建設(shè)面向船員教育的PLC實驗室

摘 要：本文闡述了PLC技術(shù)在現(xiàn)代船員教育中的重要意義，系統(tǒng)地介紹了PLC實驗室建設(shè)的方案及過程，并以作者自行開發(fā)的基于PLC的鍋爐控制模擬器加以例證。 關(guān)鍵詞：PLC；船員教育；實驗室建設(shè) 分類號： 1、前言 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC（可編程控制器）不僅用邏輯編程取代了硬接線邏輯，還增加了運算、數(shù)據(jù)傳送和處理的功能，真正成為一種計算機工業(yè)控制裝置。PLC的功能遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，所以在工業(yè)發(fā)達國家，PLC在其自動化設(shè)備中的比例占首位。近年來，我國的PLC技術(shù)也從初期的引進、消化走向吸收和推廣應(yīng)用階段，并且在許多工業(yè)領(lǐng)域取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。面對這種形勢，高等院校為更好地適應(yīng)于我國經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)和社會的發(fā)展，在相關(guān)院系中普及PLC技術(shù)教育是十分必要的。對航海院校而言，隨著船舶自動化程度的日益提高，PLC技術(shù)在主機、輔機和電站等設(shè)備中逐步推廣應(yīng)用，這就要求航海教育必須與之相適應(yīng)，特別是輪機工程專業(yè)必須強化PLC技術(shù)的教育。同時為了適應(yīng)IMO（國際海事組織）STCW 78/95公約的要求，除了在校輪機本、?？茖W(xué)生的《輪機自動化》課程中包含PLC原理與應(yīng)用外，海事局委托的輪補電船員培訓(xùn)班中也要求開設(shè)《PLC原理與應(yīng)用》課程，并輔以一定量的實驗。鑒于此，建立面向船員教育的PLC實驗室成了刻不容緩的任務(wù)。 2、建立PLC實驗室的總體方案 實驗室是學(xué)科建設(shè)和發(fā)展的基礎(chǔ)，是教學(xué)與科研的基地，是衡量高等院校辦學(xué)水平和科研水平的重要標(biāo)志，所以我們PLC實驗室建設(shè)的目標(biāo)是建成為能適應(yīng)現(xiàn)代船員教育、符合STCW 78/95 公約要求的、高標(biāo)準(zhǔn)的開放型實驗室。實驗室由兩大部分構(gòu)成： 1、基礎(chǔ)實驗部分 —— 制作一批以PLC為核心的標(biāo)準(zhǔn)實驗板，輸入端由若干個開關(guān)和傳感器組成，輸出端為一些指示燈、繼電器和熔斷管。因PLC實驗不同于一般電工電子實驗，它需自己編程，輸入PLC調(diào)試通過，動手性強，但不成功率較高，有了標(biāo)準(zhǔn)實驗板，安全性、直觀性提高，教師可以放手讓學(xué)生大膽實踐，讓他們自己選題、自接線路、自己調(diào)試，指導(dǎo)教師在整個過程中的作用只是引導(dǎo)、檢查、把關(guān)和解決學(xué)生疑難問題。 2、科研開發(fā)部分 —— 為教師提供科研活動、技術(shù)開發(fā)的場所。充分發(fā)揮專業(yè)教師在技術(shù)上的優(yōu)勢，為航運企業(yè)及相關(guān)部門解決一些PLC應(yīng)用上的問題，進行模擬試驗或做些產(chǎn)品開發(fā)。這樣既回報了社會，又為學(xué)校籌集教學(xué)和科研經(jīng)費提供了條件，與此同時還能提高教師的科研水平和教學(xué)水平。主要設(shè)備有計算機、專用編程軟件、數(shù)據(jù)連線和若干套PLC等。 3、PLC實驗室的建設(shè) 99年底我院購買了三菱（MITSUBISHI）公司FX2N-48MR微型可編程控制器12套和FX-2P便攜式編程器1套，利用這些設(shè)備我們設(shè)計制作了十塊實驗板，外殼用金屬薄板彎制成型并作靜電噴塑處理（蛋青色），居中是PLC（便于看請PLC上的各輸入輸出端狀態(tài)指示LED），左上角為~220V電源輸入、開關(guān)、電源指示燈、DC24V接線柱和保險管，考慮到學(xué)生操作的方便，我們把輸入端控制開關(guān)和傳感器接線柱布置在實驗板的下半部分，而把輸出端繼電器、交流接觸器、接線柱和指示燈布置在上半部分（該PLC輸入端X0~X27在上面、輸出端Y0~Y27在下面）。由于該PLC的輸出電路無內(nèi)置保險，為了防止負載短路等故障燒斷PLC的基板配線，每4個輸出點（也就是一個COM點）設(shè)置一個5A保險。