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。
参考文献：
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[4]郭利霞.高职PLC原理及控制技术课程一体化教学模式探讨[J].教育与职业，2008(6)：50-52.
[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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[2]《电气控制及PLC课程项目教学改革与探索》，姚思奇-《内江科技》，2016年.
[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：PLC是一种可编程存储器装置，具有着数据计算、逻辑运算以及顺序控制等功能，并以数字或者模拟的方式从输出设备中呈现，非常适合应用在我国现今的电梯系统设计中。在本文中，将就基于PLC的电梯控制系统进行一定的分析与研究。
关键词：PLC;电梯控制系统;研究
1 引言
近年来，我国的微电子技术得到了较为快速的发展，在这个过程中，可编程存储器装置在以往逻辑控制功能的基础上还具有了信息通信、网络传输以及数据处理等以往只有计算机才能够处理的功能，且在具有更多功能的同时还展现出了编程简单、安装维护便捷、体系小以及抗干扰能力强等优点。其在具体应用中，主要具有着顺序控制、过程控制以及数据处理等功能，能够对现今工业生产中的电动机设备以及其运行情况进行有效的控制。目前，PLC已经在我国很多领域之中得到了应用，在本文中，将就基于PLC的电梯控制系统进行一定的研究。
2 PLC概念分析
2.1 PLC概念分析
PLC，即编程控制器，其是以微处理器为基础而设计出的一种新型自动化控制系统，由输出、输入接口部件、电源部件以及处理器等几个部分组成，并由所具有的处理速度快、体积小、搭建简便特点而在我国现今工业领域中得到了较为广泛的应用。
2.2 PLC在电梯系统中应用的优势
对于现阶段电梯的控制方式来说，其主要具有微机控制、PLC控制以及继电器控制这三种主要形式。随着近年来我国建筑高度的不断提升、人们对电梯安全性要求的不断加大，传统的继电器控制方式已经不能够满足人们的需求，主要表现在接线复杂、通用性差、故障率高等方面。而同其相比来说，PLC系统则具有着体积小、可靠性强、抗干扰能力强以及安装便捷等特点，能够更好的保障电梯运行过程中所具有的安全性，尤其是对于控制功能小、层数较低的建筑电梯来说，其往往具有着更高的优势。而对于基于PLC技术建立的电梯控制系统来说，其则需要能够具备下述功能：第一，能够在电动机装置的应用下实现电梯的升降;第二，需要在某层停车情况下，通过按下楼层外呼按钮能够在延时状态下对电梯门进行开启。同时，在电梯对相关控制动作完成、且没有收到层外呼叫指令的情况下，整个系统应当保证电梯能够对关闭轿门的动作进行及时的相应，且控制设备应当在设定时间内进行自动运行处理，以此保证不同动作都能够具有有效的响应时间。
3 PLC电梯控制系统的工作原理
对于电梯PLC电梯控制系统来说，其在组成方面主要有拖动控制系统以及逻辑控制系统组成的。其中，逻辑控制功能主要通过PLC软件的设计进行实现，主要功能有轿厢所处位置判定、开启以及关闭轿门、定向选层以及换速等等。而在电梯拖动控制系统处于运行状态的情况下，电梯则会根据目前状态发出反馈信号，并在信号发出之后通过PLC控制系统对其进行传输，以此帮助系统能够有效的收到该控制信号。
从该系统工作原理看来，电梯控制系统则主要分为RUN以及STOP这两种状态。在RUN状态下，系统则会根据用户的控制要求对相关程序进行启动、执行与处理，以此实现对电梯控制功能的操作。而为了在这个过程中保证控制系统的输出能够对电梯运行中这种输入信号的变化进行准确、及时的响应，系统在对用户程序进行执行时往往会执行多次，并在短时间内发出多次、具有重复性的命令执行，直至PLC处于STOP状态位置，并以此实现了用户的通行需求。
4 基于PLC的电梯控制系统研究
4.1 设计思路
在电梯运行过程中，控制系统可以说是保证其正常运行的一个环节，而在对其控制系统进行设计的过程中，选择一个适合电梯运行的PLC是非常重要的一项内容。对于PLC来说，其可以说是现今电梯系统控制的一项重要因素，将直接对电梯系统的技术与质量都产生影响。对于电梯控制系统而言，其主要是由电视监控系统、指令系统以及控制系统等组成，在对该系统进行设计时，需要能够对PLC设计思路进行清晰的定位，并在严格根据系统设计以及应用要求的基础上对I/O接口进行分配。
4.2 软件设计
为了能够更好的对电梯控制系统进行设计与研究，我们以某建筑5层电梯为例，对其PLC控制系统设计过程中的几个重点问题进行分析与说明，其基本结构框架如下图所示：
图1 电梯PLC控制系统
4.2.1 在该控制系统的硬件配置、系统选型
为了能够保证该控制系统具有良好的可靠性以及稳定性，我们在对I/O点数进行设置时需要保证能够具有一定的余量，而为了更进一步提升其所具有的安全性，在控制部分则需要对门锁继电器以及急停继电器装置进行保留。而具体针对本5层电梯来说，则在对输出、输入信号纵梁进行充分考虑的基础上将输入点数确定在35点，而输出点数则确定在32点，并将该系统的输出电压设定为220V以及110V。
4.2.2 I/O地址分配
在我们对该电梯系统I/O点数进行确定之后，则需要根据I/O地址的实际分配情况、所确定完毕的输入输出点数以及外围接线方式对其进行全面的分析。在该电梯控制系统中，PLC主机可以说是最为关键的控制核心，在这个过程中，通过PLC输入结构的应用，则能够将信号有效的传输到PLC主机之中，并在主机的存储中心内部实现相关数据的处理以及运算。此外，该系统也会通过指层器、控制信号以及电梯驱动系统等应用完成对相关动作指令的发出动作。
4.2.3 指层控制回路指令分析
对于指层控制回路來说，其在该系统中能够根据电梯轿厢目前所处位置以及其即将运行的方向进行良好的指示。在现今电梯技术下，楼层信号的指示功能借助于电梯装置每层井道内的感应器装置以及轿厢顶部隔磁板装置予以实现。并能够在对后续运行方向进行良好预计的情况下通过PLC程序的应用对其实现控制功能。
4.2.4 定向选层线路分析
对于该项功能来说，主要是指在电梯系统中已经发出厅外指令或者轿内指令的情况下，系统电梯装置应当发出的信号以及处理方式。同时，当电梯即将达到或者具有厅外、轿内指令楼层的情况下，电梯在正常运行的过程中，其所具有的运行方向应当以电梯桥厢内所接收指令以及电梯轿厢装置实时所处位置为参照进行判定的，而如果电梯处于无人控制的运行状态，其所具有的运行方向则应当参照厅外召唤信号对电梯轿厢所处位置的判定为参照进行衡量。
