程(教学方法与教学手段)、教学考核三大方面。合理的教学载体是搞好教学的基础，有效的教学过程则是搞好教学的关键。因此，必须重视教学过程的实施，采用有效的教学方法与教学手段进行教学。
(一)以项目为导向，采用灵活多样的混合教学方法
传统的教学方法主要有启发式教学法、教师演示法、案例教学法、多媒体教学法、小组讨论法，等等。这些方法各有特点，各有优势。但是，教学的实施过程中若只是单一的采用一种教学方法，再加上教学载体的难度不同，势必会造成学生学习积极性的下降。
为此，本文提出以项目为导向，采用灵活多样的混合教学方法。该方法中“以项目为导向”指的是根据项目的难易程度及教学目标，采取多种教学方法混合教学。比如：在基础模仿模块中，项目是基础性的，学生在这个模块的学习中主要发挥模仿的作用，而教师则需要采用一定的方法让学生能够模仿，教师起到的是示范作用。所以，在这个模块的教学过程中，适合采用多媒体教学法与教师演示法相结合的模式。通过多媒体教学，让学生直观的看到电动机的启动、保持、停止等运行效果，引起学生的好奇心，同时又避免了因枯燥的“填鸭式”理论而致学生排斥听课的现象发生。通过教师的亲手演示，让学生亲眼见证从程序的编辑到PLC外围接线，再到程序的下载、调试及呈现最终运行效果的整个过程，给学生提供了模仿的平台。独立操作模块强调的是以学生为主体、教师为辅助的独立学习与实践。学生应发挥各自才能，以小组为单位开展讨论，并确定最终的实施方案。学生是主角，教师是配角。因此，针对这个模块，建议综合采用小组讨论法与启发教学法的教学模式。借助小组这个平台，学生们各抒己见，商讨实施方案，这样有利于提高学生学习的主动性与积极性。若发现讨论的方案未能有效实施，这时教师应合理且有效地对小组成员进行启发与引导。团队协作模块是独立操作模块的升华，该模块的重点教学目标是培养学生的团队协作意识。因此，建议以小组讨论法为主、教师引导为辅的模式完成这个模块的教学。通过小组讨论，确定人员分别完成程序的编辑、下载与调试及PLC外围接线，碰到问题时，应以小组内部讨论及外部讨论的方式解决，若都无法解决，教师应进行指导。
(二)采用无线遥控激光技术教学手段
教学手段是师生之间相互传递教学信息的工具、媒体或设备。传统教学手段主要指一本教材、一块黑板、一支粉笔等，现代化教学手段是指各种电化教育器材和教材，将投影仪、计算机、录音机、录像机、电视机等等搬入课堂，作为直观教具应用于教学。现代化的教学手段因利用声、光、电等现代化科学技术辅助教学，又称为“电化教学”。
教学方法能否顺利开展是建立在是否采取有效教学手段的基础之上，因此，必须采用恰当的手段开展教学。传统的教学手段需要教师用粉笔在黑板上写明知识点，然后为了提醒学生，可能需要用教鞭或者手指出知识点;现代的教学手段往往利用计算机和投影仪，对PPT或多媒体课件进行播放，此时，对于相关知识点的强调除了需要教师的声音提醒外，可能也需要用教鞭指示。为了解决上述两种教学手段出现的共同问题，本文提出利用无线电脑遥控激光笔这种工具进行教学。它集遥控电脑功能与激光教鞭于一身，运用计算机USB技术、红外技术、无线射频等技术，无线控制距离超过20米，使教师在教室的任何一个角落都可以灵活自如地操作电脑，在教学时很好地解决了使用手和鼠标的不便，并可以随心所欲的翻页，更为重要的是，它还能当教鞭。这个教鞭在教室范围内都能对目标准确定位，而且从它里面发出的激光颜色聚焦点能抓住学生的眼球，让学生一下子定位到学习目标上。事实上，目前笔者已经将这种工具运用于课堂上，效果的确很好。
三、教学考核改革
教学过程的效果评价取决于教学考核。教学考核本应在教学的过程中实施，之所以单独把教学考核单独列出来表述，是因为教学考核的重要性。合理且有效的教学考核标准有利于促进学生的学习积极性，有利于考察学生的学习效果，有利于向教师反馈教学效果的信号。
针对高职学生的学习特点，本文提出以下教学考核方案。课程为终结性考核，主要由平时考核(占10%)、实操项目考核(占30%)和期末考试(占60%)三部分构成。其中，平时考核包括学生的作业、实验报告等方面的考核，期末考试则以一份理论试卷评价学生的学习效果。平时与期末这两种考核方式均是静态的，不具备实时性，而实操项目的考核则是动态的、实时的、随机的，也是最能考查学生的学习状态和学习效果。因此，要特别注重实操项目的考核。在课堂的教学过程中，教师采取实时、随机考核的方式考核任意一位学生(随机挑选)，考核的时间是随机的，考核的次数也是随机的，最终的实操成绩为所有实操考核成绩(针对一位学生)的平均值(见表4)。班级中的每一个学生都会被考核到，学习态度和动手能力较差的学生可多次考核，学习态度认真、动手能力较好的学生可适当减少考核次数。实践证明，实时、随机的考核方式能有效地驱动学生学习。
表4实操项目考核
姓名第1次第2次…第n次实操成绩=
张三x1x2…xn∑ni=1x1/n
“PLC控制编程技术”是一门兼具理论与实践的应用性较强的课程。为了进一步提高学生学习的积极性、主动性，激发学生的学习潜能，本文提出基于项目导向的教学模式改革方案。该方案遵循认识规律，以三大教学模块(包含难度递增的项目)作教学载体，以无线遥控激光技术辅助现代的“电化教学”，将灵活多样的混合教学法贯穿整个教学过程，并采取实时、随机的考核方式考评学生。实践证明，该教学模式是有效的。
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[责任编辑陈国平]
作者：季丽琴
【摘 要】PLC不但应用在冶金、矿业、机械、轻工等工業控制中，在其他领域它也得到了广泛的应用。文中主要就PLC的基本工作方式和特点做了详细阐述。笔者长期任教《电气控制与PLC》，文内表述了在PLC教学中运用项目教学法成功的关键在于激发学生的学习兴趣，提高学生的参与欲望，巧用效果演示，提高学生的实践兴趣的一些教学研究与体会。
【关键词】PLC;模式;项目教学;体会
可编程逻辑控制器(PLC)是在继电接触器控制和计算机控制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。进入二十世纪八十年代以来，随着计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大推动了PLC在世界范围内的发展，其功能越来越强大，应用范围越来越广阔，使其在生产中的地位越来越重要，已广泛应用在各种机械和生产过程的自动控制中，因此开展PLC等新技术的教学培训是非常必要的。PLC等先进技术在社会中已达到广泛应用，社会大量需要具备此项技术的人才。
一、PLC技术学习的必要性
我国在二十世纪七十年代末期开始对PLC进行研究、生产和应用。在近十年来，取得了非常大的突破。特别是在应用方面，随着综合国力的增强和生产力的提高，PLC已经渗透到了各个领域。在生产方面，为了提高生产效率和工业的自动化，我们引进了许多在世界上都处于领先技术的成套设备，如衢州元立集团(金属制品有限公司)在相关工程项目中，就采用了多台PLC。再如，开山集团，其挖掘机和凿岩设备的销售量在全国首屈一指，所使用的控制设备是当前比较前沿的新产品，因而大量的使用PLC等先进技术。还有三峡工程、秦川核电站、红五环集团的风动机械设备等都用了PLC控制。现在PLC不但应用在冶金、矿业、机械、轻工等工业控制中，在其他领域它也得到了广泛的应用。例如，市政建设中的水处理，沥青、混凝土的拌和;日常生活中的电梯、车库的自动化管理、货物存取等;商业中的自动售货机，啤酒灌装及酿酒等;另外在环保、娱乐业中也有应用。
