1　引　言
　　可編程控制器（PLC）是在繼電器控制和計算機控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，是以微處理器為核心，綜合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)自動化的3大支柱之首^［1］。
　　如今，隨著美國、日本、德國等國家的很多大公司相繼投入對PLC的開發(fā)、應(yīng)用和推廣，PLC得到了迅速發(fā)展，其產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多，功能也越來越強。PLC功能的增強，也使得PLC應(yīng)用更加廣泛，許多大中型企業(yè)不斷采用PLC來完成各種工業(yè)控制，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
　　PLC的廣泛應(yīng)用要求培養(yǎng)出更多的熟悉其應(yīng)用的高技術(shù)人才，而實驗是此課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。近年來，一方面國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對技術(shù)改造和技術(shù)更新提出了更高的要求，工業(yè)生產(chǎn)的信息化和數(shù)字化成為必然趨勢，所以很多院校新設(shè)了自動化類的專業(yè)。另一方面，隨著國家對教育投入力度的增大，實驗室建設(shè)已經(jīng)成為高校建設(shè)的重要任務(wù)。
　　由于PLC本身的種類很多，基于不同PLC的實驗設(shè)備也比較多，而設(shè)備生產(chǎn)廠家的選型和設(shè)計思想各不相同，所以對于不同情況的院校，在設(shè)備選型方面必須有不同的考慮。目前有眾多廠家生產(chǎn)的設(shè)備可供選擇，本文以清華同方的TVT-90A，TVT-90C1，TVT-90C6，TVT-90E3；杭州天煌電氣設(shè)備廠的THPLC-A型，THPLC-B型，許昌瑞新電氣公司的RXPLC等型號為例討論PLC實驗室建設(shè)的一些問題，提出了應(yīng)該注意的問題，應(yīng)該根據(jù)本校的培養(yǎng)目標(biāo)和實驗開設(shè)情況合理選擇設(shè)備，防止盲目性的“一次到位”或僅考慮價格等不當(dāng)?shù)淖龇ā?BR>
2　實驗設(shè)備的考慮
　　PLC品種繁多，功能不同，而且價格也比較昂貴，我們在組建實驗室時首先要考慮做實驗的對象以及對課程的要求程度，根據(jù)實際情況選擇合適的實驗設(shè)備。
2．1　PLC主機的選型
2．1．1　模擬I／O點和模擬實驗
　　采用兼有數(shù)字和模擬量點的PLC裝置通常用作比較復(fù)雜的實驗，像過程控制、各種控制算法的驗證等。如同方的TVT-2000B2過程控制教學(xué)裝置和TVT-90C1PLC訓(xùn)練裝置。此類設(shè)備多選用功能較強的PLC主機（如松下公司的FP1系列）設(shè)計的實驗設(shè)備。所以價格比較高，一般都在萬元以上。TVT-90C1PLC訓(xùn)練裝置（臺式結(jié)構(gòu)）含模擬量模塊4個A／D轉(zhuǎn)換器、2個D／A轉(zhuǎn)換器，TVT-90C6　PLC訓(xùn)練裝置（臺式結(jié)構(gòu)）含模擬量模塊2個A／D轉(zhuǎn)換器、1個D／A轉(zhuǎn)換器。
　　特別要注意的是有些稱為“可編程控制實驗?zāi)M裝置”的設(shè)備并不含有模擬量實驗的功能，所謂“模擬”僅僅是指真實對象的模仿（如用發(fā)光二極管表示電機的起停）。但是同方生產(chǎn)的機械手模型、電梯模型、立體倉庫模型等則是真實系統(tǒng)的縮微模型。
　　目前絕大部分稱為“PLC實驗”裝置或箱子的設(shè)備都只有數(shù)字I／O點，而且實驗方式多為模擬的。一般是用發(fā)光管或數(shù)碼管表示輸出輸入的狀態(tài)。比較“逼真”的則采用平面顯示器（箭頭、發(fā)光帶等）。如電梯控制實驗，通常是以圖形表示樓層，用發(fā)光管或平面顯示器表示轎箱的運動狀態(tài)和位置。
