2023年对PLC教学的思考.docx

天道酬勤 对PLC教学的思考 李华 摘 要：智能制造对PLC教学提出了更高的要求，如何满足不同行业对PLC教学的要求，是该专业教学目前面临的主要问题。本文从机型选择、教学、动手能力等方面进行了阐述。 关键词：PLC 教学 思考 PLC目前是智能制造业的核心设备，智能制造对PLC教学提出了很高的要求。按照认知规律和职业能力培养的要求对课程进行排序，也可以确立PLC在机电一体化专业中课程体系的核心地位。对于如此重要的一门课，如何能够让学生在学校中掌握其核心实质，从而在工作中进行更好的应用？本文从以下几个方面进行了阐述。 一、PLC教学机型的选择 如何使PLC教学满足不同行业的要求，是我们目前在教学中面临的主要问题。由于不同型号PLC的差异较大，但学校的PLC教材一般只讲单一机型，这主要与产品的市场占有率有关。以作者所在地区为例，前几年三菱的PLC市场占有率较高，但近几年企业更新换代过程中却以西门子PLC为主了，如何在单一机型的PLC教学中贯穿对其他产品的认识，是当前教学中面临的主要困难。即使同一厂家的产品也面临着更新。以西门子为例，以前的PLC教学都以S7-200为例，但是此型号已于2023年10月1日起正式进入退市阶段。因此PLC教学又面临重新选择型号的问题。下面以西门子的不同型号为例说明在教学中对机型的比照选择。 1.西门子不同型号的PLC比照 〔1〕S7-200与S7-200。SMARTS7-200 SMART是S7-200的升级换代产品，它们的指令、程序结构、数据类型、存储区和监控方法相同。S7-200 SMART的标准型CPU有一个RS-485接口，增加了一个以太网接口，可以使用S7协议通信，有开放式用户通信功能。CPU集成的I/O点数为20、30、40、60点。紧凑型CPU只有RS-485接口，其硬件与S7-200差不多。S7-200 SMART的编程软件仅有200多MB，界面友好，非常好用。当前PLC教学的主流机型还是S7-200，讲授S7-200有利于现有设备的维护，有利于学习S7-200 SMART，可以使用现有的实验设备。如果继续讲S7-200，建议同时简要介绍S7-200 SMART，不讲S7-200使用很少的某些功能和模块的内容。如果能解决实验设备的问题，建议改用S7-200 SMART的教材。 〔2〕S7-300/400。S7-300/400是大中型PLC，在企业中广泛使用。但是因为其学习难度较大并且实验设备相对昂贵，因此对于技工学校根底薄弱的学生来说，掌握起来比拟困难，直接开设S7-300/400有一定的难度。并且S7-200和S7-300/400的差异很大，学了S7-200以后自学S7-300/400也很困难，甚至很多工程师也需要参加S7-300/400的培训班。并且从目前的开展趋势看，S7-300/400正在被S7-1200/1500取代。因此不建议直接选300/400作为教学机型。 〔3〕S7-1200/1500。S7-1200/1500是西门子新一代PLC，软件平台是TIA博途，TIA博途是集成了PLC、HMI和驱动设备的软件，同时STEP 7专业版也支持S7-1200/1500。由于此机型是目前西门子的主推机型，因此建议有条件的学校将S7-1200作为PLC教学的首选机型。 2.主推型号PLC的优点 〔1〕S7-1200具有先进的程序结构S7-300/400/1200具有先进的程序结构，它们的功能块〔FB〕的静态数据和背景数据块解决了调用后保存内部数据的问题，因此彻底解决了块的可移植性问题。学习S7-1200可以了解先进的结构化编程思想。 〔2〕S7-1200具有很高的性价比。S7-1200的性能接近S7-300，以太网接口功能强大，价格比S7-300低得多，S7-1200的性价比极高。