现如今招聘维修电工不但基本技术要扎实，还要懂得PLC技术、变频技术和计算机技术的原理和故障处理等。而对于在生产线上的普通操作也应该懂得一些关于PLC、变频器等方面的基本知识，这样既可便于生产操作，又可以对生产和维修有很多帮助，如帮助维修人员明确故障的范围和现象，缩短故障维修时间，更好的保证生产的顺利进行。这也正好符合PLC当初的设计初衷——使操作人员使用方便，不存在计算机与传统电气控制间的“鸿沟”。综上所述，针对目前企业的电气维修及操作人员的现状，因此开展PLC等新技术的教学培训是非常必要的。
二、PLC的工作方式和特点在教学中的研究
PLC工作方式与特点是集中采样、集中输出、周期性循环扫描，“串行”工作方式。
(1)扫描周期：PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。PLC运行正常时，扫描周期的长短与CPU的运算速度有关，与I/O点的情况有关，与用户应用程序的长短及编程情况等均有关。通常用PLC执行1K指令所需时间来说明其扫描速度(一般1-10ms/K)。(2)输出滞后：指从PLC的外部输入信号发生变化至它所控制的外部输出信号发生变化的时间间隔。一般为几十至100ms.引起输出滞后的因素：输入模块的滤波时间、输出模块的滞后时间、扫描方式引起的滞后。(3)由于PLC是集中采样，在程序处理阶段即使输入发生了变化，输入映象寄存器中的内容也不会变化，要到下一周期的输入采样阶段才会改变。(4)由于PLC是串行工作，所以PLC的运行结果与梯形图程序的顺序有关。这与继电器控制系统“并行”工作有质的区别。避免了触点的临界竞争，减少繁琐的联锁电路。
三、项目教学法在PLC教学中的体会
在PLC教学中运用项目教学法，成功的关键在于抓好以下两个方面：
A.激发学生的学习兴趣，提高学生的参与欲望。
(1)重视导入，抓住学生的“心向”。要激发学生学习的兴趣，在选择项目任务时，要注意贴近现实生活中能够见到的事物更能够吸引学生的学习兴趣。(2)巧用效果演示，提高学生的实践兴趣。项目确定后，教师最好先实施一次该项目，一方面，对项目有全面了解，便于更好地指导学生;另一方面，可以展示案例效果，以增强学生的学习兴趣，使学生能主动参与到项目教学活动中来。(3)抓好实施过程指导，使学生获得成功体验。例如，个别学生在设计正反搅拌循环次数时，由于对计数器的使用没有完全理解，在程序运行时，发现不能按控制要求实现工作。这时教师不直接给出答案，而是让学生自己去思索，不断调试运行，主动分析，经分析修正后，达到满足控制要求。当通过努力最终成功时，学生充满了成就感。
B.重视总结交流，让学生切实掌握技能。
项目总结可以在项目结束时进行，也可以贯穿在评价反馈的过程中。教师应协助学生理顺项目思路，明晰项目所训练的内容及最佳思考方法，总结学习策略，找到不足之处，引导学生学会反思。教师更要指导学生对项目进行拓展和延伸，提高学生的思考能力和运用知识与技能解决问题的能力，让学生更深刻地体验项目过程，掌握更多的操作技能，从而提高职业综合能力。
综上所述，通过项目教学法在PLC课程中的应用，有效地调动了学生的学习积极性，学生变被动学习为主动学习，积极参与到项目活动中。这既强化了学生的综合技能，也锻炼和提高了学生的思维能力、分析问题及解决问题的能力。实践证明，项目教学法是PLC教学中实用有效的好方法，能有效提高教学效果。
参考文献
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[3]《电气控制与PLC》，张伟林，忤征，人民邮电出版社，2016年.
作者：胡晓帆
【摘要】本文介绍了基于PLC控制的电铸机床控制系统的设计。主要介绍采用可编程序控制器和触摸屏技术的数控电解加工机床的结构特点、控制系统的软、硬件结构及其关键技术，和机床的主要先进功能。电铸就是利用金属离子阴极电沉积原理，在导电原模上沉积金属、合金或复合材料，并将其与原模分离以制取制品的原理，它是电镀的特殊应用。该系统利用触摸屏作为显示和外部控制终端，采用EB8000界面编辑软件，设计良好的人机交互界面。使用三菱FX系列PLC作为核心控制器，步进电机是通过FX2N-1PG脉冲输出模块改变脉冲频率以及方向信号来实现调速、正反转控制及位置控制。触摸屏作为人机接口,可以实现对运动和加工参数的修改、控制加工流程的执行、显示运动参数的变化,使系统控制界面友好,简单直观,便于操作。大大提高了电铸机床自动化程度，使电铸加工更加高效、快捷。
【关键词】电铸机床;可编程控制器;触摸屏;脉冲输出模块;步进电机
1.电铸加工原理及控制系统方案设计
1.1 电铸加工的基本原理
电铸是用金属电沉积的方法制备产品的一种特种加工工艺，主要用于某些特种产品的成型。用导电的原模作阴极，用于电铸的金属作阳极，电铸溶液是含有阳极金属离子的金属盐溶液，在电源的作用下，电铸溶液中的金属离子在阴极导电原模(芯模)上还原成金属[1]，沉积于导电原模表面，同时阳极金属源源不断地变成离子溶解到电铸液中进行补充，市电铸液中金属离子的浓度保持不变[2]。其原理如图1所示。
电铸成形是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成形加工的。当阴极导电原模上的电铸层逐渐增加，达到要求厚度时，停止电铸，将铸件与原模分离，获得与原模型面相反的电铸件，这种电铸件的形状和表面粗糙度与原模相似。
电铸所用的设备及电铸溶液与一般电镀中所使用的基本相同，但是在制品的要求上电铸与电镀有两个主要不同点：第一，一般电镀层要求与基体金属牢固结合，而电铸层与原模并不要求牢固结合，有时反而要求点铸件能很容易地从原模上分离下来;第二，电铸层的厚度要求比一般电镀层厚得多，约十倍甚至数十倍[3]。
与其他方法相比，电铸加工有自己独特的优点[4]：
1)电铸品的机械性质容易调整，例如硬度、抗拉强度等等。
2)可减小与母模之误差，加工精度高，公差可达±2.5μm。
3)能将传统加工方式难于加工的零件内表面转化为原模外表面，可通过制造易成型的原模材料而获得难成型的金属材料，尤其是制作薄壁金属零件。
4)可以制成多层结构件，将多种金属、非金属拼铸成一个整体。
5)适合制作一个或量产，而且电铸层的厚度范围宽。
电铸加工缺点：
1)电铸速度慢，生产时间比其它方法长，塑料成形用模具的电铸有时需2-3周。
2)电铸制品的尖角或凹槽部位的电铸层厚度不均匀，制品存在一定的内应力。原模的划痕、斑点等会复制到制品表面。
3)制造原模需要用精密机械加工设备和照相制版等技术，成本较高。
4)可真实复制外形或模样，所以母模上的小伤痕也会再生，这是优点也是缺点。
1.2 电铸工艺的特点
1)表面细微特征的复制能力特别强。由电铸工艺过程可知，电铸层紧贴在芯模表面以原子直径的尺寸(亚纳米级)逐渐堆积、向外生长，故它能准确复制出芯模表面精度达到纳米级的细微特征，因此，当将电铸层与芯模分离后，即可得到粗糙度与芯模相当、纹理相反的镜像表面，这就是电铸技术最基本的、也是最典型的工艺特点。这一特性已被广泛用于印刷制版、光盘模具及光学部件的加工中。光盘表面用于记录信息的沟槽，其宽度为0.4μm，深度为0.12μm[5]。
除对表面粗糙度要求极高的光学部件外，这一特有的复制能力还被应用于部分采用传统技术无法加工的零件制备上。如波导管、文氏管等对内表面的尺寸及精度要求较高、同时内表面直径小的零件，采用传统加工技术无法加工，无法使内表面尺寸及精度达到要求。如果采用电铸技术，可使难以实施的内型面加工转变为容易实施的外型面加工。其加工过程如下：先加工一个外表面的形状、尺寸及精度与波导管、文氏管内表面完全一致的芯模，再利用电铸技术在芯模的外表面上制备厚度超过图纸要求的电铸层，也就得到了内表面的形状、尺寸及精度与芯模外表面完全一致的电铸层，然后按照图纸要求对电铸层外表面进行机加工，最后将芯模退除，即获得内表面尺寸及精度均符合要求的高品质的产品。
