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机械工程仪器学中可编程逻辑控制器的介绍 Joey K. Parker The University of Alabama 1．概述和背景 许多机械工程课程中都有仪器使用和控制学。 仪器使用主要关于信号的转换和实验数据的收集，而控制课程则大多是一些理论性的东西。现在，那些传统的仪器使用和控制方法仍然被广泛应用在工业中1，在这些课程中，它们经常被看得很重要。 大量的亚拉巴马州 (UA)大学的机械工程系毕业生都进入工业自动化领域，在许多机械设备中，可编程逻辑控制器（PLCs）已经变得很普遍。一个PLC控制器可以说是各种典型仪器的结合，它们从传感器或其他转换器输入信号。输出装置有电动马达、气动阀门、光信号、警告扬声器等。近几年来，基于低成本的PC程序控制的廉价PLCs已变成了现实。有一些制造业者已经开始使用优良的网站来详细地描述他们的硬件和软件2,3,4,5。一般的关于PLC编程指南在网上就可以找到了6，它就像是制造业的特别指导一样7。 论文主要是关于给机械工程系的学生介绍PLCs控制器的一个五星期的课程。主要内容是早期发表的著作8的更新版本。提供的课程有实验室的实验课程，学生相互交流，以及与学长一起参加项目设计等。从网站上还可以找到这些课程的一些补充资料9。然后讲述包含PLC组件的仪器使用要点的课程。 表1 ME 360课程主题 主题 讲授课时 实验课时 概述，测量的一般特性 2小时 3小时 统计学与概率分析 2小时 3小时 电信号分析 4小时 6小时 应变，力和转矩的测量 3小时 3小时 位移，速度，加速度传感器 2小时 3小时 数据采集 2小时 3小时 直流和交流电机 4小时 6小时 接触传感器，电控元件 2小时 3小时 工业液压与气压元件 2小时 — 继电气与可编程逻辑控制器 10小时 6小时 2．PLC测试平台 几年前，ME部门非常幸运地从当地制造业者手中获得了大量的用于工业的气动机械。这些都是生产线上的废弃零件，他们捐赠给了我们。从这些捐赠的东西中，我们找到了活塞缸，螺线形阀门，传感器，直流电源等设备。这些充足的设备能够建立四个如图1所示的测试台。一个1/4英寸的小金属板提供了非常硬的表面，上面有足够多的小洞。每一个铝支架支撑三个活塞缸。每个活塞泵都有一个磁性传感器，可以用来测出活塞的位置。除了气动元件外，还安装了一个按钮式光信号的操作面板（见图 1 的顶端）。这个装置有九个平时断开的接触式按钮，和六个报警灯，全都安装在一个方便且紧凑的小盒子里。一个24V的小扇也被作为另外的一个输出装置。 这些被捐赠的设备之中也包含一些较旧的PLCs控制器。之所以不使用它们，主要有两个理由：1、手持装置用来编程不方便；2、说明性文件全都是用外文写的。另外，又购买了一些先进又便宜的PLCs2。采用了一个有金属底板和带有多种转换模式的输入输出系统的标准设计。被用于测试平台的有下列组件(除了处理器模块之外): 四个110/220V 电源插槽; 16路,24V直流数字输入模块; 8路,12-24V直流数字传输出模块; 和4路阵输出模块。 这个PLC模块的花费是比较廉价的。购买了一个窗口编程软件的使用许可证。所有的程序都是在计算机上完成，然后下载到PLC上。整个过程是非常简单的编程和调试。学生对窗口操作系统非常熟悉，能够很快地进入并修改他们的PLC程序。 图1：PLC测试台 在学生开始使用可编程逻辑控制之前，给他们介绍气动系统的基本组成。这些结构包括： 1.马达（活塞泵、电机、旋转马达） 2.压力控制阀（减压和调压） 3.流量控制阀 4.方向控制阀（控制，手动，2/3/4路） 5.其他（过滤，润滑，压力转换） 这些建立起来的工业控制模块被用来给学生练习PLC编程。学生要学习基本的气动系统符号，这是应用软件所必须掌握的。 图2详细描绘了气动系统的PLC测试台，这是要求学生必须了解和掌握的典型例子。 图2：气动系统PLC测试台示意图 图3：继电器的逻辑顺序举例 3．PLC逻辑控制举例 在介绍完有关继电器的原理后，再在课堂练习上给学生介绍先进的PLC控制程序。三种不同的关于在用的日益困难的材料的练习： 正确程序的分析 正确程序的缺陷 与预期相符合新程序的设计。 在课堂上介绍和练习完所有这些练习后，接着的实验练习可以帮助加学生加强理解。每一种PLC程序的例子都附有说明。 在图4的第一个例子中，描述了一种普通的夹具和它的工作循环。在气动系统示意图中，必须要有PLC连线图。要求学生逐条地分析这种复杂水平的操作回路。 图4：PLC程序分析 在学习怎样正确地分析运动周期后，学生被要求修改一个有更多错误的PLC控制回路。还要描述出系统的能够实现什么样的设计目的。在