PLC教学实验设备的选型

1、PLC教学实验设备的选型摘要：可编程控制器（PLC）的课程已经成为高校自动化类专业的必修课程，实验是该课程的必要环节。由于PLC种类很多、档次不同，阿对实验内容也有不同的要求，为建设实验室设备的选择带来一定困难。本文针对目前国内市场的主要设备，讨论在设备选型时应予考虑的问题和实验开设应注意的事项。关键词 ： PLC；教学；实验；设备选型；Selection ofPLC s Teaching ExperimentalEquipmentsLIU Bing ， YANG Yong，WANG Fuyuan（ Zhengzhou University ， Zhengzhou， 450052， China

2、 ）Abstract： The course ofPLChas already been the required one for automation majorsinuniversitiesTeachingexperimentsarethe necessarysegment ofthatcourse When we constructthelabs ，it is difficult to select the equipment form lots classes ofPLCThe selection and design ideas of mainly discusses the pro

3、blemsthatPLC are different to different equipment manufacturershould be considered in selecting equipments and the buildingThis paperyour experiment planKeywords： PLC； teaching； experimental；equipments selection1引言可编程控制器（PLC）是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置，是现代工业

4、自动化的3 大支柱之首 1。如今，随着美国、日本、德国等国家的很多大公司相继投入对PLC的开发、使用和推广，PLC得到了迅速发展，其产品的种类和数量越来越多，功能也越来越强。PLC功能的增强，也使得 PLC使用更加广泛，许多大中型企业不断采用PLC来完成各种工业控制，并取得了显著的经济效益和社会效益。PLC的广泛使用要求培养出更多的熟悉其使用的高技术人才，而实验是此课程教学的重要环节。近年来，一方面国民经济的发展对技术改造和技术更新提出了更高的要求，工业生产的信息化和数字化成为必然趋势，所以很多院校新设了自动化类的专业。另一方面，随着国家对教育投入力度的增大，实验室建设已经成为高校建设的重要任

5、务。由于 PLC本身的种类很多， 基于不同PLC的实验设备也比较多，而设备生产厂家的选型和设计思想各不相同，所以对于不同情况的院校，在设备选型方面必须有不同的考虑。目前有众多厂家生产的设备可供选择，本文以清华同方的TVT-90A， TVT-90C1， TVT-90C6，TVT-90E3；杭州天煌电气设备厂的THPLC-A型， THPLC-B型，许昌瑞新电气公司的 RXPLC等型号为例讨论 PLC实验室建设的一些问题，提出了应该注意的问题，应该根据本校的培养目标和实验开设情况合理选择设备，防止盲目性的“一次到位”或仅考虑价格等不当的做法。2 实验设备的考虑PLC品种繁多，功能不同，而且价格也比较

6、昂贵，我们在组建实验室时首先要考虑做实验的对象以及对课程的要求程度，根据实际情况选择合适的实验设备。2 1PLC主机的选型2 11模拟 I O点和模拟实验采用兼有数字和模拟量点的PLC装置通常用作比较复杂的实验，像过程控制、各种控制算法的验证等。如同方的TVT-2000B2 过程控制教学装置和TVT-90C1PLC训练装置。此类设备多选用功能较强的PLC主机（如松下公司的FP1系列）设计的实验设备。所以价格比较高，一般都在万元以上。TVT-90C1PLC训练装置（台式结构）含模拟量模块4 个A D 转换器、2 个 DA 转换器，TVT-90C6PLC训练装置（台式结构）含模拟量模块2 个A D

7、转换器、 1 个 D A 转换器。特别要注意的是有些称为“可编程控制实验模拟装置”的设备并不含有模拟量实验的功能，所谓“模拟”仅仅是指真实对象的模仿（如用发光二极管表示电机的起停）。但是同方生产的机械手模型、电梯模型、立体仓库模型等则是真实系统的缩微模型。目前绝大部分称为“PLC实验”装置或箱子的设备都只有数字I O点，而且实验方式多为模拟的。一般是用发光管或数码管表示输出输入的状态。比较“逼真”的则采用平面显示器（箭头、发光带等）。如电梯控制实验，通常是以图形表示楼层，用发光管或平面显示器表示轿箱的运动状态和位置。2 12PLC主机型号目前进入我国的PLC种类比较多，如欧姆龙、三菱、西门子等