2)生产周期及成本电铸层是金属原子一层层逐渐堆积而成的，其生长速度与所使用的电铸工艺参数(如溶液温度及pH值、阴极电流密度等)有关。适当提高阴极电流密度可以提高电铸层的生长速度，但阴极电流密度的提高受电沉积过程三个因素的限制：金属离子从溶液本体向阴极表面迁移的速度、金属离子在阴极表面的还原反应速度、离子还原后在阴极表面的迁移和晶粒成核及晶粒长大的速度[6]。
2.机床控制系统总体方案设计
2.1 总体方案设计准则
设计电铸机床的控制系统时，首先要进行该课题的总体方案设计。分析系统需要的功能和技术要求，选择合理的PLC以及触摸屏。根据系统要求选择处理速度快，灵活实用的可编程控制器。触摸屏作为新型的人机界面，显示直观，操作简单，可靠性高，不但在日常生活中的很多领域得到应用，而且工业控制中业得以广泛应用。它是目前最简单、方便的输入和显示设备。具有反应速度快和易于交流等优点。在设计电铸加工总体方案时，要使设计合理、高效，设计时应遵循一定的设计准则，即在满足系统功能和技术指标要求下，应做到[7]：
1)结构设计合理，能实现技术协议中的功能要求。
2)分系统设计满足技术指标要求，并力求简单。
3)用户使用操作使用方便，即使用户误操作也不会产生不良后果。
4)尽可能考虑环境因素。
5)对使用对象、使用方法也要充分考虑。
2.2 设计方案
电铸加工的PLC控制系统性能是整个加工系统性能优劣的一项重要指标。现代控制系统中，PLC作为广泛应用于工业自动化领域的控制器，它的功能越来越强，性能越来越先进。用PLC控制电机很方便，尤其是为了配合步进电机的控制，通过1PG可以很好地对步进电机进行控制。
对于电铸加工PLC控制系统，应满足以下要求:结构简单，具有一定的速度调节范围，具有良好的可靠性和稳定性，抗干扰能力强，实时控制性好，对过程电信号突变能快速响应，控制执行机构作相应动作，调节速度快，精度高。
系统硬件部分由控制器PLC、人视界面触摸屏、1PG、驱动器和步进电机等组成。触摸屏负责人机交互界面管理和控制系统实时监控，它通过串口与PLC通讯，可通过触摸按键方式实现对步迸电机的启停、调速、转向等控制，在触摸屏上动态照示步进电机运行位置、速度等参数。
这种控制方式的优点是：大大减少系统设计的工作量，不存在各部分接口信号的匹配问题，提高系统的可靠性。PLC具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性，而且可靠性大大提高。
采用PLC直接控制电机技术，减少了系统设计的工作量，大大缩短了开发研制周期，在一定范围内，有较高的推广和实用价值。
人机交互界面主要用于显示设备和系统状态的实时信息，界面上的按钮可产生相应的输入数值、字符或开关信息与PLC进行数据交换，从而产生相应的动作以实现系统的控制。触摸屏作为人机界面，实现了对电机的转向、转速和阴极行程的监控，并可对工艺参数进行设定。
根据设计要求选择控制体统，本课题选择PLC结合触摸屏的方式进行控制，使得整个体统性能更加稳定，监控功能比较完善。
电铸机床的PLC控制系统总体控制方案如图2所示。
本系统采用三菱GX Developer编程，用EB 8000编辑触摸屏界面。利用PLC程序对整个系统进行控制。与传统的计算机控制相比，PLC集数据处理、程序控制、参数调节等功能于一体,它编程容易、使用方便、可靠性高,可以在电解加工等工业控制现场的恶劣环境中可靠地工作。而触摸屏技术是近几年新兴的一种多媒体技术,它具有简单易学、操作方便、稳定性好等特点。综合上述优点，此次课题选用PLC和触摸屏来构成对系统的设计。
这种控制方式的优点是:整个控制系统是由PLC、FX2N-1PG脉冲输入模块、驱动器和步进电机组成。由于PLC具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。并且，PLC有采用大功率晶体管的输出端口，能够满足步进电机各相绕组数10V级脉冲电压、1A级脉冲电流的驱动要求。PLC在控制直流电机时就更加简单，速度控制容易满足使用要求，而且可靠性大大提高。
采用PLC直接控制电机技术，减少了系统设计的工作量，大大缩短了开发研制周期，在一定范围内，有较高的推广和实用价值。
PLC是控制系统的核心，相当于人的大脑，它接受到触摸屏的控制信号，通过其内部认可的程序对附属部件1PG收发运行脉冲，并对一些地址数据进行运算，结果或是发给1PG，或回馈到触摸屏。驱动器包括环形分配器、功率放大器、和一些辅助电路组成，这样1PG发来的脉冲经过脉冲分配、功率放大后就可以驱动步进电机按控制要求进行运行.
3.电气控制电路设计
基于控制系统的需求，本课题也进行了对机床的电气控制电路设计。此电路采用的是三相电流，该图主要是对系统中的触摸屏、驱动器、32A接触器以及PLC的连接情况，主电路图中，首先是三相380V的电压接入，与其相连的是组合开关，分三路，三条支路分别接上PLC(L1、L2线)，L1、L2、L3和接触器连接，紧接着和驱动器DRIVER1上的L1、L2、L3连接，同时L1、L2线和驱动器上的L1C、L2C连接。其中三相引出的三条线需要采用2.5平方毫米的线，整个主电路图，布局简洁，具体图如图3所示。
4.总结
本系统采用触摸屏结合PLC方式进行控制,使得整个系统性能稳定,监控功能较完善。PLC提供丰富的I/O接口模块和存储卡功能,使得系统的维护和改造具较强的灵活性,用户可根据生产需要灵活设计、自行组合,以实现最优化控制。而采用步进电机控制阴极的进给运动也进一步提高了速度稳定性和加工精度。经过实际的运行,工作稳定,完全达到了设计要求。
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作者简介：顾剑(1972—)，男，江苏南通人，大学本科，高级技师，现供职于南通工贸技师学院，主要研究方向：电器工程及自动化。
作者：顾剑
摘要：步进电机在开环位置控制系统中具有控制精度高、控制简单、不易失步等优点。本文介绍了PLC对步进电机的控制方法。
关键词：PLC;步进电机;位置控制
1 引言
步进电动机在开环位置控制系统中因其具有控制数度高(可精确到1度以下)、可靠性高、使用方便等优点，所以应用已十分普遍。随着电力电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行PID控制，具有远程通信通信功能等。当前，PLC作为一种工业控制计算机来控制步进电机，具有系统构成简单，工程造价低，编程方便等优点，易于推广应用。下图是PLC控制步进电机系统框图。
图1 位置控制系统框图
2 PLC的基本结构
PLC采用典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入输出接口电路等。如把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成。外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测信号均可作为PLC的输入变量，其经PLC外部输入端子到内部寄存器中，经PLC的CPU逻辑运算、处理后送至输出端子，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。现今，PLC生产厂家较多，较有影响且在中国市场占有较大份额的公司有德国西门子公司和日本三菱公司，本文以三菱公司的PLC为例，简述PLC控制步进电机进行位置控制的方法。