4.2.5 开关门运行回路
以双开门电梯PLC控制系统为例，在我们对电梯开关门回路进行设计时，其所具有的功能主要有本层开门、手动开门、到达目标楼层后开门、基站启动开门以及自动延时开门等等内容。
4.2.6 信号控制系统
对于PLC控制系统来说，其目前主要是由PLC软件对其进行处理与控制的，在一个信号的控制系统中，所有的功能都是可以通过程序的运行来完成的。对于电流不同的电梯，比如直流电和交流电存在着一定的差别，除了一小部分的控制功能和输入意义及输出功能有差别之外，其他的PLC电梯信号控制的基本功能都是一样的，所以PLC控制系统在应用的过程中有着很强的通用性。
4.3 硬件设计
4.3.1 PLC选型
对于电梯控制系统来说，其具有着较多的输入输出口，对此，在对I/O扩展模块进行选择时，数量就需要具有充分的保证。在根据其所具有的较强抗干扰性以及稳定性要求，我们选择了SIMATIC S7一300PLC作为本电梯的控制器。同时，在本电梯系统中，仅仅具有数字量以及逻辑处理需求，而没有其他额外的任务，并不需要进行扩展，所以一个CPU以及一个电源模块即能符合本系统的运行要求。
4.3.2 变频器选型设计
在电梯变频调速系统中，变频器是非常重要的核心设备，其所具有的质量对于系统具有着非常重要的影响。而在对变频器品牌进行选择时，就需要保证质量以及参数能够满足要求。一般来说，在对相关参数进行选择时，负载类型以及系统变频调速方案则是对变频器进行选择的一项重要依据。经过对比、研究，本设计使用了TD3100电梯变频器以及门机变频器作为最终选择。
5 结束语
总的来说，在我国现今建筑建设数量增多、高度不断增加的今天，电梯的安装数量也得到了较大的增加。在上文中，我们对PLC的电梯控制系统设计与实现进行了一定的研究，需要我们在该研究基础上能够联系实际，以良好运行方案的设计与硬件的选择实现电梯的安全、高效控制。
参考文献
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[2]陳纪龙，孟洪兵.利用OO方法实现电梯控制系统的模拟[J].塔里木大学学报.2014(01)：：87-90.
作者：刘庆鸿
[摘 要]PLC计算机控制设备广泛应用于工业自动化领域，其大多工作在强电设备所形成的恶劣电磁环境中，如何降低电磁干扰对PLC控制系统的影响，保证系统可靠运行就十分重要。从电磁干扰信号的来源入手，提出了降低电磁干扰的方法，并在具体的实际工程设计中得以应用，取得了较好的效果。
[关键词]PLC;电磁干扰;抑制;有效途径
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PLC计算机控制设备广泛应用于工业自动化领域。PLC的抗干扰能力直接影响到系统可靠运行，所以提高其抗干扰能力非常重要。由于PLC大多工作于电机、变频器等大功率设备所形成的交变电磁场内，电磁环境差，极其容易被干扰，所以要保证PLC控制系统可靠运行，必须从硬件和软件入手，采取必要的方法和手段，减小电磁干扰对其的影响。
1 电磁干扰信号的来源
PLC控制系统所受的电磁干扰程度，取决于其工作的环境，不同的工作环境其所受干扰的种类和强度也不相同，根据干扰类型，PLC控制系统所受到的电磁干扰分为以下几种。
1.1 供电电源产生的电磁干扰
PLC通常采用的都是交流电源，而一般交流电源均存在电压波动，当存在大功率用电设备，电网电压波动尤为明显，电网中会含有一定的谐波成分，大功率用电设备造成的电压波动会产生交流磁场，这些因素对PLC控制系统会造成干扰，严重时甚至会造成PLC在运行中出现死机。电源的干扰类型如图1所示。
1.2 工作环境的辐射电磁干扰
如果PLC系统安装在射频场内，信号传输线上会产生感应电动势，形成的感应电压和感应电流，造成辐射干扰，引起PLC接地回路出现电势差，造成PLC工作异常和模拟量测量产生较大的误差，当接地回路的电势差过大时会造成PLC的误动、死机，甚至损坏，如图2所示。
1.3 接地混乱引起的干扰
正确合理的接地，不仅可以减小电磁干扰对PLC的的影响，又能抑制PLC向外发出干扰信号，PLC控制系统的地线包括系统地(SE)、屏蔽地(FE)和保护地(PE)等。若接地系统混乱，则各个接地点电位分布不均，在不同接地点间产生电位差，出现环路电流，影响PLC系统的正常工作。
2 抗电磁干扰的有效途径
抗电磁干扰的主要方法是：降低噪声源等级，消除产生干扰的原因;阻断电磁干扰传播的路径，或提高传递路径抗电磁干扰的能力;选择高抗干扰能力的PLC，降低其对噪声的敏感度。
2.1 供电电源设计
配电采用三相五线制(TN-S)，所有的控制电源經过隔离变压器后进行二次分配。柜内地线与中性线分开，采用16 mm2黄绿电缆接地，接地电阻应小于4 Ω。
PLC系统供电的电源应与大功率用电设备、变频器等分别使用不同的变压器供电，采用性能较好的隔离电源，当电源条件恶劣时，可考虑采用在线式不间断供电电源(UPS)供电。
2.2 辐射干扰的抑制
PLC内部具有光电耦合器和可控硅等元器件，可以实现内外信号的隔离，使PLC免受外部电源波动的影响。但实际上，因为电源波动产生的感应电磁场，造成的共模和差模信号无法消除，从而产生模拟信号数据采集的误差，开关量控制上的错误。为此，设计时应注意以下几个方面。
2.2.1 传输电缆的选择
PLC系统的模拟信号或数字信号线的连接电缆，应采用屏蔽电缆，屏蔽层应单端接地。数字信号连接电缆的屏蔽层应两端接地。
大功率用电设备的动力电缆，应采用屏蔽电缆。PLC的信号线路可采用光电耦合器进行隔离，PLC和上位机之间的通信线路尽可能使用光纤或使用光电耦合器隔离;通讯电缆应优先选用PLC生产厂家提供的专用电缆。PLC控制柜电缆布置如图3所示。
2.2.2 信号种类的选择
模拟信号应采用4～20 mA的电流信号;开关量采用24V较高的电压等级。
2.2.3 环境和布线要求
PLC应远离强干扰源，离动力线至少应200 mm。
不同类型线应分层敷设，信号线和动力线不能平行走线或布置在同一个线槽内;PLC的数字信号线与大功率动力线走线时应分开;开关量与模拟量线应相互分开敷设;在同一线槽内敷设信号电缆时，应按传输信号的类别分层敷设。如图4所示。
2.2.4 PLC输入输出端的保护
当PLC输入输出端连接的是感性负载时，应防止感性负载关断时产生的高压损坏PLC的输入输出端。若为直流电路，应在感性负载两端并接1 A左右的续流二极管，若为交流电路，应在感性负载两端并联阻容电路。