S7-1200的编程语言为LAD、FBD和SCL，SCL〔结构化控制语言〕是基于PASCAL的高级编程语言。同时TIA博途软件采用的是多窗口结构，操作直观、使用方便、容易入门。 〔3〕学习S7-1200为自学S7-1500打下了根底。S7-1200与S7-1500除了硬件差异较大外，S7-1200就是缩小版的S7-1500。它们的编程软件、程序结构、数据类型、指令、通信、监控和故障诊断方法等完全相同或兼容。学好了S7-1200，自学S7-1500就非常容易了。 二、对PLC教学的一些建议 1.强调根底知识 虽然PLC型号不同，但无论什么型号的PLC其本质是相通的。比方PLC数制、编码、数据类型、系统存储区、程序结构等是PLC编程和应用的根底，除了单独讲授这些内容，建议在教学过程中结合实例不断地向学生强调这些根底知识。 2.教学重点 〔1〕指令的教学。不同系列PLC的指令系统外表看起来有很大区别，实际上很多指令的功能相同，主要是显示上的区别。重点是讲清楚常用指令的根本功能。计算机各种编程语言的指令都有共同之处。学好某种PLC的指令，再学习其他PLC的指令就容易了。 〔2〕用户程序结构。不同型号的机型的用户程序结构是有差异的，无论哪一种型号的PLC，都建议通过实例来理解并掌握其用户程序结构。以西门子为例，在讲授FC、FB和中断程序的编写和调用过程中，要理解背景数据块的功能，要学会FC和FB的区别、选用原那么、多重背景等。 〔3〕顺序控制设计法。基于顺序功能图的顺序控制法简单易学，可以用于任意复杂的控制系统，程序的调试、修改和阅读也很方便。一般可以一次试车成功。三菱的PLC以及西门子S7-300/400/1500有顺序功能图编程语言，其他型号的PLC可以使用置位和复位指令的顺序控制编程方法。 3.教学手段 〔1〕多媒体教学。多媒体教学是必要条件，用投影儀显示PLC编程软件和仿真软件的操作和运行过程，讲课的重点是演示软件的操作，例如硬件和网络组态、工程和程序的生成、下载、调试和监控、故障诊断、帮助功能的使用等。教师应熟练地操作软件。同时强调“看十遍书不如动一次手〞，学生通过实训课和仿真实验来学习怎样动手。 〔2〕用组态软件。对被控对象仿真PLC的用户程序的模拟调试应在正确的时间提供正确的反响信号，实际上是用人的大脑来模拟被控对象的功能。如果模拟调试时的反响信号不能真实地反映实际系统的情况，这样的程序调试是毫无意义的。按比例缩小的物理模型〔例如电梯和生产线〕价格不菲，还容易出现故障，有的实验装置只有固定的画面和几个指示灯。因此可用仿真。仿真软件是学生自学和动手的有力工具。以西门子为例，使用S7-1200的仿真软件，不需要任何硬件，就可以运行和调试用户程序，包括对中断、开放式用户通信、S7通信和PID参数整定的仿真。 仿真、视频、动画、PPT和各类教学资源都是好东西，是帮助我们学习的有益手段，但最终我们需要的是学生真正动手做起来，做起来才是硬道理。这就需要有实践条件来保障所有任务的实施。PLC教学过程遵循由浅入深的规律，学生需要从PLC接线开始入门，只有能够独立完成最根底的接线操作才有可能理解各种指令的含义。对于技工学校的学生来说，动手能力是学习的最根本能力，因此需要从动手能力入手来提高学生的由认识到实践的过程。 三、小结 总之，无论什么型号的PLC，学生都需要能够在完成接线的根底上学会控制任务的分析及程序调试，只有独立完成控制任务分析才能写出符合要求的程序。每一个工作任务下发后，学生都要仔细分析及讨论其工作过程，在充分研讨的根底上分配出符合要求的I/O。任务完成后的程序调试过程是学生的总结过程，所有程序的完成不可能一次调试成功，如何找出问题并解决之也是考查学生的根本功。这也是PLC教学需要完成的根本任务。 〔作者单位：淄博市技师学院〕