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1、 可编程序控制器（PLC）课程在电气工程技术中的课程设计北伊利诺斯大学技术部，迪卡尔布，美国，60115美国，lguoniu.edu摘要：可编程逻辑控制器（PLC）是一种用于控制和操作制造工艺的专业计算机设备。一个初级/高级水平的PLC院校课程在为期四年的电气工程技术主要包括以下内容：PLC的硬件组成、发展和基本接线图，数学基础知识的PLC编程，定时器，计数器，程序控制指令，数据操作指令，指示，音序和移位寄存器指令，PLC的安装，编辑和故障排除。课程结束后，学生练习使用罗克韦尔自动化的RSLogix 进行编程。学生们能够观察到的程序运作，并作必要的修改。在接近结束的学期，学生们学到了PLC的基
2、本编程指令。这是一个使用由PLC的工作项目上广泛的设计来提高他们解决实际问题的能力的好时机。本文讨论了三种不同的设计环境与项目资助，解决实际过程的PLC在工业和机械问题。1.简介可编程逻辑控制器（PLC）是一种用于控制和操作的制造工艺的专业计算机设备。它采用一个可编程的内存来存储指令和执行计时功能，包括开/关控制，计算，排序，算法和数据处理。可编程逻辑控制器（PLC）可用于几乎所有方面来扩大和提高工业产量。一个简单的PLC就可以有效的替代旧自动化系统中需要的数百或上千的继电器。PLC的功能已经经过多年的发展，除了典型的继电器控制能力之外，复杂的运动控制，过程控制，分布式控制系统和复杂的网络现在
3、已经被添加到PLC中。因此，PLC提供了许多超过常规继电器控制解决的优化方案，包括提高可靠性，更灵活，成本更低，沟通能力更强，更快的响应时间和方便的操作。2. PLC的课程简介PLC是初级/高级电气工程技术院校为期四年中的主要课程。本课程的主要目标是：认识并了解可编程逻辑控制器的组成部分使用基本的PLC指令编写，调试和诊断梯形图故障学习开发和演示程序了解PLC定时器和计数器功能正确使用程序的控制指令正确使用数学和数据处理指令明白如何描述和使用输入和输出指令连接数字和模拟设备到PLC解释PLC控制系统故障诊断的需要和过程培养学生在富有挑战性的电气技术领域工作该课程花费约70的时间在讲座中，约30
4、的实验时间。学生也可以在其他方便的时间使用的PLC设备。课堂结束后，学生练习使用罗克韦尔自动化公司的RSLogix 编程程序编写PLC程序，然后加载到PLC泰克公司的一个模型1238教练机中，学生能够观察到的程序运作，并做出必要的修改。2.1设计项目的特点学生须完成基础课程的传统作业的定期讲座，包括考试，测验和家庭作业的问题。在接近结束的学期，学生们学到了基本的PLC编程指令。这是一个提高他们解决实际问题能力和PLC的使用、设计工作的好时机。这些项目的设计目的是要激励创造性地应用知识，提高解决问题的能力，并运用到实际真正需要的地方去。学生们要完成设计一个基于PLC项目过程中广泛涉及PLC应用的
5、议题。该项目涉及梯形图的编程与提出问题和解决方法。最后一个项目的技术报告的格式将在课堂陈述，包括以下内容：1) 项目目的的一个简短说明2) 制定计划，文献检索，绘制插图，示意图和模拟仿真3) 一篇为了完成活动项目的书面总结4) 一篇专业简述的PPT用于课堂讨论5) 结论，总结和记录设计项目开始时必须有项目建议书。项目建议书的结果说明该项目的目标，背景资料，应遵循的方法和预期结果。这些建议交给老师做评价，进行评估之后对内容和项目的可行性做出必要的调整。学生可以选择其中一个基础的项目组成最多三个学生的团队。作为一个团队的设计项目必须由导师提供更多的内容和挑战。项目的设计需在两周内的时间完成，在项目
6、的最后提交一份总结报告。10-15分钟的口头陈述提供给课堂一些解释和项目的细节。书面报告和口头报告是用来评估项目中知识和技能的运用的指标。3. 设计项目的例子例1：对容器注入液体的监测和控制PLC程序模拟一个容器正在注入液体。当该容器中液体低于50并按下启用按钮时，容器将开始进油（通过一个阀门）。当该容器容量达到100阀门将关闭。为防止出现水平传感器的校准出问题或不能正常工作液体溢出水箱的情况，有一个高层次的安全限制。如果容量达到预先设定102的限制时，阀门将关闭，一个指示灯亮。3个指示灯将在水位达到50，75和100点亮，如图1所示。图中的容器有小小的死区，闪烁的灯光会略有不同来为防止油箱填