2.2.5 I/O箱与主控柜的连接
为了减少干扰，所有I/O控制箱与主控柜之间铺设黄绿双色线接地线，如图5所示。
2.3 正确选择接地方式
PLC控制系统属于低压控制装置，应采用单点直接接地方式。低压电器单点接地方式有：串联式单点接地、并联式单点接地和多分支单点接地三种。对于集中布置的PLC系统应采用并联式单点接地方式。对于分散布置的PLC系统，应采用串联式单点接地方式。接地线应选择截面积大于2.5 mm2的黄/绿铜导线，母线铜排的截面积应不小于6 mm2，接地电阻应小于4 Ω。
3 工业以太网电磁干扰的抑制
PLC控制系统网络环境较复杂，且车间的电磁环境较差，所以在系统设计时，应从以下几方面考虑工业以太网的抗干扰设计。
(1)网络设计时，在满足信息节点数据传输需要的基础上，尽量优化整个网络的结构，减少网络布线在工业环境中的长度。
(2)采用具备冗余管理的工业级管理交换机，铺设光纤冗余环网。若交换机不具备冗余管理，则应避免环形网络结构，采用星形网络架构。
(3)若布线距离较长或需经过强干扰源时，应选择光纤敷设。
(4)采用工业屏蔽双绞线是避免高低频电磁干扰电磁干扰最有效手段，正确的接地是避免干扰的关键。屏蔽接地应该只有唯一的接点，以保持接地点的地平衡。
(5)网络电缆与动力电缆需并行敷设时，应保持足够的平行距离;需要交叉敷设时，可采用正交方式并保持一定距离;网络电缆在整个通讯长度范围内应尽量远离感应器、变压器等较大干扰源。
(6)桥架设计中，网络电缆桥架必须和动力电缆桥架分别敷设，并保持一定的距離。在需要动力电缆、通讯电缆并行敷设时(比如2种电缆下穿接入同一个分布式控制箱时)，必须采用大桥架套小桥架或桥架隔板等方式敷设。
4 结束语
彻底消除PLC控制系统的电磁干扰，从成本、设计和加工来说是不合理的。PLC抗干扰设计的目的是使其在存在电磁环境下工作时，各系统都能正常工作，达到兼容目的。因此要保证PLC控制系统不会由于电磁干扰的影响而出现误动作或不工作，就应从电源、传输、负载等环节着手，采用综合治理方法，减小电磁干扰对系统的影响，保证设备的可靠运行。
参考文献
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作者：邢宇鹏 谢颖
【摘 要】PLC控制系统软件的优良程度对冶金矫直设备具有直接影响。现代化大型冶金企业中，自动化控制水平较高，工艺对操作人员要求及依赖性较高，导致控制系统软件硬件具有较高容错性及稳定性。PLC控制系统在结合变频器有利于提升冶金矫直设备工作效率。本文探讨PLC及变频器相关概念，对两者在冶金矫直设备的应用及优势进行论述。
【关键词】PLC;变频器;系统
冶金行业在展开工作中涉及工序相对复杂，不同项目控制具有独立系统，控制主体包括高炉、煤气大型旋转设备等，控制对象工艺复杂，控制需求较多，需要设计软硬件控制系统满足正常及非正常生产需求，且具有灵活性、优质性。此类控制系统涉及工作人員数量较多，但技术水平参差不齐。若技术人员能对控制对象了解程度不足，都将使设计的程序存在缺陷。部分程序无法参与到大生产过程。因此，应当不断提升控制系统软件功能，并改善PLC软件控制水平。
1.PLC及变频器
1.1PLC
PLC利用可编程储存器将控制器结合到内部储存程序，逻辑运算过程中对内部程序发出指令，从而实现计数及定时效果，用户需求可在一定程度上得到满足，数字工作在输入及输出工作中，实现对机械类型的控制，保障生产过程更加规范，可编程逻辑控制器展开工作中，首先采取输入方式，其次展开用户执行工作，最后完善输出功能，自以上三个过程建设工作周期，在可编辑程序控制器内部设置中央处理器，针对特殊情况重复扫描。冶金矫直设备在PLC控制系统中，控制矫直设备，利用机械工作电路图展开有效控制。
1.2变频器
变频器利用微电子技术及变频技术，控制电力设备中的交流电源，针对电源频率进行分别优化，在实际工作过程中，变频器含有驱动单元及制动单元、整流单元等环节，在电压及电源频率调节过程中，利用IGCT实现控制阻断。若想实现设备的节能功能，需调节运行速度，根据电机实际工作情况，调整电源及电压指标。变频器安全性较高，可保障各个单元展开工作，实现过载保护及过压保护。科学技术高速发展，变频器技术不断改善，应用范围不断拓展，利用变频器主路调节异步电动机电源频率及电压，实现电路异步电动机的有效调整。第一种调节方式为电流型，在工作中将电流源直流电转化为交流电。第二种为电压型，在工作中将电压源转变为交流电，保障工作的有序开展。
2.PLC及变频器在冶金矫直设备中的应用
2.1PLC在冶金矫直设备的应用
2.1.1PLC在冶金矫直设备的应用优势
PLC在冶金矫直设备应用中，所利用控制程序为FI系列，最高输出点为60.在整体系统中，输入及输出点无论如何拓展，输入点及输出点的比例为3：2.MCS51作为早期开发的PLC系统，受到技术原因阻挠，主频及内存空间占比小，只能采取简单编程方式设计程序。科学技术发展速度较快，计算机技术不断优化，PLC控制功能进一步提升。PLC在现代社会中，在输入模块及输出模块，整体配置全部改良，所利用的PLC通信组件，配置相比从前灵活性更高。新型PLC及彩电IC结构差异不大，其中含有两根线，串联时钟及数据线，此类结构在台架式起重机及吊桥中广泛应用，使控制线环数降低，线路运行情况可直观观察。型号为OMRON的全新PLC系统，将其在冶金矫直设备中应用，整体控制环节利用6根控制线，4根控制电源线，2根控制通讯线。
系统在运行过程中灵活性更高，中心受压器性能稳定性存在缺陷，利用新型PLC系统后，冶金矫直设备中心受电器稳定性明显改善。全新的PLC系统对冶金矫直设备具有较大价值。在工作中，设计线路需改变传统僵硬线路控制方式，从而展现PLC优势。例如，在设计电动机正反转电器连锁线路过程中，采取最优线路。若副触头及线圈紧密连接，可实现连锁反应，但无法展现PLC控制功能，使冶金矫直设备性能下降。若将接触器触头作为PLC信号，可实现电气互联，能够明确故障所在，从而及时检修及调整。
2.1.2PLC在冶金矫直设备的发展方向
PLC在冶金矫直设备应用中，将利用组态模块及变频器，使冶金矫直设备性能及控制精度进一步改善，将传统单机控制模式剔除，实现联动控制方式，改善PLC控制功能，在联动控制中实现信息共享，港口利用局域网实现远程控制，对其中设备运行情况进行监督，从而实现自动控制冶金矫直设备目标。科学技术的进一步发展，使PLC技术不断调整及完善，朝向自动化方向发展，并逐渐建设智能化系统，在信息技术及软件技术双重发展下，使冶金矫直设备展开工作效率更高。