3 控制方法及研究
3.1 控制方式
PLC控制步进驱动器进行位置控制大致有如下4种方式：通过I/O方式进行控制;通过模拟量输出进行控制;通过通信方式进行控制和通过高速脉冲方式进行控制。当前常用的方式，就是下文所述的输出高速脉冲进行位置控制方式。
3.1.1脉冲输出
三菱FX-2N的输出端Y0，Y1可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为2Hz～20kHz。
用作位置控制的高速脉冲输出是一个连续输出的周期性脉冲串，如图2所示。图中，T为脉冲周期，t为脉冲ON(导通)时间，也称脉冲宽度。
图2 脉冲输出波形
3.1.2脉冲输出方式和定位控制系统结构
小型PLC中，脉冲信号的输出有两种方式。第一种，脉冲输出方式是通过所开发的定位控制模块和定位专用单元输出高速脉冲。另一种，是通过PLC内置的高速脉冲输出口输出，各品牌的PLC均对此有专门说明，其中三菱FX-2N系列规定了Y0，Y1为高速脉冲输出口，具有高速脉冲输出的PLC，都开发有驱动脉冲输出和定位的指令，由这些指令控制是否发出脉冲，脉冲的频率和脉冲数目直接控制启动器进而控制步进电机进行位置控制。
3.1.3高速计数器(HSC)
FX-2N内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率为60KHz。
3.2步进电机的速度控制
图3 PLSR指令格式
FX-2N有一条带加减速的脉冲输出指令PLSR，当驱动条件成立时，从输出口D输出一最高频率为S1，脉冲个数为S2，加减速时间为S3，占空比为50%的脉冲串。实现这一控制的梯形图见图4，操作数内容及取值如下表。
操作数
内容与取值
S1
输出脉冲最高频率或其存储地址
S2
输出脉冲数或其存储地址
S3
加速时间或其存储地址
D
指定脉冲输出口，仅限Y0或Y1
图5是控制系统的原理接线图，图5中Y0输出的脉冲作为步进电机的脉冲信号，控制步进电机运转。HSC计数Y0的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y0的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较为准确的位置控制。
图5 控制系统原理图
对于指令PLSR，其输出频率S1的设定范围：10—20 000Hz，频率必须是10的整数倍。在脉冲输出的开始和结束阶段可实现加减速过程，其加减速时间大小一样，由S3指定。S3具体设定范围公式如下：
FX2N系列的PLSR指令的加减时间是根据其所设定的时间进行10级均匀阶梯式的方式进行，如阶梯频率(为S1的1/10)会使步进电机产生失步或过冲现象，则应降低输出频率S1。
4结语
利用PLC可实现对电机速度和位置的控制，方便的进行各种步进电机编程、接线操作，完成各种复杂的工作。在工程应用中不断探索其各种控制、使用方法和技巧，对工程技术人员进一步开展工作与科研有有重要意义。
参考文献
【l】龚仲华.三菱FX系列PLC应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2010.
【2】高钟毓著.机电控制工程(第二版)[M].北京：清华大学出版社，2004.4.
【3】程子华，刘小明.PLC原理与编程案例分析[M].北京国防工业出版社，2010.
作者：陈青
从DCS与PLC结构、可靠性、运行速度、容量、操作、组态、维护，以及今后连网、通讯、自控的发展方向等多方面考虑，讨论了把过程控制和顺控系统设置进同一套DCS系统的可行性，没有必要也不应该1套装置搞多套控制系统，包括用PLC独立完成安全联锁。
DCS;PLC;可靠性;顺序控制;安全联锁
1.DCS与PLC
上世纪60年代以后，随着生产过程的大型化和复杂化，诞生了计算机集中监视和控制的集中控制系统。集中控制方便了监视、操作和管理，同样也使危险性高度集中，系统一旦故障，对装置造成的影响及危险性都是非常大的。随着微处理机的诞生，为新型控制系统的开发创造了无比优越的条件。1975年11月，随着计算机(COM PU T ER)、通讯(COM M UN ICAT ION)、控制(CON TRL)和CRT 4C技术的不断发展和完善，美国霍尼韦尔(HON EYW ELL)首次向全世界推出了分散控制系统TDC-2000被称为当时“最鼓舞人心的事件”。从第1套DCS系统诞生至今，DCS系统已经历了4个发展阶段。
1975~1980年为初创阶段。由于软硬件技术的限制，此时的DCS系统性能还不十分完善，硬件结构还不十分成熟。
1981~1987年为第2个阶段。这一时期容错、冗余技术已成熟使用，系统可靠性很高，性能十分优越，各种控制功能十分丰富。
1987~1993年为第3阶段，各厂家的DCS开始向以OSI为基础的MAP协议靠拢，以求达到不同系统的互联。
1994年至今为第4阶段，DCS系统在硬件上使用了更先进的CPU及冗余技术，贮存容量及通讯速度大幅度提高，软件上采用通用操作系统。
早在DCS出现前的1969年DEC公司按照GM(美国通用汽车公司)的10条要求研制出世界上第1台PLC，首次安装在美国底特律的GM公司的汽车装配线上一举获得成功，1969年在DEC之后GOU LDM OD ICON使PLC商品化，PLC是专门设计出来用于同继电器产品竞争的，并且已逐渐取代了继电器。PLC做为一种工业控制专用计算机已跨过25年的历史，经历了5个发展阶段：
1969~1972年是PLC的出世阶段，各家PLC结构差异很大、功能简单、硬件结构以分离元件为主，体积较大。
1972~1976年为第2阶段，系统开始标准化、系统化，整机功能由专用向通用过渡。
1976~1987年为第3阶段，PLC逐步演变成一种专业的工业计算机，可靠性大大提高，成本大幅度降低，面向过程的梯形图语言及其变种语句表语言问世，为PLC的普及奠定了基础。
1981~1988年为第4阶段，梯形图语言和语句表语言完全成熟，基本标准化，SFC语言问世。
IEC发表PLC标准草案，各厂家的PLC向规范化系列化发展。
1988年至今为第5阶段，IEC正式颂布PLC标准。整体式PLC与外界连接的输入、输出部分标准化、模块化，并与主机分离。
2.过程控制、顺控、安全联锁全部在DCS系统中完成
顺控是工业控制过程中重要的一环，大量采用离散的开/关信号，执行较复杂的逻辑控制功能来完成间断的、批量的工业生产过程。
安全联锁一般只须要执行较简单的逻辑功能。
过程控制系统要求用模拟信号，完成复杂的数字及逻辑运算功能。
过去，由于技术上的原因，加上传统观念对人们的影响，世界上许多国家的设计资料及规范均要求把过程控制与安全联锁分开，这就造成大量的装置过程控制与顺控，特别是过程控制与安全联锁系统分别采用相互独立的控制系统。随着生产工艺越来越复杂，随着4C技术突飞猛进地发展，DCS已取代了常规控制仪表完成过程控制，PLC取代了继电器完成顺序控制及安全联锁。DCS与PLC无论从硬件结构，还是在软件上都很相似，而现在DCS系统在功能上要比PLC强得多，DCS有很好的操作监视界面，有丰富的管理软件，有很强的控制功能，可利用率已达到99.9999%。用DCS取代PLC，在1套工业装置中即完成过程控制又要完成顺控，特别是安全联锁，这是完全可能的，并且在工业界中已有考虑应用，这也是工业自动化发展的一个方向。
