可編程控制器實驗室在船員教育中的應(yīng)用

可編程控制器實驗室在船員教育中的應(yīng)用

一、前言

　　 隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)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(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理的功能，真正成為一種計算機(jī)工業(yè)控制裝置。PLC的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，所以在工業(yè)發(fā)達(dá)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(jìn)、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(jì)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(jì)、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(jī)、輔機(jī)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(jī)工程專業(yè)必須強(qiáng)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(jī)本、?？茖W(xué)生的《輪機(jī)自動化》課程中包含PLC原理與應(yīng)用外，海事局委托的輪補(bǔ)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)。

　　二、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(qiáng)，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(yùn)企業(yè)及相關(guān)部門解決一些PLC應(yīng)用上的問題，進(jìn)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)?；I集教學(xué)和科研經(jīng)費(fèi)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(jī)、專用編程軟件、數(shù)據(jù)連線和若干套PLC等。

　　三、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P(yáng)LC輸入端X0~X27在上面、輸出端Y0~Y27在下面）。由于該P(yáng)LC的輸出電路無內(nèi)置保險，為了防止負(fù)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P(yáng)LC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(kuò)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(rèn)識》、《燈循環(huán)點亮和延時點亮PLC編程》、《PLC在交流電機(jī)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(jī)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(jī)動力裝置中所采用的鍋爐都稱為輔鍋爐，由于船舶機(jī)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(jī)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。

　　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(qiáng)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3 鍋爐控制模擬器的系統(tǒng)示意圖

　　 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(fèi)用高和許多故障不能再現(xiàn)等等，模擬器正是彌補(bǔ)了這些缺陷。

　　四、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(jī)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(jìn)一步的改善與發(fā)展。我們準(zhǔn)備在擴(kuò)展實驗項目、繼續(xù)開發(fā)應(yīng)用PLC的船舶機(jī)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。