2．1．2　PLC主機型號
　　目前進(jìn)入我國的PLC種類比較多，如歐姆龍、三菱、西門子等，每一個廠家的產(chǎn)品中又有眾多系列產(chǎn)品。所以為設(shè)備的選型帶來麻煩。實驗裝置采用何種型號的PLC最主要的因素要取決于教材內(nèi)容，另外要考慮價格因素。
　　如果要求投資較少，讓學(xué)生對PLC有一個基本的認(rèn)識和了解，可以選擇主機為整體型PLC（如天煌THPLC型采用三菱FX系列的FX0s-20MR主機、瑞新RXPLC的主機采用FX1N-24主機、同方的TVT-90A型采用松下FP1-C24主機等）的設(shè)備。整體型PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小、價格便宜。但是整體型PLC有使用不夠靈活、I／O點數(shù)固定、不易維修等缺點。如果要求實驗方便、靈活，并滿足不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)，可以選擇模塊式PLC設(shè)計的實驗設(shè)備，但其造價高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
2．1．3　I／O點數(shù)和RAM的容量
　　I／O口數(shù)量是確定實驗規(guī)模的的主要因素，可根據(jù)實驗所用到的I／O數(shù)量來估算。一般實驗設(shè)備是基于I／O點數(shù)在120點以下的小型PLC（如三菱的F1，F(xiàn)2和FX0等，歐姆龍SP20系列，西門子的S5-95,S5-200，松下的FP1系列等）設(shè)計的。同方的TVT-90型主機為松下FP1-C24，輸入點數(shù)為16點、輸出點數(shù)為8點；TVT-90C型輸入輸出點數(shù)為30-40點；瑞新RXPLC的主機為三菱公司的FX1N-24MR，輸入點數(shù)為14點、輸出點數(shù)為10點，繼電器輸出。天煌THPLC型主機采用三菱的FXOS-20MR可編程序控 制器的實驗設(shè)備I／O點數(shù)為20點，繼電器輸出。
　　I／O部分的價格約占PLC價格的一半以上，其成本較高，所以應(yīng)在選型時給予足夠的重視。如果在設(shè)備選購后發(fā)生I／O口數(shù)量不夠，也可以采用擴(kuò)展的I／O口。所以在設(shè)備選購時，了解所選設(shè)備的PLC是否有I／O擴(kuò)充能力也是很必要的，為以后可能的I／O口擴(kuò)展提供便利。如瑞新的RXPLC設(shè)備具有擴(kuò)展I／O口功能，24點的PLC可擴(kuò)展至128點I／O。
　　PLC主機輸出口類型按照負(fù)載使用的電源不同分為直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流輸出模塊，按照輸出開關(guān)器件的種類不同可分為繼電器、晶體管、可控硅3種。晶體管輸出方式的結(jié)構(gòu)是由CPU發(fā)出的控制信號經(jīng)反相器和光電耦合器使晶體管導(dǎo)通，由晶體管控制I／O的通斷，從而使相應(yīng)的負(fù)載接通，只適用于直流負(fù)載。可控硅輸出方式則利用可控硅作開關(guān)器件，只適合于交流負(fù)載。繼電器輸出方式是利用繼電器的接點來控制輸出回路的通斷，可帶直流負(fù)載或交流負(fù)載。
　　PLC的RAM存儲容量是一定的，必要時要考慮E²PROM的選配。選擇存儲器容量時，一般可按實際需要的25％考慮余量。當(dāng)要求存儲容量大而RAM空間不夠時，可以選擇帶E₂PROM的實驗設(shè)備。瑞新實驗設(shè)備（主機為三菱FX1N-24MR）程序容量為8000步，浙江天煌實驗設(shè)備（主機型號為三菱FX0S 20MR）程序容量為800步，清華同方實驗設(shè)備（主機型號為松下FP1-C24）程序容量為2700多步。但采用E²PROM時，由于全部E²PROM的程序作為一個整體運行，所以E²PROM中的程序并不能分成多個實驗各自占用一塊隨意選擇其中一個使用，而是一次只能運行一個實驗程序。
2．2　PLC實驗裝置（箱）的選型
2．2．1　編程輸入方式