从系统结构上看。从系统硬件构成来看，DCS系统是由上位管理计算机，操作站和控制站等组成，而有些DCS系统还设立了专门的逻辑控制站，(即PLC)如TDC-3000的LM。1个控制站(包括独立的逻辑控制站)就相当于1台PLC，其硬件结构也与PLC基本相同，包括I/O模件、通讯模件(站内部)、存贮模件和CPU运算模件。从软件及通讯上来看DCS的基本出发点就是分散控制，每一个控制站与控制站，控制站与操作站、上位机之间是相对独立的，不论哪一个站出现故障都不会对其他站造成影响，如果选用高分散型的控制站还可进一步把危险分散。因此从系统结构上看DCS的一个现场控制站对整个系统可以说是独立的，其可靠性完全可以和1台PLC相比，仅受本站内故障的影响。
可靠性。由于DCS系统采用了容错、纠错，从电源、I/O到通讯以及存贮运算等一系列的冗余，甚至四重镜面CPU等多种高可靠性措施，加上今天的电子元器件，集成电路可靠性大幅度提高，整个系统平均无故障时间MTBF高达10万d，平均修复时间MTTR为10-2d，利用率A高达99.9999%，即使假设目标故障率H为每年0.01%，对DCS要求的故障率D为100次/a，系统的利用率为：U=H/D则U=(0.01%)/100=0.00001%，可利用率=1-U=99.9999%。
从DCS与PLC的发展过程来看，DCS，PLC都经历了4~5代，已完全成熟，从硬件选型到制造工艺，DCS和PLC厂家都是精益求精，选用最先进的CPU(32BITMC68020~MC68040)，采用最先进的表面贴装技术，在软件方面采用成熟的可靠的操作系统。总之都利用了当今世界上最先进优秀的手段，PLC没有任何优势可言，而DCS第2代产品中就采用了分散，冗余等先进手段。
由DCS完成安全联锁有利于把事故消除在萌芽状态。把生产的安全可靠性提到重要地位上来，寻求更完善可靠的安全控制策略，要求对不正常情况的出现进行自动检测、诊断、控制。随着生产工艺的大型化、复杂化及精密化，单纯的安全联锁系统不论从及时性、可靠性，还是从经济性的角度考虑，都存在很多不足之处，难以处理复杂的情况。而在DCS内可以采用故障检测和诊断技术，可以在故障的萌芽阶段就被发现，这样可以及时处理，避免事故扩大，并减少停车损失。国外已有了安全性检测和保护系统的软件商品，这也只有在DCS系统中才能很好地运行(需要各种信息)。
在安全联锁中DCS不能做为PLC的后备。有观点认为在PLC单独完成安全联锁的情况下，DCS可以做为PLC的后备。
在工业控制过程中，一般的顺控特别是安全联锁系统，从检测元件到报警给定器，无论是驱动继电器，还是PLC或DCS，完成逻辑运算，然后送出执行信号到现场执行机构，这一系列的过程中的元件都是完全独立的。特别是对于安全联锁，更是这样，即操作信号(人能干预的信号)与联锁信号是分开的，从检测目的，到检测设备都是相互独立的，即使是在DCS内部完成顺控(安全联锁)，这一部分功能也是相对独立的。DCS或常规控制手段的监视操作功能，并不能看作是联锁的后备功能，事实上也根本起不到安全联锁的作用。
当DCS出现大故障或停电，必将造成对工艺过程不能正常监视、操作，以至停车，这时安全联锁也就不需要起作用了。由于DCS有完善的双重化功能，如果是一般的控制站内的故障，系统仍可正常运行，可通过不停站，在控制站正常运行的情况下，进行故障处理，则联锁系统照样能正常运行，起到安全作用。
运行速度问题。随着计算机技术的不断发展，DCS系统控制站尽管容量在不断扩大，但扫描速度也在不断提高，有的系统现在扫描速度大于1ms，并且能区分第1事故点，大多数DCS虽达不到如此快的扫描速率，但也有各自具体的处理方法，比如回路扫描速率由用户自己定义，对重要的回路扫描周期可以相对提高。
在工业生产上，绝大多数的工业过程，其反应、变化过程是比较缓慢的，根本不需要10-9S级的处理速度，加之传感元件的反应速度或给定器的工作速度也无法达到10-9S级，因此DCS控制站的扫描速度完全可以满足一般顺控或安全联锁的需要。
从DCS与PLC的硬件结构或工作方式来看，是基本相同的，只是在处理信息的容量上有一定的区别。从这一点上看，PLC的扫描速率比DCS也不可能有非常大的区别。
容量上看。从硬件结构上看，现在最大的PLC可以达到3200个I/O点，而整套的DCS系统的I/O点数完全可以与之抗衡。
从软件功能上看，DCS系统有丰富的功能模块及先进的顺控方法，大大超过PLC。一般的由DCS控制的工业生产，其顺控或安全联锁都不十分庞大，DCS完全可以胜任。
从通讯速度上看，DCS的通讯速度，控制站与控制站之间，或控制站与操作站之间已达到5Mbps或10Mbps。
从存贮容量上看，DCS控制站的内存可达16Mbps或更大，远大于PLC。
便于联网通讯。从全厂管理的角度出发，从控制的更高一层次的要求来看，我们又在搞全厂各装置自动控制系统的联网，又千方百计地利用各种通讯接口、通讯方式，把各系统连接起来，以便于全厂信息管理与信息采集。如果1个装置采用1套控制系统来完成，不就可以大大减少这方面的工作量了吗?
运用DCS实现整个装置的自控也是自动化的发展方向。自动化与工艺知识更密切的结合，工艺过程与控制设计的一体化已提到议事日程，与其让设计出来的过程难于控制而费力地在控制策略上解决，不如一开始就考虑两方面的关系。在线统计过程控制(SPC)或连接过程的总体质量控制(SQC)都必须建立在全装置统一的控制系统之上。
由经营、决策、生产、调度，操作优化与直接控制等层次组成的综合自动化系统，也要使用全装置、全厂的过程信息，这也要求统一的控制系统，高速通讯与综合信息处理系统。DCS系统使自动化某些方法得以实现，同时规模巨大的综合自动化系统，又对DCS提出了新的更高的要求，促使DCS有更大的发展。
作组态维护。现在普遍使用的PLC，其监视、操作都是通过各种不同接口，用工控机来完成的。其PLC与工控机之间的通讯速率，要远远小于DCS的5Mbps，且操作平台一般都使用通用的操作系统，其针对工业控制的特殊功能要少得多。而DCS的操作具有很多专用功能，其操作性能远远优于工控机，DCS还具有成熟的、丰富的管理功能，省却了用户的二次开发的麻烦。
组态：使用DCS系统控制工业过程，必须要进行针对性的组态、完成用户软件。如果再加上1套PLC，无论谁来组态，用户必须再学习，熟悉一套新的系统。而如果把顺控功能设在DCS内部完成，则仅仅增加了一定的工作量。而且1个装置、1套系统，不可能所有的顺控都由PLC来完成，但全部由DCS来完成是完全可能的，这样可给使用者带来很大方便。
维护及管理：从运行后维护、管理的角度考虑，把PLC用DCS来替代，DCS的规模可能会稍大一点，但可以从原来的两套系统合为1套系统。这样不论从软件维护、修改，还是系统硬件日常维护，都可以减少维护人员的数量，且便于维护，而备品备件的数量和种类也可以减少很多，故障的检修处理，也只针对1套系统。
实际情况。玉柴石化20万吨溶剂油生产装置，。已经投入使用。此装置的导热油系统，火炬系统，有模拟输入35点，开关量输入/输出274点，使用了2套西门子公司的S7-200PLC来完成顺序控制过程。通过RS232接口与1台工控机相连进行监视操作，有独立的控制室。主装置采用的是和利时MACSV4.5分散系统，共有3个操作站US，4个控制站APM，1个工程师站UWS，1台NM及1台HM。主装置控制室至导热油炉控制室直线距离不过百米，完全可以用1台US和1台APM或LM来完成导热油炉系统的控制，而两个控制室可以连成1个系统。这样，对用户来说，即便于管理，也方便了操作(MACSV4.5系统软件的操作性比工控机要好得多)，特别是为生产开车后的日常维护，备品备件带来很大的方便。