7、补飞溅。如果水箱由于某些原因不能达到50，5分钟内会使最低限度阀通电，将警报通知给使用者。使用者可以通过按下停止按钮来停止为时5分钟的报警。五分钟后，将再次触发报警，再一次通知使用者。使用者能够使警报停止两次。如果停止按钮被按下第三次，警报一直维持并伴有频闪灯来通知容器范周围内的任何人。停止按钮会通过一个上升沿信号来保持启动来避免按钮需要一直被按着。如果容器仍然低于50，解除警报和频闪灯唯一的方法就是结束这个程序。该系统采用PLC指令包括：开启计时器(TON)增序计数器(CTU)单次上升指令(OSR)小于(LES)，小于等于(LEQ)，大于(GRT)，大于等于(GEQ)比较指令除以指令(DIV
8、)（为扩大模拟输入）输入和输出指令（内部和外部）容器的扩展信息及其相应设计团队分配好的的I / O口详见图2图1容器图图2I / O口分配和扩展信息例2：混合船控制系统这个项目的目的是为了控制一个油电混合船操作，如图3所示。小船是由一个太阳能电力船队在设计并建造的，为了高效、可靠的运行需要一个PLC控制器。这个程序启动船电池的开/关控制,它主要表现在以下功能：控制马达的开/关控制太阳能电池板的开/关在需要的时候启动和停止气体发生器运行可靠，设计简单I/O分配如下所示，由设计团队绘制的系统原理框图显示在图4。输入 输出0 控制/运行开关 0主要运动控制器1 油门限位开关 1 主要发电机2 电池电
9、压 2 启动发电机4 发电机 O/R (ON) 3 传递发电机5 发电机O/R (OFF) 4 传递光伏6 发电机电压 5 NC3, 7 & 8 N/C9 VPV由于MicroLogix 1000 PLC是采用基于数字输入，信号调理电路转换的电压值低于10伏特直流输入值的可编程序控制器(PLC)。此外，在系统的电压和电流达到额定值才能触发的PLC运行。图3混合船项目控制电路的电力和功能框图图4混合船的系统框图例3：移动式输送机车驱动输入和输出的控制这个项目的目的是编写PLC程序来运行一个输送货物的机车。该机车用于将装载箱送上配送中心，拖车可以被驱动在地面沿导轨运动。机车受一个按钮控制向前，另一
10、个控制反向运动，整个机车移动的时候这个按钮必须被按住。为了防止超出运行路线输入系统需要在前后装上光电传感器,并且安装感应式接近开关在前后的底部防止碰撞。由一名学生制作的PLC程序流程图如图5，必须按下按钮以保证输送出来，只要延长开关已闭合,前端的电子眼没有接收到任何东西,延长定时器将开始计时。一旦DN位是1，反向起动器不通电，前端起动电机将关闭。在前端起动电机关闭同一时间，DN位的定时器启动并让刹车通电，使机车刹车。如果操作者打开开关,并且前面的光电开关收到一些反射的光,或者延长接近开关被打开,向前起动电机即刻被启动。这将导致制动计时器开始计数。1秒钟后，刹车的变化DN位为零，制动器电磁铁失电
11、，使刹车停止机车。计时器安装是为了尽量减少损坏驱动器变速箱。如果停止机车的光电传感器接收到反射光，反射光造成的反射必须清除，然后反方向的开关必须暂时按下。一旦做到这一点，在原有的方向可以继续前进。其他的例子包括生产过程的控制、包装和控制装运糖果、洗车控制,创造出自动车库门开启器和控制八车道交通的红绿灯。4. 结果评价过程结果从大学教学评价在课程结束时显示下列评估：80%的学生说老师经常创造良好的学习氛围， 86.7%的学生认为老师的评价基本是公正的，80的学生认为老师经常或总是和他们有效的沟通。整体而言，73.3的学生是满意或非常满意自己的学习经验。学生经过课程学习后的一些评论包括“通过检修在
12、我工作的地方一些特殊的情况下的机器,我才能够熟悉PLC程序以及它如何运作机器”，“项目使我更加熟悉PLC的执行情况以及它们的工作流程”，“这个项目有效地利用实例表明, 可以通过梯型图并采用PLC控制软件编程来控制电机”，“这个设计项目显示我怎样可以使用这门课程所获得的知识来解决日常问题，例如数顾客去的购物商场的人数这种情况。它指示我，可编程逻辑控制器可以用作一个简单的问题解决每一天的问题。它还表明，PLC的学习应用是无止尽的。”图5动式控制系统的流程图5. 总结和结论可编程逻辑控制器（PLC）课程是一个3学分的学生课程初级/高级电气工程技术。首先，基本的PLC的硬件组成原理，编程和故障排除都覆盖了讲座。然后由学生完成一个基于PLC的课程设计的项目议题。设计项目为学生提供了一个将所学讲座知识运用在实际工程问题的机会。学生对可编程序控制器(PLC)的设计项目情况进行了书面讨论。例子包括拖车控制，容器内注入液体，混合船控制和控制传送带的移动。发展了学生的创造力，团队精神和实际解决问题的能力。评估报告显示，学生很积极地响应设计项目。从编写最后的报告，再到在课堂上发表口头演讲，学生的沟通能及得到了加强。致谢作者想感谢在校高年级本科生学生和以前的电流工程技术人员,以及用到的迈克尔布和本杰明瓦格纳混合船及相应的可编程序控制器(PLC)控制系统的设计项目。9