　　通常有手持編程器和PC機編程2種方式。PC編程的特點是輸入界面友好、閱讀和修改程序比較方便?，F(xiàn)場的作業(yè)為方便起見常常采用手持編程器編程方式。如果實驗內(nèi)容想要覆蓋此種方式，或者實驗室的布局不考慮PC機的配置，則必須配手持編程器。杭州天煌公司和許昌瑞新公司實驗設(shè)備有日本三菱FX-20P-E型手持編程器為可選件。
2．2．2　安全性
　　在設(shè)備選型時，安全性也必須作為重要問題加以考慮。PLC的工作電壓一般為220 V或380 V，輸入輸出模塊電壓有些是PLC提供的、有些是用戶提供的，由于PLC種類不同，這些電壓也有所不同。在選型時必須搞清I／O端子電壓是否安全、端子是否容易被學(xué)生觸及等問題。實際上如上所述，現(xiàn)有的實驗設(shè)備絕大部分是對真實系統(tǒng)模擬的方式進(jìn)行的，所以有些設(shè)備廠家為了安全，將所有輸出、輸入端子（除了PLC自用的市電電壓）改用設(shè)備廠專門附加的低壓電源（24 V以下），這樣即使帶電操作也不會有問題。
　　設(shè)備的選購一定要選擇安全性考慮比較好、提供可靠的人身安全保護(hù)體系的實驗設(shè)備，一般公司像清華同方、浙江天煌、許昌瑞新都考慮較好。其中有些產(chǎn)品考慮得更周到一些，如采用隔離變壓器；實驗部分加過流斷電保護(hù)等措施。
2．2．3　負(fù)載能力
　　通常的實驗用發(fā)光二極管作為輸入輸出指示，負(fù)載較輕。但對比較實際的控制實驗（如實際的行程開關(guān)、限位開關(guān)輸入，過程控制和控制實際的電動機等）時，對PLC輸入輸出端子的帶負(fù)載能力就要提出要求，同方TVT-90A箱式PLC學(xué)習(xí)機、TVT-90C臺式PLC學(xué)習(xí)機輸出繼電器允許電流（純電阻負(fù)載）2 A（250 V，AC）；瑞新的PLC實驗設(shè)備輸出繼電器允許電流（純電阻負(fù)載）為2 A（250 V，AC）。
2．2．4　可測試性
　　一般的PLC實驗設(shè)備在主機面板上可以看見輸入輸出狀態(tài)，但有些則因顯示器件過小或設(shè)計不合理而不顯著。設(shè)備選型應(yīng)考慮實驗的可觀性和可測試性。有些實驗裝置面板布置比較合理，裝有邏輯筆或小電 壓表可供實驗者隨時測試輸入輸出的邏輯狀態(tài)，對各電路的導(dǎo)通、截止一目了然。瑞新PLC實驗裝置面板布置了小測試儀，使用比較方便。
　　在對PLC編程時，如果采用PC編程，必須了解編 程軟件界面。當(dāng)今，PLC種類很多，其編程軟件也很多，編程軟件有基于DOS操作系統(tǒng)的，也有基于bbbbbbs操作系統(tǒng)的，通?；赽bbbbbs操作系統(tǒng)的軟件界面較友好，給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來很大方便。瑞新PLC采用基于bbbbbbs操作系統(tǒng)的編程軟件Fxgp。有些編程軟件是漢化的，會有某些學(xué)校有使用漢化軟件的要求。
2．2．5　實驗內(nèi)容
　　實驗內(nèi)容是設(shè)備選型的重要依據(jù)。一般設(shè)備廠家會提供相應(yīng)的實驗指導(dǎo)書，這樣會減少實驗教師的工作量。但是帶來的問題是必須在選型時考慮指導(dǎo)書中實驗的安排是否合理。首先指導(dǎo)書應(yīng)符合知識的循序漸進(jìn)方式，開始安排一些簡單的實驗，然后隨著課程學(xué)習(xí)的深入，一步一步深入。如瑞新RXPLC實驗設(shè)備中安排了基本指令的練習(xí)、驗機程序、電機正反轉(zhuǎn)實驗、模擬交通燈實驗、自動控制運料小車實驗、自動售貨機實驗、機械手控制實驗、電梯模擬實驗一系列漸進(jìn)實驗，學(xué)生做完以后會感覺收獲很大。天煌PLC實驗設(shè)備設(shè)計基本指令編程練習(xí)、裝配流水線的模擬控制、LED數(shù)碼顯示控制、五相步進(jìn)電動機的模擬控制、十字路口交通燈控制、液體混合裝置控制的模擬、電梯控制系統(tǒng)的模擬、機械手動作的模擬、四節(jié)傳送帶的模擬等系列實驗也是不錯的安排。