1个装置的几个部分由于工艺联系不太紧密，或由于装置布置距离相对较远，或由于不是由1家设计院设计，无法协调统一等种种原因。搞得1个装置几个控制室，往往主装置是DCS，而辅助装置是常规仪表或常规仪表带PLC，给工艺操作带来不少困难，大大增加了仪表维护人员的工作量。实际上只要设计管理协调搞得好，1个装置的自控完全可以用1套DCS系统来完成。这样做还有利于降低成本、提高利用率，减少今后联网的费用与工作量。
[1]廉鸿帅，迟军.西门子系列PLC原理及应用[M].北京：人民邮电出版社，2009
[2]徐国林，PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2007
[3]Michael Babb The Disappearing DCS Control Engineering， 1992.05
作者：刘红亮
摘 要：在时代的进步下，每一座城市的居民规模也慢慢饱和，人们的生活需求也就提上了日程。为实现每一个人对于生活用水的需要，一套完整齐备自动供水系统就显得尤为重要，因此必须设计恰当的PLC系统以及对应的赔适线，定期检测系统设备的工作状态和运作情况，同是，所采用的PLC型号必须具备高材质、高性能，能够按照程序的需求，按需分配，实现供水系统的自动化，同时确保该PLC系统硬件以及软件的能效，确保其能够持续、稳定得运行，在实际作用与探索中一步步提升PLC于自动供水系统中的实际效果。
关键词：PLC 自动供水系统 能效
1 自动供水系统的意义
现阶段所呈现在大众面前的自动供水系统正是在人满为患的城市背景下所提出并逐步完善应用的。它可以在最大可能上攻克因人口用水量大导致的水压不足问题，通过对于时下最先进的自动智能系统的充分应用，在最大限度上满足人们的日常生活用水需求，在理论上和实际中都对PLC系统装置进行不同程度的修整，希望能够通过这种方式一步步替代曾经传统的供水办法，以此便捷人们的生活。对于自动供水系统而言，其中所涵盖的组件囊括了不同种类、数量的变阻器以及传感器，通过传感器让PLC连接线的电流能够持续、稳定得传输，在使用过程中如果在线路电流上发生事故，对应的智能控制系统就会在第一时间切断电流传输，通过这种智能控制的方式让自动供水系统实现自我保护，保证供水设备的安全、持续运行，在另一个方面也就是保证供水压的持续、稳定。正是因为其在实际应用中的重要性，所以在PLC系统中就必须应用相应的调速技术，能够在第一时间精准地对压力管进行调节，尽可能规避自动系统中发生水压不稳定、不持续的情形发生，同时还必须按照相应的地域用水量以及相应的运作参数选择合适、恰当的操作方案，在安全性能的前提下最大限度地实现自动供水系统的自我调节，还有必要增加对于供水系统的投入资本，把理论与实践互相结合，在探索中一步步完善不同地域的供水基础设备设施。在不同地区进行PLC系统的配备装置时，也必须要对于供水设备的性能有足够完整的把握和了解，同时可以把智能节能装置配备到自动供水系统里，让相应的变频器可以根据不同用户的用水量按需分配。
2 PLC在自动供水系统中的应用
2.1 PLC硬件设备的选型
对于PLC硬件的选择方面，首要条件就是系统的整体性能，该设备所采用的设备型号必须要和所应用系统的模板实现互相搭配，因此这就需要对于设备功能具备完整透彻的把握，然后才可以根据相应的设备功能挑选合理的PLC的型号，根据相应的国际标准搭建设备的系统需求。对于PLC设备的型号的挑选并购能够对公司的业绩产生最直接的影响，因此在自动供水系统中必须要侧重于对于硬件设备的筛选，按照PLC的功能挑选最合适系统的硬件与软件，对于可编程控制系统的完整运作过程必须能够透彻把握，根据系统设备装配和工艺的需求实现对应变频器的应用；同时，PLC硬件设备必须配备认证书以及生产厂家，以此保证控制需求能够达到标准。时下，采用的PLC型号必须完成对内部系统的需要，让自动控制系統中的内容储存量可以提升甚至超过对应的基本标准，把输出的数据当成参考资料，一步步延拓系统中输入点的剩余量，同时按照公司生产产品的特性选择合适、恰当的PLC型号，对于不同的工艺运作过程要有针对性地选取性能高的变频器以及PLC，让每一个节点的程序都可以提以数量充分的参数数据，除此之外，存储器的内存容量必须与相应的电压数值匹配，能够在第一时间检测到系统装置中的曲线变化特性；在应用的起步阶段，可以应用存储容量较小的存储器，在整体分析自动供水系统的特点的前提下，筛选出适合恰当的PLC硬件设备型号，保证可编程控制程序可以在不同的领域实现应用，进行PLC硬件型号的筛选时必须要对于程序的容载量进行估计，在最大程度上规避质量问题，保证自动供水系统能够持续、稳定得运作。
2.2 PLC的系统构成
PLC系统，又叫作可编程控制器，能够在自动供水系统中发挥极其重要的能效，在自动供水系统中采取了多种供水技能搭配组成一个完整的PLC系统，根据相应的水压标准，对于水泵实现实时有效的把控，实现控制系统中的每一个支路线路的电流的自动控制，PLC控制系统本身就是通过多个变阻器和水位测量器所组成的，所以其能够于特定的情形下实现对于先进的多台传感器的智能运用，该智能操作控制大大降低了曾经传统运作方式的成本，改变了传统的运作方式。其中，PLC系统的关键组分是中心处理系统，可编程控制器本身就可以实现全部自动供水体系的需要，如果出现水位比标准高度高的情形，自动控制系统就能够通过PLC缩减水量的流出。除此之外，操作员还能够在系统装置中同时检测多台电机的实时运作情形。所以，在实际的运作过程中，必须对于PLC的组成部分实现完整透彻得把握，同时关注水流量的控制范围，对于水池水位的高低也必须做到实时监控检测，把同一时间内对应的水位的标准高度作为参考估计数据，对于PLC的内部装置配置系统实现合理的选择，通过合理恰当地选择实现节能用水、持续水压的效果，既可以满足节约的要义，也能够进一步满足广大用户的生产生活需求。
2.3 PLC接线连接线设计
对于PLC而言，其关键的接线连接设计对于自动供水系统而言起着举足轻重的作用，为了在最大程度上实现每一个用户的生活用水需要，公司就必须要侧重于对于PLC 的接线搭配，尽可能实现不同模块功能的能效，把相应的客观水位数据传输到变频器，彻底变更曾经的传输办法，选取性能高、效率高的PLC线路，通过这种方式让系统中每一个线路保持持续、稳定的状态，同时把PLC 线路的两个接口和中心处理器互相连接，充分利用多台电频器的优势，变更电流的回路，同时每一个感应器上下开关的线路必须要和对应的转动按钮互相连接，让电动机和传感器的线路依次和PLC装置连接，还要确保能够找出线路出现故障的确切位点，通过对于PLC的接电线路的合理配置，保证确切的水位数值能够在一定范围内波动，通过这种方式让自动供水系统能够持续、高效、稳定得运行。
3 结语
在当今社会的生产生活中，PLC在自动供水系统中起着相当重要的作用，因此也可以说和人们的生产生活息息相关。就全部的供水系统而言，其必须围绕着PLC实现积极运作，同时按照系统的客观情形对于PLC的线路和软件实现恰当的设计，除此之外，自动供水系统所应用的PLC型号也必须能够实现系统的基本性能，如果水压维持在一定状态，能够采用PLC实现水泵的压力的自我调节，如果希望自动供水系统能够持续、高效、稳定运作，就必须要于系统程序里根据控制器以及多个传感器，在第一时间对于水泵电机的运转速度进行调整，如果水量过大过快，就能够通过PLC软件实现相应的调试，通过这种方式实现自动供水系统的水压控制，因此，PLC于供水系统而言，可以说是起着极其重要的作用。
参考文献
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[3] 赵宇.自动化控制系统在自来水厂节能降耗中的应用[J].科技创新与应用，2018（33）：164-165.