8、，每一个厂家的产品中又有众多系列产品。所以为设备的选型带来麻烦。实验装置采用何种型号的PLC最主要的因素要取决于教材内容，另外要考虑价格因素。如果要求投资较少，让学生对PLC有一个基本的认识和了解，可以选择主机为整体型PLC（如天煌THPLC型采用三菱 FX 系列的 FX0s-20MR主机、瑞新 RXPLC的主机采用 FX1N-24 主机、同方的 TVT-90A 型采用松下 FP1-C24 主机等） 的设备。 整体型 PLC结构紧凑、 体积较小、 价格便宜。 但是整体型 PLC有使用不够灵活、 I O点数固定、不易维修等缺点。如果要求实验方便、灵活，并满足不同层次学生学习，可以选择模块式PLC

9、设计的实验设备，但其造价高、结构复杂。2 13I O点数和RAM的容量I O口数量是确定实验规模的的主要因素，可根据实验所用到的I O数量来估算。一般实验设备是基于I O点数在120 点以下的小型PLC（如三菱的F1， F2 和FX0 等，欧姆龙SP20 系列，西门子的S5-95,S5-200，松下的 FP1系列等）设计的。同方的 TVT-90 型主机为松下 FP1-C24，输入点数为 16 点、输出点数为 8 点； TVT-90C 型输入输出点数为 30-40 点；瑞新 RXPLC的主机为三菱公司的 FX1N-24MR，输入点数为 14 点、输出点数为 10 点，继电器输出。天煌 THPLC

10、型主机采用三菱的 FXOS-20MR可编程序控 制器的实验设备 I O点数为 20 点，继电器输出。I O部分的价格约占PLC价格的一半以上，其成本较高， 所以应在选型时给予足够的重视。如果在设备选购后发生 I O口数量不够，也可以采用扩展的I O口。所以在设备选购时，了解所选设备的PLC是否有 I O扩充能力也是很必要的，为以后可能的I O口扩展提供便利。如瑞新的RXPLC设备具有扩展I O口功能， 24 点的PLC可扩展至128 点I O。PLC主机输出口类型按照负载使用的电源不同分为直流输出模块、交流输出模块和交直流输出模块，按照输出开关器件的种类不同可分为继电器、晶体管、可控硅3 种。

11、晶体管输出方式的结构是由CPU发出的控制信号经反相器和光电耦合器使晶体管导通，由晶体管控制I O的通断，从而使相应的负载接通，只适用于直流负载。可控硅输出方式则利用可控硅作开关器件，只适合于交流负载。继电器输出方式是利用继电器的接点来控制输出回路的通断，可带直流负载或交流负载。PLC的 RAM存储容量是一定的，必要时要考虑E2PROM的选配。 选择存储器容量时，一般可按实际需要的25考虑余量。当要求存储容量大而RAM空间不够时，可以选择带E2PROM的实验设备。瑞新实验设备（主机为三菱FX1N-24MR）程序容量为8000 步，浙江天煌实验设备（主机型号为三菱FX0S 20MR）程序容量为80

12、0 步，清华同方实验设备（主机型号为松下FP1-C24）程序容量为2700 多步。但采用E2PROM时，由于全部E2PROM的程序作为一个整体运行， 所以 E2PROM中的程序并不能分成多个实验各自占用一块随意选择其中一个使用，而是一次只能运行一个实验程序。2 2PLC实验装置（箱）的选型2 21编程输入方式通常有手持编程器和PC机编程 2 种方式。 PC编程的特点是输入界面友好、阅读和修改程序比较方便。现场的作业为方便起见常常采用手持编程器编程方式。如果实验内容想要覆盖此种方式，或者实验室的布局不考虑PC机的配置，则必须配手持编程器。杭州天煌公司和许昌瑞新公司实验设备有日本三菱FX-20P-

13、E 型手持编程器为可选件。2 22安全性在设备选型时，安全性也必须作为重要问题加以考虑。PLC的工作电压一般为220 V或 380 V ，输入输出模块电压有些是PLC提供的、有些是用户提供的，由于PLC种类不同，这些电压也有所不同。在选型时必须搞清I O端子电压是否安全、端子是否容易被学生触及等问题。实际上如上所述，现有的实验设备绝大部分是对真实系统模拟的方式进行的，所以有些设备厂家为了安全，将所有输出、输入端子（除了PLC自用的市电电压）改用设备厂专门附加的低压电源（24 V 以下），这样即使带电操作也不会有问题。设备的选购一定要选择安全性考虑比较好、提供可靠的人身安全保护体系的实验设备，一