2.2变频器在冶金矫直设备的应用
2.2.1变频器在冶金矫直设备的应用
变频技术处于高速发展中，矢量控制技术利于改善变频技术水平，使其在众多领域广泛应用。变频器在冶金矫直设备应用，在一个变频器的控制下，实现旋转结构及其他结构孔子，旋转结构及其他结构电机总容量差异不大，在实际工作中，整体结构负载量低，整体变化程度小，电阻箱及接触器应用数量减少。矢量控制技术的结合，变频器技术得以进一步优化，变频器在与变频电机及矢量技术融合过程中，可实现低频转矩特性，实现长时间的低速运行，防止出现重载及其他问题，提升工作效率，并控制工作能耗。
2.2.2变频器在冶金矫直设备的应用优势
引入变频器利于将PLC控制信号转换，实现电机正反转控制目标，利用内部程序控制不同电机档位，从而实现无极调速，在PLC模拟量控制端子及主零信号中加入变频器，控制精度进一步提升。变频器在应用过程中可实现有效采集，调整电机编码器信号，观察电机此时的运行速率，根据实际情况控制输出信号，闭环控制防止出现过速运转。减速控制及加速控制、停止运转控制，利于改善动能热效应形式，从而实现快速制动目标。变频器可利用检测转速及转矩等方式控制参数，并监测故障的发生，实现有效报警，维护人员可利用检测设备进行监督，及时发出警报。维护人员可利用检测设备进行监督及报警，维护人员可利用检测设备实现故障排查，从而明确故障所在，保障设备有效运行。
结束语
我国冶金行业处于高速发展中，新型控制技术的应用利于改变企业自动化程度，从而实现数字化控制，使企业发展进入新的发展阶段，提升生产效率，改变能源利用率。PLC及变频器在冶金矫直设备的应用，可实现组合组态模块，优化冶金矫直设备控制精度，并结合微电子及变频技术，实现电动设备的有效控制。引入变频器后，PLC连接方向及控制信号的端子实现互联，将电机正反转控制目标实现，随着科学技术的不断发展，控制系统逐渐朝向智能化过渡，为冶金矫直设备的工作稳定开展提供帮助。
参考文献：
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作者简介：
何杨帆(1991.09)，男 汉族 安徽巢湖人，本科，助理工程师，从事冶金电气;毕业院校：安徽工业大学
(作者单位：韶关钢铁)
作者：何杨帆
摘 要：随着PLC在控制领域和制造行业的得到广泛的应用，PLC控制也越来越为大家所熟悉知。通过PLC在在铣床加工方面的应用，可以有效提高加工精度和效率。作者针对铣床的工作流程，结合PLC的控制原理，将PLC技术运用到自动铣床控制系统中，PLC充分体现其控制的灵活性和可靠，为PLC更广泛的在生产实际运行提供了很好的参考。
关键词：PLC;控制系统;铣床;设计
铣床在机械加工领域应用十分广泛，铣床的种类也很好。随着铣床功能的完善，电气元件组成的控制柜的规模越来越复杂。近年来伴随着计算机技术的发展，小巧而又强大的PLC得到了广泛的应用，在控制和制造行业尤为突出，新型的PLC在铣床方面的应用，不仅扩大了铣床的加工范围，还提高了加工精度和效率。
1 系统总体设计
1.1 PLC应用编程设计
本PLC的编程设计要求有：(1)根据铣床工艺要求确定铣床控制方案;(2)根据铣床的功能和电器元件选择I/O数量(3)根绝运行控制的流程和复杂程度，选定存中央处理器的容量;(4)根据输入和输出信号的类型，选择不同的I/O模块;(5)CPU选择，由存储器容量、输入/输出和模块类型、运算功能和运算速度等选择合适的PLC;(6)按照模块化、结构化、标准化的设计要求，设计系统程序;
1.2 铣床工作及控制系统流程
铣床一般由铣刀盘、液压泵、润滑泵、冷却泵、电磁阀和电控系统组成。构成自动控制的元器件由按钮和限位信号控制电机和电磁阀来。铣床工作流程如下图1所示：
图1 铣床工作流程图
PLC控制系统流程如下图2所示：
图2 PLC控制系统流程图
2 系统硬件设计
2.1 可编程序控制器物理结构及控制方式的选择
根据物理结构，可编程序控制器分为整体式和模块式。要求较高的系统一般采用模块式可编程序控制器，选用有相应特殊I/O模块的可编程序控制器计数，也可以选用内置相应功能的整体式可编程序控制器。
2.2 I/O点数的确定
I/O点数是可编程序控制器的一个简单明了的性能参数。在机型选择时必须注意一下问题，一是系统设计的更改，留有充分的余量。二是手册上给出的最大I/O点数都是在理想情况下获得的参数，为了保证所设计的控制系统的正常运行，实际I/O点数留有30%左右的余量。
2.3 可编程序控制器的指令系统
程序控制器功能很多，有运算、传输等。在选择指令功能时，可利用计算机或手提电脑进行编写，这样有利于保存和修改。
因此，在选择PLC系统时要根据自身的使用条件和应用范围而定，选择适合自己的系统。所以，我们选则三菱的FX2N系统。FX2N系统的参数和性能，完全符合我们设计的要求。根据以上的分析和筛选最后我们确定选用FX2N-16MR型号的PLC。
2.4 输入/输出接口电路
输入接口电路根据使用习惯和安全要求，各按键和继电器分别选用常开或常闭触点，使电器硬件和程序之间根据逻辑保持一一对应。
3 系统编程
3.1 铣床电力控制系统
一般分为控制电路和辅助电路，主要控制电路的作用是电动机(M1、M2、M3)的控制。辅助电路主要是各类照明电路，常采用外接，而电机控制则采用PLC程序控制。
电动机的控制主要要求以：启停控制;正反转控制;停车时制动，以及限流电阻，过载和短路保护等为主。
3.2 PLC系统地址分配
根据实际控制过程的分析和性价比的要求，在选择PLC规格时，对铣床的原有输入信号及负载情况进行了分析综合。对铣床引入PLC的输入信号个数进行压缩处理，把三个电动机的热保护继电器的动断触点串人回路，将主轴正反转接触器及进给正反转接触器的触点在外部接线上直接互锁，而不作为PLC的输入信号引入PLC。從而减少了I/O点数。
4 结束语
通过这次的技术改造，大幅度减少了设备运行的故障率，减轻了操作人员的劳动强度，提高了工作效率。经过较长时间的运行，收到了良好社会效益和经济效益。在PLC的自动铣床控制系统中，PLC充分体现其控制的灵活性和可靠，也为PLC更广泛的在生产实际运行提供了很好的参考。
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作者单位：河南能化有限公司洛阳永龙能化有限公司，河南洛阳 471100
作者：郭三军 丁锦 刘冬生
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：
[1]郑凤翼，等.图解PLC控制系统梯形图和语句表[M].北京：人民邮电出版社，2006.