　　PLC中也有一些特別重要的指令（像步進(jìn)順控指令）和軟元件（定時器、計數(shù)器）功能，這些指令和軟元件應(yīng)用非常廣泛，可以設(shè)計一些專門針對他們的實驗，選擇針對性強的實驗設(shè)備。還可根據(jù)各專業(yè)的特點選擇具有新穎性、實用性、獨特性實驗內(nèi)容的實驗裝置，盡量使實驗內(nèi)容新而不深奧、實用而不難做?；A(chǔ)性實驗像交通燈實驗、七段碼顯示實驗；化工類的2種液體自動混合實驗；機械類的自動成型機實驗等，這樣提高了學(xué)生的興趣從而達(dá)到實驗?zāi)康?。同方由實驗屏和實驗板箱組成。實驗屏由主機（PLC）、數(shù)字量接口單元板及鋁鐵結(jié)構(gòu)的框架組成，采用鋁型材滑道結(jié)構(gòu)，實驗板放在滑道上移動方便，可根據(jù)需要構(gòu)成不同實驗線路，完成不同的實驗內(nèi)容，實驗內(nèi)容多而又比較靈活，可根據(jù)需要選擇。

3　實驗室建設(shè)的其他考慮
　　在設(shè)備計劃時需要考慮實驗室空間等因素，如果實驗室空間較大，可選用臺式裝置（如天煌公司的THPLC－A型、THPLC－B型可編程控制實驗?zāi)M裝置，瑞新公司的RXPLC實驗設(shè)備，同方公司的TVT-90C，TVT-90E型PLC訓(xùn)練裝置等）。臺式裝置比較方便學(xué)生實驗的接線和測試，觀察程序運行也較直觀，但較笨重；如果實驗室空間較小則可選用箱式結(jié)構(gòu)（如天煌公司的THPLC-1型、THPLC-2型可編程控制模擬實驗箱，同方的TVT-90A型PLC學(xué)習(xí)機等），其靈活性好、移動方便。
　　 選擇實驗設(shè)備時，還有如下幾點供考慮。
　　實驗設(shè)備主要由PLC主機、工作電源、實驗面板及顯示部分組成，教師希望通過實驗掌握PLC主機的編程、電路的設(shè)計、系統(tǒng)工作等技能。但是如果所有實驗完成后，學(xué)生對PLC形狀尚不知道，顯然是有欠缺的。如果選擇PLC布置在面板上的設(shè)備就可以避免這一問題，也可通過主機上的指示來觀察工作狀態(tài)。
　　如今PLC種類很多，指令和功能各不相同，實際工業(yè)應(yīng)用中也各有千秋，僅僅對一種PLC了解和運用遠(yuǎn)不能適應(yīng)社會的要求，選擇實驗設(shè)備時若PLC主機能替換成別的機型對學(xué)生拓寬知識面有很大幫助。瑞新RXPLC實驗設(shè)備可以用其他類型相似的PLC來替換，其PLC放在面板上，端子、輸入輸出指示很直觀，觀察方便。
　　在實驗教學(xué)中實驗指導(dǎo)書起的作用很大，一本好的實驗指導(dǎo)書可以指導(dǎo)學(xué)生順利完成各種實驗，通過實驗加深學(xué)生對這門課程的了解，使學(xué)生對這門課程知識體系有系統(tǒng)的認(rèn)識。在選擇實驗設(shè)備時，一定要注意他的實驗指導(dǎo)書，看指導(dǎo)書介紹是否全面、內(nèi)容是否具體詳細(xì)、是否滿足課程要求、語言是否精煉等。
　　另外，如果需要安排比較復(fù)雜的實驗，如真實的電梯模型實驗、利用PLC組網(wǎng)和實現(xiàn)過程控制等更加接近實際的實驗，可考慮同方的實驗設(shè)備，他已設(shè)計出TVT-2000E組合式多層電梯模型、TVT-2000B2過程控制教學(xué)裝置、TVT-2000A2臺立體倉庫聯(lián)網(wǎng)模型、TVT-99B材料分揀裝置等實驗設(shè)備比較接近實際。

4　結(jié)　語
　　PLC課程是自動控制類專業(yè)的重要課程，PLC實驗室建設(shè)又是教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分。隨著國家對教育投入的加大，很多學(xué)校有新建實驗室的任務(wù)。由于PLC型號和實驗設(shè)備的種類繁多，新實驗室的設(shè)備有很大的選擇余地，另一方面則可能很難決策。本文提供一些設(shè)備選型時應(yīng)該考慮的一些問題和參考方案，希望通過選擇合適的實驗設(shè)備為PLC實驗室建設(shè)提供參考，使得實驗不僅僅是課堂教學(xué)的輔助，而是學(xué)生掌握知識和技能的必要手段。

參考文獻(xiàn)

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