14、般公司像清华同方、浙江天煌、许昌瑞新都考虑较好。其中有些产品考虑得更周到一些，如采用隔离变压器；实验部分加过流断电保护等措施。2 23负载能力通常的实验用发光二极管作为输入输出指示，负载较轻。但对比较实际的控制实验（如实际的行程开关、限位开关输入， 过程控制和控制实际的电动机等）时，对PLC输入输出端子的带负载能力就要提出要求，同方TVT-90A箱式PLC学习机、TVT-90C 台式PLC学习机输出继电器允许电流（纯电阻负载）2 A （ 250 V ，AC）；瑞新的PLC实验设备输出继电器允许电流（纯电阻负载）为2 A（ 250 V ，AC）。2 24可测试性一般的 PLC实验设备在主机面板上

15、可以看见输入输出状态，但有些则因显示器件过小或设计不合理而不显著。设备选型应考虑实验的可观性和可测试性。有些实验装置面板布置比较合理，装有逻辑笔或小电压表可供实验者随时测试输入输出的逻辑状态，对各电路的导通、截止一目了然。瑞新PLC实验装置面板布置了小测试仪，使用比较方便。在对 PLC编程时，如果采用PC编程，必须了解编程软件界面。当今，PLC种类很多，其编程软件也很多，编程软件有基于DOS操作系统的， 也有基于Windows操作系统的， 通常基于Windows 操作系统的软件界面较友好，给学生学习带来很大方便。瑞新 PLC采用基于 Windows 操作系统的编程软件Fxgp。有些编程软件是汉

16、化的，会有某些学校有使用汉化软件的要求。2 25实验内容实验内容是设备选型的重要依据。一般设备厂家会提供相应的实验指导书，这样会减少实验教师的工作量。但是带来的问题是必须在选型时考虑指导书中实验的安排是否合理。首先指导书应符合知识的循序渐进方式，开始安排一些简单的实验，然后随着课程学习的深入，一步一步深入。如瑞新RXPLC实验设备中安排了基本指令的练习、验机程序、电机正反转实验、模拟交通灯实验、自动控制运料小车实验、自动售货机实验、机械手控制实验、电梯模拟实验一系列渐进实验，学生做完以后会感觉收获很大。天煌PLC实验设备设计基本指令编程练习、装配流水线的模拟控制、LED数码显示控制、五相步进电

17、动机的模拟控制、十字路口交通灯控制、液体混合装置控制的模拟、电梯控制系统的模拟、机械手动作的模拟、四节传送带的模拟等系列实验也是不错的安排。PLC中也有一些特别重要的指令（像步进顺控指令）和软元件（定时器、计数器）功能，这些指令和软元件使用非常广泛，可以设计一些专门针对他们的实验，选择针对性强的实验设备。还可根据各专业的特点选择具有新颖性、实用性、独特性实验内容的实验装置，尽量使实验内容新而不深奥、实用而不难做。基础性实验像交通灯实验、七段码显示实验；化工类的2 种液体自动混合实验；机械类的自动成型机实验等，这样提高了学生的兴趣从而达到实验目的。同方由实验屏和实验板箱组成。实验屏由主机（PLC

18、）、数字量接口单元板及铝铁结构的框架组成，采用铝型材滑道结构，实验板放在滑道上移动方便，可根据需要构成不同实验线路，完成不同的实验内容，实验内容多而又比较灵活，可根据需要选择。3实验室建设的其他考虑在设备计划时需要考虑实验室空间等因素，如果实验室空间较大，可选用台式装置（如天煌公司的THPLC A型、 THPLC B 型可编程控制实验模拟装置，瑞新公司的RXPLC实验设备，同方公司的TVT-90C， TVT-90E 型PLC训练装置等）。台式装置比较方便学生实验的接线和测试，观察程序运行也较直观，但较笨重；如果实验室空间较小则可选用箱式结构（如天煌公司的THPLC-1型、 THPLC-2型可编

19、程控制模拟实验箱，同方的TVT-90A 型 PLC学习机等），其灵活性好、移动方便。选择实验设备时，还有如下几点供考虑。实验设备主要由PLC主机、工作电源、实验面板及显示部分组成，教师希望通过实验掌握PLC主机的编程、电路的设计、系统工作等技能。但是如果所有实验完成后，学生对PLC形状尚不知道，显然是有欠缺的。如果选择 PLC布置在面板上的设备就可以避免这一问题，也可通过主机上的指示来观察工作状态。如今PLC种类很多，指令和功能各不相同，实际工业使用中也各有千秋，仅仅对一种PLC了解和运用远不能适应社会的要求，选择实验设备时若PLC主机能替换成别的机型对学生拓宽知识面有很大帮助。瑞新RXPLC实验设备可以用其他类型相似的PLC来替换，其PLC放在面板上，端子、