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[3]高勤.电器及PLC控制技术[M].北京：高等教育出版社，2002.
实 训(习)报 告
课程名称：专 业 综 合 实 训
专 业： 生产过程自动化
班 级：
学 号：
姓 名：
指导教师： 成 绩：
完成日期：
目 录
1、PLC简介 ......................................................................................................... 1 1.1、可编程控制器的产生 .................................................................................. 1 1.
2、PLC的发展 .................................................................................................. 3 1.3、PLC的未来展望.......................................................................................... 4 1.
4、PLC的特点 .................................................................................................. 4 1.5、PLC的组成 .................................................................................................. 5 1.5.
1、中央处理单元(CPU) ................................................................................ 6 1.5.2、存储器 ....................................................................................................... 6 1.5.
3、输入/输出模块 .......................................................................................... 8 1.5.4、扩展模块 ................................................................................................... 9 1.5.
5、编程器 ....................................................................................................... 9 1.5.6、电源 ......................................................................................................... 11 1.
6、PLC的工作原理........................................................................................ 11 1.6.1、扫描技术 ................................................................................................. 12 1.6.
2、PLC的I/O响应时间 ............................................................................. 13 1.7、梯形图程序设计 ........................................................................................ 13
2、方案的论证 ................................................................................................... 15 2.1、工艺过程分析 ............................................................................................ 15 2.
2、PLC型号的选择........................................................................................ 15 2.3、工作控制方式 ............................................................................................ 15
3、水塔水位系统PLC硬件设计 ..................................................................... 17 3.1、水塔水位系统控制电路 ............................................................................ 17 3.
2、输入/输出分配 ........................................................................................... 18 3.3、水塔水位系统的接线图 ............................................................................ 18
4、水塔水位控制系统PLC软件设计 ............................................................. 19 4.1、程序流程图 ................................................................................................ 19 4.
2、梯形图 ........................................................................................................ 20 4.3、系统程序的具体分析 ................................................................................ 21
4.4、水塔水位控制系统梯形图的对应指令表 ................................................ 22
5、总结 ............................................................................... 错误!未定义书签。 致
谢 ............................................................................................................. 24 参考文献 ............................................................................................................. 25
摘
要
在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用MCGS组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。
关键词： 水位控制、欧姆龙PLC
1、PLC简介
1.1、可编程控制器的产生
可编程控制器是二十世纪七十年代发展起来的控制设备，是集微处理器、储存器、输入/输出接口与中断于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各个行业。计算机在操作系统、应用软件、通行能力上的飞速发展，大大加强了可编程控制器通信能力，丰富了可编程控制器编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力。因此，无论是单机还是多机控制、是流水线控制还是过程控制，都可以采用可编程控制器，推广和普及可编程控制器的使用技术，对提高我国工业自动化生产及生产效率都有十分重要的意义。
可编程控制器(Programmable Controller)也可称逻辑控制器(Programmable Logic Controller),是一微处理器为核心的工业自动控制通用装置，是计算机家族的一名成员，简称PC。为了与个人电脑(也简称PC)相混淆通常将可编程控制器称为PLC。
可编程控制器的产生和继电器—接触器控制系统有很大的关系。继电器—接触器控制已经有伤百年的历史，它是一种弱电信号控制强电信号的电磁开关，具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的有优点。对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常使用，至今仍有广泛的用途。但是当工作模式改变时，就必须改变系统的硬件接线，控制柜中的物件以及接线都要作相应的变动，改造工期长、费用高，用户宁愿扔掉旧控制柜，另做一个新控制柜使用，阻碍了产品更新换代。
随着工业生产的迅速发展，市场竞争的激烈，产品更新换代的周期日益缩短，工业生产从大批量、少品种，向小批量、多品种转换，继电器—接触器控制难以满足市场要求，此问题首先被美国通用汽车公司(GM公司)提了出来。通用汽车公司为适合汽车型号的不断翻新，满足用户对产