作者：魏旭
关于PLC控制技术一体化教学方法的探索
摘要：通过对PLC控制技术一体化教学方法的探索，以学生在学习过程中的具体作品为例，阐述了在职业中学PLC控制技术课程教学中运用理论实习操作一体化教学方法的可行性。
关键词：PLC控制技术;一体化教学方法;探索
现行的职业中学课堂教学，大多数专业还是把理论教学和实习操作分开进行，而这种做法对于机电专业来讲，专业教师不好教，学生无心学。为扭转这一被动局面，我在PLC控制技术教学过程中运用了理论与实习操作一体化的教学方法，收到了较好的教学效果。
传统职中教学方法存在的主要问题及原因
其一为“填鸭式”教学。职中学生文化知识基础普遍较差，学习缺乏想象力，要掌握PLC控制技术所遇到的困难是可想而知的。“填鸭式”教学从头讲到尾，照搬书本;即使使用多媒体教学，也只是把原先写在黑板上的内容搬上了屏幕，教学手段虽有变化，但教学内容和效果并没有本质变化。
其二为理论与实习操作分离，不重视专业训练。上理论课时，学生对教师讲授的知识只是死记硬背，学生普遍感到似懂非懂、难学易忘;对于专业实习操作课，学生虽感兴趣，但专业技术理论知识已遗忘甚多，往往只限于模仿性的操作训练，而无法触类旁通，自然也就无法形成系统的操作技能。由于理论和实习操作相脱节，学生对机电专业的学习兴趣得不到激发，学习积极性难以调动，学习专业技术的方法和能力很难得到有效培养。
其三为理论课教学安排时间跨度大，学生对理论的认识是断续、分散的，整体认识不清楚、理解不透彻，学习难度加大。
其四为专业技术理论教学和实习操作教学分段实施，理论教师与实习操作指导教师各负其责，造成了相互脱节，在教学目标、教学内容和教学方法等方面难以形成有机结合。教学过程中往往出现“各自为战”和“相互推诿”的现象，专业教材之间的内在联系得不到协调，教学内容没办法合理统筹。以专业理论为中心的传统教学模式，容易产生偏重理论教学而轻实习操作的不良倾向，教师很难完成机电专业PLC控制技术编程的教学任务，也不能满足学生学习的需要。
理论与实习操作一体化教学的具体做法
针对职业中学传统教学模式存在的实际问题，我在机电专业PLC控制技术教学过程中进行了“理论与实习操作一体化”教学探索。具体做法是：
第一，以国家中等职业教育规划教材为蓝本，在机电专业教学大纲的指导下，将机电专业的PLC控制技术教材根据学校具体的实习实训仪器设备情况，划分为电工基础，电力拖动引入，可编程控制器的认识，“启、停、反”的可编程控制的认识训练，PLC控制技术的逻辑编程技术等五个部分，把电工基础知识融入到电力拖动技术中，电力拖动技术为可编程控制服务，遵循这样的教学思路来安排教学内容。让学生多次训练“启、停、反”的直接控制，甚至教师可以有意识让学生接错一条控制线，以引起学生的注意，最后让学生自己来修改，通过修改过程引入PLC控制技术的可编程控制，让学生进行对比，再多次训练“启、停、反”的逻辑控制程序，使学生在操作过程中认识可编程控制的优点，从而实现由直接控制向逻辑控制的过渡。学生的主要学习场所就在实训室，各阶段的教学内容是实训穿插相关理论，讲完相关理论后，学生可以马上根据教师所讲进行“模拟”训练，以达到强化理论的效果。另外，在教学过程中，大量运用实物、教具、多媒体等手段，达到理论与实习操作相结合的一体化教学，从而实现理论指导实践，实践检验理论的目的。
第二，针对职中机电专业学生知识基础较差的特点，在教学过程中，尽量利用实际简单电路进行直观演示，将电机用实物模型展现在学生面前，以激发学生的学习兴趣，缩短认识过程。同时，在教师指导下，学生动手按电力拖动的要求接线，实现对电动机的直接控制，将书本理论与实践相结合，促进理解，加深记忆，学习效率得到明显提高。
第三，在理论实习操作一体化教学中，不要求学生掌握繁琐的理论，学生通过电力拖动的实习操作很快就能建立一个清晰、直观的概念，大大提高了教学效率。教师讲授时可从电力拖动知识需要引入课题，明确电动机启动的工作条件，使学生很快理解电动机的正转与反转，还可以用多媒体和实物进行演示，在学生进一步理解控制和被控制之间的关系后，学生在教师指导下立刻进行动手操作，从而加深认识。这样，相对所需课时缩短了，可安排学生进行实习操作练习，进一步加强学生的动手能力培养。
第四，职中机电专业PLC控制技术教学运用理论实习操作一体化教学方法，对教师的教学水平提出了更高、更新的要求。它要求专业教师除了必须具备相关专业系统的理论知识外，还必须具备高级电工维修技能以上的操作水平，才能在授课过程中进行规范、准确的操作演示和指导学生进行实习操作。
PLC控制技术教学实行理论实习操作一体化的案例
教学单元为五人抢答器的程序编写(共8学时，每次课2学时)。
(一)教学目标
知识目标：掌握PLC控制技术的基本程序编写方法(先用梯形图，然后用指令表)。能力目标：初步具有能实现可编程控制的逻辑编程能力。
(二)教学流程
提出要解决的问题以一次知识抢答活动为例，请你用PLC可编程控制器编写一个五人抢答器的程序，并调试模拟运行。要求：在主持人宣布开始以后才可以抢答，20秒以后，还没有任何一组抢答，则自动停止本题的抢答;任何一个人抢到以后，其他选手不能再抢(有锁定功能);一次抢答完成以后，主持人要复位，再准备进行下一次抢答。任务给出以后，教师引导学生。不能理解题意、甚至无法动手操作的学生，可以听教师讲解、指导;能理解题意、有一定思路的学生可以动手完成。这样，每位学生都有事可做，教学气氛活跃了很多。
自主探究学生完成教师给出的任务后交指导教师点评，教师指出学生编写的程序哪些地方需要修改，为什么要修改等等。要求学生从实际出发，思考符合实际工程要求的、逻辑思路清晰的程序。
利用实物演示编程效果把学生所编写的程序通过接口电路引到学生自己焊接的抢答器模拟电路板上，由5位学生进行现场模拟抢答，看看还有哪些没有考虑到，还要做哪些相应的修改。例如，有学生提到：第一个人抢到以后应有声音，要增加扬声器的控制输出端;抢到的组号还应有闪烁等。这样，学生的学习兴趣和积极性被激发出来，相关的理论知识也得到了补充。学生不仅学会了PLC控制技术的逻辑编程，还自然学习了电子技术的相关知识，使理论与操作达到了完美结合。
讨论教师和几位学生组成“专家组”，对每一位学生的作业进行点评，然后学生共同讨论，对每一题评出“编程之星”，学期末可根据“编程之星”的获得次数评定平时成绩。
作业要求学生把抢答器程序编写的逻辑思维“移植”到对交通灯、自动售货机等的控制上，这样更加有效地激发了学生的学习积极性，在自习课、活动课时间，有的学生也自觉到实训室进行编程练习，真正实现了“要我学”到“我要学”的转变。
(三)教学效果
通过理论与实习操作一体化教学模式的具体运用，原来在职中没法完成的功能指令部分的教学也收到了很好的教学效果。当学生看到简单的逻辑编程实现了复杂的功能以后，对功能指令产生了强烈的学习兴趣，对他们继续学习专业课起到了很好的激励作用。
理论实习操作一体化教学的启示和体会
几年来，理论实习操作一体化教学的探索在实践中取得了良好的效果，学生看得见、摸得着，生动而不呆板，既容易理解，又记得牢固。在实践中我有如下几点体会：(1)理论实习操作一体化教学方法可以使技能操作训练与相关专业理论紧密衔接，实现了理论与实践密切结合、理性认识与感性认识同步提高。(2)职中机电专业理论教学和操作训练的有机结合，使学生有较多机会将专业理论知识与实际反复对照理解。由于这种教学方法运用了感知记忆、理解记忆、运动记忆等记忆方法，所以学生容易在大脑中较快地形成总体结构的全方位表象，技能形成较快。(3)理论学习与技能训练反复交叉进行，内容不断更新，学生有新鲜感。理论指导下的技能训练，使学生感觉学到了实在的本领，自信心增强，技能形成进程加快。(4)理论实习操作一体化教学方法增加了师生的直接接触，教师能比较直观地了解学生掌握专业知识和操作能力的程度，有利于切合实际地对学生加以指导，因材施教，满足不同层次学生的需求。