該PLC性能優(yōu)良，有繼電器、三端雙向可控硅開關(guān)元件和晶體管三種輸出類型，可以接多種輸出入擴展設(shè)備，而且使用簡便指令就能完成不少實驗。為了使實驗教學(xué)的效果更理想，還做了幾塊示教板供演示用。從2000年3月開始我們按照新編的實驗指導(dǎo)書開設(shè)了《PLC基本組成及輸入輸出接口的認識》、《燈循環(huán)點亮和延時點亮PLC編程》、《PLC在交流電機控制系統(tǒng)中應(yīng)用的演示性實操》三個基礎(chǔ)實驗?？紤]到目前PLC在船舶上的廣泛應(yīng)用，如主機遙控、船舶報警監(jiān)視、燃油鍋爐自動控制等系統(tǒng)中都有應(yīng)用，同時也是為了適應(yīng)現(xiàn)代條件下船員教育的新特點，我們以PLC為核心逐步研制幾種用于教學(xué)的船用設(shè)備模擬器，下面就以鍋爐控制模擬器為例作一簡要介紹： 在柴油機動力裝置中所采用的鍋爐都稱為輔鍋爐，由于船舶機艙中這類輔助設(shè)備很多，因此輔助設(shè)備的自動控制是實現(xiàn)“無人值班”機艙的必要條件之一。實現(xiàn)輔鍋爐的自動控制就首先要了解其燃燒時序控制，見圖1。 圖1 輔鍋爐燃燒時序控制框圖 按照鍋爐的控制框圖我們制定了程序的整體結(jié)構(gòu)，考慮到是模擬器，特別增加故障設(shè)置部分，以加強教學(xué)功能。我們從思南工控網(wǎng)站下載一個三菱FX2N編程軟件，并買了專用數(shù)據(jù)線，開始著手編寫鍋爐控制模擬器程序。程序初稿出來后，經(jīng)過逐段逐句的反復(fù)推敲、調(diào)試才全部輸入PLC作最后的測試，相應(yīng)的硬件和接線也在同期完成。最終程序由358句、719行構(gòu)成。例如圖2提供的是點火過程部分的一段梯形圖。模擬器的形狀是落地柜式，外殼是用薄金屬板彎制焊接成型并經(jīng)靜電噴塑處理（蛋青色），上半部分為指示燈、蜂鳴器和儀表，中間斜面突出部分是控制面板（分三個部分，見后面說明）。 圖2點火過程梯形圖（部分） 圖3是鍋爐控制模擬器的系統(tǒng)示意圖，面板主要由燃燒控制、水位控制和故障設(shè)置三部分組成，布局比較簡潔直觀。我院設(shè)有鍋爐實驗室，有一套經(jīng)過改裝的日產(chǎn)舊鍋爐供教學(xué)使用，但就教學(xué)、科研而言，真實設(shè)備也有其明顯的不足之處，如頻繁起動容易損壞、使用費費用高和許多故障不能再現(xiàn)等等，模擬器正是彌補了這些缺陷。 圖3鍋爐控制模擬器的系統(tǒng)示意圖 4、結(jié)束語 PLC實驗室建成以來，已有近600人做過實驗，教師和學(xué)生反映普遍良好，并順利通過了海事局等管理機構(gòu)的驗收。這對于更好地適應(yīng)IMO（國際海事組織）STCW 78/95公約的要求，提高寧波大學(xué)船員教育和培訓(xùn)管理的質(zhì)量都有重要的意義。當(dāng)然，實驗室還存在著不足，有待于進一步的改善與發(fā)展。我們準(zhǔn)備在擴展實驗項目、繼續(xù)開發(fā)應(yīng)用PLC的船舶機艙設(shè)備模擬器以及實驗器材上增加PLC的品牌和型號這三個方面使PLC實驗室更上一層樓。 參 考 文 獻 1 汪曉光等. 可編程控制器原理及應(yīng)用，上下冊. 機械工業(yè)出版社，1994 2 鄭鳳閣. 輪機自動化. 大連海運學(xué)院出版社，1997 3 盧學(xué)英，林孔元. 可編程序控制器實驗室建設(shè)的設(shè)想與實踐. 電氣電子教學(xué)學(xué)報，1998（專輯） Construction of PLC Laboratory in Maritime Education and Training Hu Haigang Shu Haiping Wang Ying (Maritime College of Ningbo University, Ningbo 315211) Abstract The important significance of PLC technology in modern maritime education and training were discussed in the paper, the plan and procession of PLC laboratory construction were introduced in detail .The authors also give an example of aux boiler simulator based on the PLC technology which was developed by themselves. Key words：PLC；maritime education；laboratory construction