品多样性的需求，公开对外招标，要求制造一种新的工业控制装置，取代传统的继电器—接触器控制。其对新装置性能提出的要求就是著名的GM10条，编程方便，现场可修改程序; 维修方便，采用模块化结构;可靠性高于继电器控制装置;体积小于继电器控制装置; 数据可直接送入管理计算机;成本可与继电器控制装置竞争; 输入可以是交流115V; 输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等;在扩展时，原系统只要很小变更;用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
这十项指标就是现代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通计算机，它与有关的外部设备，按照“易于与工业控制系统连成一体”和“便于扩充功能”的原则来设计。
用可编程控制器代替了继电器—接触器的控制，实现了逻辑控制功能，并且具有计算机功能灵活、通用性等有点，用程序代替硬接线，并且具有计算机功能灵活、通用性能强等优点，用程序代替硬接线，减少了重新设计，重新接线的工作，此种控制器借鉴计算机的高级语言，利用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，其标志性语言是极易为IT电器人员掌握的梯形图语言，使得部熟悉计算机的人也能方便地使用。这样，工作人员不必在变成上发费大量地精力，只需集中精力区考虑如何操作并发挥改装置地功能即可，输入、输出电平与市电接口，市控制系统可方便地在需要地地方运行。所以，可编程控制器广泛地应用于各工业领域。
PLC问世时间不长，但是随着微处理器的发展，大规模、超大规模集成电路不断出现，数据通信技术不断进步，PLC迅速发展。PLC进入九十年代后，工业控制领域几乎全被PLC占领。国外专家预言，PLC技术将在工业自动化的三大支柱(PLC、机器人和CAC/CAM)种跃居首位。
我国在八十年代初才开始使用PLC，目前从国外应进的PLC使用较为普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美国GE公司GE系列和德国西门子公司S系列等。
1.2、PLC的发展
虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分为三各阶段：
早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这是的PLC多少由电继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上 以计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置种的器件主要采用分离元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上采用广大电器工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指示，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。
在七十年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。
这样，使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。再硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量快、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，是各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。
进入八十年代中、后期，由于插大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商纷纷开发研制了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬功能发生了巨大变化。
1.3、PLC的未来展望
21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS(Distributed Control System)中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
1.4、PLC的特点
1 可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2 配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3 易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
5 体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
1.5、PLC的组成
PLC的硬件主要是由中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元，通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。典型PLC组成框图如图1.1所示。
图1.1 典型PLC组成框图
1.5.1、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC控制中枢。它PLC系统程序赋予功能接收并存储从编程器键入用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器状态，并能诊断用户程序中语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描方式接收现场各输入装置状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，命令解释后按指令规定执行逻辑或算数运算结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区各输出状态或输出寄存器内数据传送到相应输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
进一步提高PLC可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU表决式系统。这样，某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
1.5.2、存储器
存放系统软件存储器称为系统程序存储器。存放应用软件存储器称为用户程序存储器。
1、PLC常用存储器类型
(1)RAM (Random Assess Memory) 这是一种读/写存储器(随机存
储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。
(2)EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种可擦除只读存储器。断电情况下，存储器内所有内容保持不变。紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。
(3)EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除只读存储器。使用编程器就能很容易对其所存储内容进行修改。
2、PLC存储空间分配
各种PLCCPU最大寻址空间各不相同，PLC工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：
(1)系统程序存储区
(2)系统RAM存储区(包括I/O映象区和系统软设备等) (3)用户程序存储区
系统程序存储区：系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC性能。
系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈;数据寄存器;计时器;计数器;变址寄存器;累加器等存储器。
(1)I/O映象区：PLC投入运行后，输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，输出刷新阶段才将输出状态和数据送至相应外设。它需要一定数量存储单元(RAM)以存放I/O状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中一个位(bit)，一个模拟量I/O占用存储单元中一个字(16个bit)。整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区;模拟量I/O映象区。
(2)系统软设备存储区 ：I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)存储区。该存储区又分为具有失电保持存储区域和无失电保持存储区域，前者PLC断电时，由内部锂电池供电，数据不会遗失;后者当PLC
断电时，数据被清零。
用户程序存储区：主要用来存放用户的应用程序。所谓用户程序时指使用户根据工程现场的的产生过程和工艺要求编写的控制程序。次程序由使用者通过编程器输入到PLC机的RAM存贮器中，以便于用户随时修改。也可将用户程序存放在EEPROM中。
1.5.3、输入/输出模块