参考文献：
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《机电控制工程基础》课程的教学改革与实践探索 机电控制工程基础》
摘要：主要探讨了机械专业《机电控制工程基础》课程的教学改革与实践，研 究了《机电控制工程基础》的教学方法问题，阐明了通过改变教学模式、转变 教学思想以及强化实践环节来提高教学效果。 关键词：机电控制工程基础;教学改革;实践 机械工业一直是我国国民经济中重要的基础工业，现代机械工业要想获得 发展，就需要在传统的机械制造技术中引入自动控制理论，大力发展机电一体 化技术。自动控制技术是机电一体化技术的核心内容之一，它在工业和科学技 术的发展过程中起着重要作用，已经成为从事自动化工作的工程技术人员不可 缺少的重要理论基础之一。因此，《机电控制工程基础》成为高职院校机电类 专业的一门重要的专业基础课。下面笔者结合《机电控制工程基础》教学实践 谈几点体会。 转变教学思想，理论联系实际，提高教学质量 遵循教学大纲，精选教学内容《机电控制工程基础》的理论体系庞杂，很 难按大纲要求在 40 学时内讲授完全部内容。 因此， 我们根据当前学生就业的实 际需求，对课本的内容做了精心筛选，既保证学生对机电控制工程基础的现状 和发展有全盘的了解， 又重点讲解学生将来在实际工作中可能用到的知识内容。 在讲授过程中，既注重原理本身的理论推导，又联系实际，做到学以致用。根 据实际需要，我们详细讲述了工业应用中常用的时域分析法以及频域分析法， 而对于根轨迹法，考虑到学生本身的接受能力以及应用范围，我们只是简单阐 述其基本规则。对于非线性控制系统，由于其内容复杂，原理还不够完善，在
授课过程中只作总体阐述。由于精选了教学内容，学生在学习过程中既能有重 点地学习，又能根据自己的需要扩充自己的知识面。 理论联系实际，启发学生思维《机电控制工程基础》的内容大都是枯燥的 理论知识，传统的教学方法使学生普遍缺乏学习兴趣和积极性。讲解理论的目 的最终还是为实际的生产和生活服务，理论如果脱离实际就会变成空谈。为了 培养学生的学习兴趣，启发学生的思维，在课堂教学中必须努力将枯燥的理论 与工业生产或日常生活中的具体实例联系起来， 这样既能激发学生的学习欲望， 又能使学生深刻理解理论知识，做到学以致用，融会贯通。比如，在讲“开环 和闭环控制系统”时，如果仅仅把概念告诉学生，无法使他们真正理解和判断 系统的类型。在讲课时，笔者就列举了一些简单的例子，启发学生思维。例如 让学生判断家用的洗衣机等电器属于哪种类型的系统，先让他们自由探讨，再 具体讲解：由于家用洗衣机的洗涤和脱水依照设定的时间程序进行，无需对输 出量(衣服清洁程度和脱水程度)进行测量，所以属于开环控制系统。这样学 生就比较容易理解开环和闭环控制系统的概念了。再比如讲解闭环控制系统的 作用过程时， 学生很难理解闭环控制系统结构框图， 但结合日常生活中的例子， 问题就容易解决了。 例如， 司机控制汽车的速度就是一个典型的闭环控制系统， 其作用过程如图 1 所示，其控制框图如图 2 所示。结合具体的生产生活实例， 既增加了学生的感性认识，又提高了学生的学习兴趣，启发了学生的思维，收 到了很好的教学效果。
阐明学科特点，激发学生兴趣《机电控制工程基础》阐述的是原理性知识， 很多学生容易产生误解，觉得只是学习一些空洞的理论。为此，笔者从以下三
个方面来阐明学科的特点，激发学生的学习兴趣。首先，告诉学生自动控制理 论是目前最实用最有发展前途的理论之一，其在工农业以及国防科技中发挥着 越来越重要的作用，学好该门课程可以拓宽就业渠道。其次，在授课过程中结 合具体生活实例，使学生懂得机电控制工程在生活中的应用随处可见，从而激 发他们的学习兴趣。最后，不断介绍自动控制在军事和高科技领域中的应用， 如机器人控制、雷达控制等，使学生认识到自动控制对国家的发展有深远的影 响，从而提高了他们学习该课程的主动性。 改变传统教学模式，运用多媒体课件，实现互动式教学 开发多媒体课件，改变教学模式《机电控制工程基础》是一门理论性和实 践性均较强的专业基础课，这门课程不仅内容涉及知识面广，而且所包含的信 息量大，更新和发展也比较快，内容比较抽象。采用传统的教学模式，学生感 到难于理解，教师也很难系统全面地讲授。为了解决这个问题，在学校的支持 下，笔者立项开发这门课程的多媒体课件。运用多媒体教学，采用图文并茂的 投影显示模式，使得公式推导和图形绘制等操作变得形象简便，使原本枯燥、 抽象的理论阐述变得形象和具体，激发了学生的学习兴趣，活跃了课堂气氛， 收到了良好的教学效果。例如，在讲授“振荡环节的单位阶跃响应曲线的绘制 以及稳定性分析”(如图 3)时，采用多媒体课件教学以后，图形绘制变得轻 松自如，而且形象客观。
采用互动式教学， 提高课堂教学效果传统的教学模式大都以教师讲授为主， 因而不能很好地调动学生的学习积极性。 采用多媒体教学手段进行互动式教学， 课堂教学效果将大大增强。例如，在学习“传递函数的框图变换”时，可以先
给出变换的总体原则，然后根据幻灯片显示的步骤，让学生独立思考每一步变 换的结果，并及时提问，引导学生，直至求出最后的答案。当然，学生在听课 过程中如有疑问，都可以回放幻灯片及时解决问题。 教学内容网络化，实现资源共享采用多媒体课件以后，就可以避免出现教 师教案更新慢，学生上课忙于记笔记的现象。教师将上课的内容上传到网上， 实现资源共享，学生课后根据需要下载内容，课上可以专心听课。另外，运用 网络可以实现课堂内容的在线测试，并可以及时回答学生提出的各种问题。 讲练结合，提高教学效果 《机电控制工程基础》包含了很多高等数学知识，包括微积分、矩阵以及 拉氏变换等，要想获得良好的教学效果，除了教师的精心备课，课堂上详细讲 解外，适当的练习，包括课堂提问、课堂小练习以及课后作业，是非常必要的。 课堂上，笔者为引导学生积极思考，将学生回答问题情况与平时成绩挂钩，极 大地提高了学生的学习积极性。课堂小练习则是针对刚讲授的内容做小测验， 测验结果可反映学生的课堂学习效果。考虑到课时安排以及学生的实际情况， 笔者在课后作业选题时尽量做到有针对性和目的性。通过课后作业，学生可以 巩固课堂所学的知识，随时发现问题，并可通过课堂讲解以及网络答疑来解决 问题。运用讲练结合的教学方法极大地提高了教学效果。 加强实践环节，深化教学效果 《机电控制工程基础》不仅是一门理论性很强的学科，也是一门应用性很 强的学科，只掌握单纯的理论知识是远远不够的，必须利用实践环节将理论应 用到实际中，并通过实践来检验理论和深化理论。实践环节包括两个方面：一 方面是组织学生完成相关实验， 强化课堂上所学的理论， 培养学生的动手能力;
另一方面是利用毕业设计训练学生初步的科研能力，把理论知识转化为实际控 制系统的设计以及测试能力等。实践环节使得学生的学习不再是纸上谈兵，理 论与实践相结合，增强了教学效果。 《机电控制工程基础》有理论体系庞杂，信息更新较快，控制方法繁多， 理论性强等特点，要想更加充分地调动学生的兴趣和主动性，更好地利用多媒 体手段增强教学效果，还需要不断地深入研究。 参考文献： [1]杨自厚.自动控制原理[M].北京：冶金工业出版社，1999. [2]金子敏夫.机电一体化基础[M].哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版社， 2000. [3]罗晓曙.自动控制原理的教学方法浅谈[J].广西物理，2000， (2)：21. 1
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