输入/输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的借口。现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量(压力、流量、温度、电压、电流)等，都要通过输入模块送到PLC。由于这些信号电平各式各样，而可编程控制器CPU所处理的信息只能是标准电平，所以输入模块还需将这些信号转换成PLC能够接受和处理的数字信号。输入模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件所能接收的控制信号，以驱动如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构。可编程控制器有多种输入/输出模块其类型有数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块。这些模块分直流和交流、电压和电流类型，每种类型又有不同的参数等级，主要有数字量输入/输出模块和模拟量输入输出/模块，部件上都设有接线端子排，为了滤除信号的噪声和便于PLC内部对信号的处理，这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存电路。数字量输入模块带有广电耦合电路，其目的是把PLC与外部电路隔离起来，以提高PLC的抗干扰能力。数字两输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出三种方式。模拟量输入/输出模块主要用来实现模拟量与数字量之间的转换，即A/D或D/A转换。由于工业控制系统中有传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟量，因此这些模拟量必须通过模拟量输入/输出模块与PLC的中央处理器连接。模拟量输入模块A/D转换后的二进制数字量，经光电耦合器和输出锁存器宇PLC的1/0总线挂接。现在标准量程的模拟电压主要是0—5伏和0—10伏两种。模拟量输入模块接收标准量程的模拟电压或电流猴，把它转换成8未、10未或12位的二进制数字信号，送给中央处理器进行处理。模拟量输出模块将中央处理器的二进制数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号，提供给
执行机构。
1.5.4、扩展模块
当一个PLC中心单元的I/O点数不够用时，就要对系统进行扩展，扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。模块随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，使可编程控制器的功能更加强大和完善。只能I/O接口模块种类很多，例如高速计数模块、PLCA控制模块、数字位基于PLC的变频恒压供水系统的设计置译码模块、阀门控制模块、智能存贮弄快以及智能I/O模块等。
1.5.5、编程器
它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上，磁带上的信息可以重新装入PLC。
目前编程器主要有以下三种类型：
1.便携式编程器(也叫简易编程器);2.图形编程器;3.用于IBM—PC及其兼容机的编程器。
便于携带的特点，一般只能用指令形式编程，通过按键输入指令，通过数码管或液晶显示器加以显示、这种编程器适合小型可编程控制器的编程要求。
图形编程器以液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)作屏幕，用来显示编程内容和提供如输入、输出、辅助继电器的占有情况、程序容量等各种信息，还可在调试程序、检查程序执行时显示各种信号状态、出错提示等。
使用图形编程器可以月多种编程语言编程，梯形图显示在屏幕上十分直观。图形编程器还可与打印机、录音机、绘画仪等设备连接，有较强的监控功能。但它的价格高，适用于中、大型可编程控制器的编程要求。
用于IBM—PC及其兼容机的编程器是个人计算机加上适当的硬件接口和软件包作为编程器，也可直接编制成梯形图，其监控功能也很强。编程器工作方式主要有编程和监控两种，编程工作方式是在PLC机处于停机状态
时可以进行编程，它的功能主要是输入新的程序，或者对已有的程序予以编辑和修改。
监控工作方式可以对运行中的控制器工作状态进行监视和跟踪，一般可以对某一线圈或触点的工作状态进行监视，也可以对成组器件的工作状态进行监视，还可以跟踪某一器件在不同时间的工作状态，除搜索、监视、跟踪外，还可以对一些器件进行操作。因此编程器的监控方式对控制器中新输入程序的调试与试运行是非常有用和方便的。编程器的结构一般包括显示部分与键盘部分。显示一般用液晶显示器，主要的显示内容包括地址、数据、工作方式、指令执行情况及系统工作状态等。键盘有单功能键和双功能键，在使用双功能键的时候键盘中都备有一个选择键，以选择其中一种方式工作。
现在产品越来越模块化，可编程控制器也不例外，它的结构紧密、坚固，外形小巧，CPU本身只提供了一定数量的数字输入和输出点数。不同厂家、不同型号的PLC的输入/输出点数也不同，有的大型机输入/输出点数可达16K，而很多小型机仅有10来点，而且CPU本身不带模拟输入与输出，但CPU一般都带有扩展接口。因此，用户选型后，所需的输入或输出点数不够时，就需对系统做出必要的扩展，各个厂家也生产了专用于扩展用的各模板供用户选用。扩展模板的外形一般也小巧、坚固，有易于接线的端子排，带有扩展总线或通过总线连接器与CPU相连。主要有数字输入/输出模板，模拟输入/输出模板，热电阻、热电偶扩展模板，还有智能模板等许多具有专用功能的特殊模板。
用扩展模板来扩展系统具有以下的优点：
用户可根据自己时间控制系统的要求，选用各种合适的扩展模块对PLC作硬件组态，以求达到各种功能或控制精度，同时节省开支，减少不必要的投资。
当已运行的系统需要改造或扩充时，PLC可以随时进行升级或改版，所作的工作仅仅是替换或增加扩展模板和修改相应的控制软件。特殊模板及智能模板的开发将进一步扩展可编程控制的功能，专用模板的开发不仅扩大了可编程控制系统的控制功能，而且将进一步提高控制质量与可靠性。
1.5.6、电源
PLC中的电源一般有三类：
1、+5V、±15V直流电源：供PLC中TTL芯片和集成运放使用;
2、供输出接口使用的高压大电流的功率电源;
3、锂电池及其充电电源。
考虑到系统的可靠性以及光电隔离器的使用，不同类型的电源其地线也不同。
目前PLC的发展非常迅速，型号众多，各种特殊功能模板不断涌现。通常根据其I/O点的数量将 PLC分为三大类：
小型机：256点以下(无模拟量);
中型机：256 ~ 2048点(64 ~ 128路模拟量);
大型机：2048点以上(128 ~ 512路模拟量)。
具体实现时，通常采用模板式结构，以便用户根据实际应用需求进行配置。但一些小型机常制作成一体机，其配置固定，主要供定型成套设备使用;而一些大型机一般在电源、或者CPU，甚至两者都作了热备份。
1.6、PLC的工作原理
最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：
继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点(包括其常开或常闭触点)在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 而PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC
与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。
1.6.1、扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。如图2.2所示：
图1.2 PLC 扫描周期
1、输入采样阶段：在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2、用户程序执行阶段 ：在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，
其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
3、输出刷新阶段：当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
1.6.2、PLC的I/O响应时间
为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可*性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式(扫描技术)。以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。
1.7、梯形图程序设计
梯形图编程语言是一种图形化编程语言，它沿用了传统的继电接触器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，与传统的继电器控制原理电路图非常相似，但又加入了许多功能强而又使用灵活的指令，它比较直观、形象，对于那些熟悉继电器一接触器控制系统的人来说，易被接受。继电器梯形图多半适用于比较简单的控制功能的编程，绝大多数PLC用户都首选使用梯形图编程。
指令是用英文名称的缩写字母来表达PLC的各种功能的助记符号，类似于计算机汇编语言。由指令构成的能够完成控制任务的指令组合就是指令表，每一条指令一般由指令助记符和作用器件编号组成，比较抽象，通常都先用其它方式表达，然后改写成相应的语句表，编程设备简单价廉。
通常微、小型PLC主要采用继电器梯形图编程，其编程的一般规则有：
1、梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每一个逻辑行起始于左母线然后是触点的各种连接，最后是线圈或线圈与右母线相连，整个图形
呈阶梯形。梯形图所使用的元件编号地址必须在所使用PLC的有效范围内。
2、梯形图是PLC形象化的编程方式，其左右两侧母线并不接任何电源，因而图中各支路也没有真实的电流流过。但为了读图方便，常用“有电流”、“得电”等来形象地描述用户程序解算中满足输出线圈的动作条件，它仅仅是概念上虚拟的“电流”，而且认为它只能由左向右单方向流：层次的改变也只能自上而下。
3、梯形图中的继电器实质上是变量存储器中的位触发器，相应某位触发器为“l态”，表示该继电器线圈通电，其动合触点闭合，动断触点打开，反之为“o态”。梯形图中继电器的线圈又是广义的，除了输出继电器、内部继电器线圈外，还包括定时器、计数器、移位寄存器、状态器等的线圈以及各种比较、运算的结果。
4、梯形图中信息流程从左到右，继电器线圈应与右母线直接相连，线圈的右边不能有触点，而左边必须有触点。
5、继电器线圈在一个程序中不能重复使用：而继电器的触点，编程中可以重复使用，且使用次数不受限制。
6、PLC在解算用户逻辑时，是按照梯形图由上而下、从左到右的先后顺序逐步进行的，即按扫描方式顺序执行程序，不存在几条并列支路同时动作，这在设计梯形图时，可以减少许多有约束关系的联锁电路，从而使电路设计大大简化。所以，由梯形图编写指令程序时，应遵循自上而下、从左到右的顺序，梯形图中的每个符号对应于一条指令，一条指令为一个步序。
当PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPU是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始。
2方案的论证
2.1、工艺过程分析
水塔水位控制系统过程分析：设水塔、水池初始状态都为空着的,此时S4,S3,S2,S1均为ON。当系统启动时，扫描到水池为液位低于水池下限位时，电磁阀Y打开(10.02通电)，开始往水池里进水，如果进水超过4S，而水池液位没有超过水池下限位(传感器S4仍为ON)，说明系统出现故障，系统故障指示灯闪烁(10.03闪烁)。若4S后只有水池液位按预定的超过水池下限位(传感器S4变为OFF)，说明系统在正常的工作。此时只有水池下限位有水，系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限(S2为ON)，故水泵M(10.04通电)开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时(传感器S3变为OFF)，电磁阀Y就关闭(10.02失电)。但是水塔现在还没有装满，水泵M继续工作，在水池抽水向水塔供水，水塔装满时(传感器S1变为OFF)，水泵M停止供水(10.04失电)，此次给水塔供水完成。
2.2、PLC型号的选择
输入:系统启动按钮一个,系统停止按钮一个,液位传感器四个分别表示为S4,S3，S2和S1 。输入一共有6个，考虑到留有15%～20%的余量即6×(1+15%)=6.9取整数7，所以共需7个输入点。
输出:Y阀,故障指示灯 ,水泵M。输出共有3个，3×(1+15%)=3.45取整数4，所以共需4个输出点。可以选OMRON公司的CPM1A/CPM2A型PLC就能满足此例的要求。
2.3、工作控制方式
采用工控机作为上位机、PLC系统作为下位机的两级控制模式。PLC控制系统是该程控系统的核心，工控机作为监控机械手的运行状态使用。
1、上位机：计算机作为上位机，用于完成状态显示、打印输出、向PLC发送分类控制信号等功能，从而实现对控制系统的实时监控。同时，
计算机还是图象处理的核心。
2、下位机：PLC作为下位机，用来完成状态判别、输出控制等工作。它直接控制电磁阀、继电器，从而实现对各执行元件的控制。本系统采用价格适中、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器欧姆龙CPM2A型PLC来实现水塔水位控制系统工艺的控制要求的。欧姆龙PLC是由电源、中央处理器和I/O元件组成的严密高速的程序控制器，配有丰富的指令系统，易于用户编程，具有丰富的特殊模块和通信能力，可以满足生产自动化的多级要求。本系统采用CPM2A是一种功能完善的紧凑型PLC，大程序容量和存储单位。另外CPU单元带RS-232C接口，具有PPI、MPI等通信协议可实现程序传送，数据通信等功能。
欧姆龙公司C系列的小型机CPM2A型PLC 20点输入/输出，配有CX-Programmer软件用于控制部分编程时使用。
3、通信方式：CPM2A CPU支持多样的通信协议：点到点(Point-to-Point)接口(PPI)、多点接口(Multi-Point)(MPI)。这些都基于系统内通信结构模型，都是异步、基于字符的协议。其中PPI方式是非常简单方便的通信协议，只需要一根RS-232C线进行数据信号的传递，不需要额外再配置模块或软件。因此，本系统选择PPI方式，简单且能满足通信要求。CPM2A型PLC上配有RS-232C的通信接口，因此在不增加任何硬件的情况下，可以很方便地将PLC和计算机互联。
上位机与下位机之间通过RS-232连接构成HOST LINK协议进行通信。RS-232又称为EIA-232C或RS-232C，是最通用的一种串行通讯标准。它是一种点到点的通信方式，只能连接两个通信设备。19200波特率时，最大距离为75米;9600波特率时，最大距离为900米。计算机的串口即为标准的RS-232接口。使用RS-232转换器可以免掉一个RS-422串行接口板。
3、水塔水位系统PLC硬件设计
水塔水位控制系统结构图如图3.1所示
图3.1 水塔水位自动控制示意图
3.1、水塔水位系统控制电路
图3.2 水塔水位控制系统电路图
3.2、输入/输出分配
水塔水位控制系统I/O分配表见表3.1。
表3.1 水塔水位自动控制系统I/O分配表
输入
操作功能 启动按钮 停止按钮 液位传感器s4 液位传感器s3 液位传感器s2 液位传感器s1
地址 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
Y阀
输出
操作功能 故障指示灯 水泵M
地址 10.02 10.03 10.04 3.3、水塔水位系统的接线图
水塔水位控制系统的I/O接线图如3.3 所示：
图3.3 水塔水位控制系统接线图
4、水塔水位控制系统PLC软件设计
4.1、程序流程图
水塔水位控制系统的流程图，根据设计要求控制流程图如图5.1：
图4.1 水塔液位自动控制系统流程图
4.2、梯形图
PLC控制程序用CX-Programmer编程软件开发。CX-Programmer是OMRON公司PLC的软件编程﹑调试的工具程序，其运行在Windows操作系统下，具有丰富、简捷的操作环境和强大的编程、调试功能。可实现梯形图的编程、监视和控制等功能，尤其擅长于大型程序的编写，弥补了手编程器编程效率低的不足[1]。CX-Programmer编程软件支持模块化设计，在程序编写时可以直接将编写好的程序通过RS-232C传送到PLC来控制现场设备。根据程序流程图设计的梯形图如5.2所示：
图4.2 水塔水位控制系统梯形图
4.3、系统程序的具体分析
PLC采用循环扫描的的工作方式，这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向各输出点发出相应的控制信号，任一时刻它只能执行一条指令，这就是说PLC是以“串行”方式工作的，它能有效地避免继电接触器控制系统中易出现的触点竞争和时序失配的问题。
PLC执行用户程序是从梯形图左母线开始由上至下，由左向右逐个扫描每个梯级的每个元素，进行运算，此时CPU只是与映象区进行数据交换，读取输入数据，送出输出信号。当CPU执行到END指令时，表示程序段结束，则此次扫描用户程序结束。PLC控制程序分析
实现功能：当按下00000系统启动按钮,中间继电器20001得电并自锁,系统处于等待状态并一直保持。按下00001停止按钮系统的运行停止。
实现功能：当水池水位低于水池低水位界(S4为ON表示)，阀Y打开进水(Y为ON),当S3为ON后，阀Y关闭(Y为OFF)。
实现功能：当Y打开进水(Y为ON)定时器开始定时，4秒后，如果S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障。
实现功能：当S4为OFF时(表示水池水位高于水池低水位界)，且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON，电机M运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时电机M停止。
4.4、水塔水位控制系统梯形图的对应指令表
水塔水位控制系统指令表如图4.3所示：
图4.3 水塔水位控制系统的指令表
总结
五个星期的PLC实训很快结束了，在这短暂的实训时间里，经过老师、同学的指导，我获益匪浅，学习了不少关于自己专业方面的知识。
在完成项目期间，我们组的分工明确，有负责编程的，有负责报告找资料，有负责画电路图的……虽说分工明确，但在完成项目过程中遇到些麻烦的话组员之间还是相互配合相互帮助尽量让每个学员学到更多的专业知识，使每个组员更上一个层次。实训期间，我主要负责编程、报告及找资料，但这并不是说我在其他组员做他们任务时置之不理，与我无关。我在旁边和组员一起，参与其中的讨论分析，并会不时帮助他们完成任务。而同样我在做我的任务时，他们也会经常帮我解决一些我无法解决的问题。这样，我们组在完成这两个项目还是比较顺利的。
我做的这个题目是有关与PLC系统理论与实践相结合的设计。在此时对以前学习的知识的挑战与突破。在对这个设计的材料搜索进行独立搜索时，对于办公软件的应用有了进一步的提高。同时在对搜集的材料进行整核，结合所学理论知识，以及实际应用操作的情况下，提高了实际操作和独立解决问题的能力。
通过这次设计实践。让我更熟练的掌握了PLC软件的简单编程方法，对于PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理论的运用中，也提高了我的工程素质。刚开始学习PLC软件时，由于我对一些细节的不加重视，当我把自己想出来的一些认为是对的程序运用到梯形图编辑时，问题出现了。转换成指令表后则显示不出很多正确的指令程序，这主要是因为我没有把理论和实践相结合，缺乏动手能力而造成的结果，最后通过老师的纠正和自己的实际操作，终于把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之处。
如今设计是做完了，可是我的学习之路还没有完，这次实训让不仅学习了不少与自己专业相关的知识，而且还懂得了团队的力量，并且让自己更相信一分努力一分收获，积极的学习态度在以后的学习、工作中是永远缺少不了的!并明白人这一辈子不能仅仅局限于那一点点满足感，要放眼望去，通过去参与各种实践，提升自己的动手能力，创造属于自己的未来。
致
谢
本文是在指导老师悉心指导下完成的。从论文的选题到相关材料的收集，从论文框架的设计到具体内容遣词造句，每一章节都凝聚着指导老师的心血。在此，学生表示最诚挚的谢意。在老师严谨的治学态度、积极的人生观、学术上孜孜追求的精神以及对学生无微不至的关怀，都给我留下了终生难忘的印象，必然将对我以后的学习和生活产生重要影响。
在完成整个论文期间，对各位老师、同学、朋友、亲人辛勤劳动以及他们在治学和人品上给予我的深刻影响，我同样铭记在心，并表示由衷的感谢。
在此，我向所有在学业上、生活上帮助、理解、支持我的老师、同学、朋友和亲人致以最真诚的谢意。
最后，感谢各位专家、学者在百忙之中审阅我的拙作。
参考文献
[1] 廖常初.《PLC基础及应用》.北京 机械工业出版社，2004 [2] 王兆义.《可编程序控制器教程》.北京机械工业出版社 2005 [3] 张万忠. 《可编程控制器应用技术》. 北京：化学工业出版社，2001 [4] 方承远 . 《工厂电气控制技术》. 北京：机械工业出版社，2007 [5] 肖峰.《PLC编程100例》. 北京：中国电力出版社，2009 [6] 张桂香. 《电气控制与PLC应用》. 北京：化学工业出版社，2003 [7] 吕景泉.《可编程序控制器技术教程》.北京：高等教育出版社，2000 [8] 李俊季、赵黎明. 《可编程控制应用技术实训指导》. 北京：化学工业出版社，2001
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