建设面向船员教育的PLC实验室

摘 要：本文阐述了PLC技术在现代船员教育中的重要意义，系统地介绍了PLC实验室建设的方案及过程，并以作者自行开发的基于PLC的锅炉控制模拟器加以例证。 关键词：PLC；船员教育；实验室建设 分类号： 1、前言 随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC（可编程控制器）不仅用逻辑编程取代了硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理的功能，真正成为一种计算机工业控制装置。PLC的功能远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，所以在工业发达国家，PLC在其自动化设备中的比例占首位。近年来，我国的PLC技术也从初期的引进、消化走向吸收和推广应用阶段，并且在许多工业领域取得了良好的经济效益和社会效益。面对这种形势，高等院校为更好地适应于我国经济、科学技术和社会的发展，在相关院系中普及PLC技术教育是十分必要的。对航海院校而言，随着船舶自动化程度的日益提高，PLC技术在主机、辅机和电站等设备中逐步推广应用，这就要求航海教育必须与之相适应，特别是轮机工程专业必须强化PLC技术的教育。同时为了适应IMO（国际海事组织）STCW 78/95公约的要求，除了在校轮机本、专科学生的《轮机自动化》课程中包含PLC原理与应用外，海事局委托的轮补电船员培训班中也要求开设《PLC原理与应用》课程，并辅以一定量的实验。鉴于此，建立面向船员教育的PLC实验室成了刻不容缓的任务。 2、建立PLC实验室的总体方案 实验室是学科建设和发展的基础，是教学与科研的基地，是衡量高等院校办学水平和科研水平的重要标志，所以我们PLC实验室建设的目标是建成为能适应现代船员教育、符合STCW 78/95 公约要求的、高标准的开放型实验室。实验室由两大部分构成： 1、基础实验部分 —— 制作一批以PLC为核心的标准实验板，输入端由若干个开关和传感器组成，输出端为一些指示灯、继电器和熔断管。因PLC实验不同于一般电工电子实验，它需自己编程，输入PLC调试通过，动手性强，但不成功率较高，有了标准实验板，安全性、直观性提高，教师可以放手让学生大胆实践，让他们自己选题、自接线路、自己调试，指导教师在整个过程中的作用只是引导、检查、把关和解决学生疑难问题。 2、科研开发部分 —— 为教师提供科研活动、技术开发的场所。充分发挥专业教师在技术上的优势，为航运企业及相关部门解决一些PLC应用上的问题，进行模拟试验或做些产品开发。这样既回报了社会，又为学校筹集教学和科研经费提供了条件，与此同时还能提高教师的科研水平和教学水平。主要设备有计算机、专用编程软件、数据连线和若干套PLC等。 3、PLC实验室的建设 99年底我院购买了三菱（MITSUBISHI）公司FX2N-48MR微型可编程控制器12套和FX-2P便携式编程器1套，利用这些设备我们设计制作了十块实验板，外壳用金属薄板弯制成型并作静电喷塑处理（蛋青色），居中是PLC（便于看请PLC上的各输入输出端状态指示LED），左上角为~220V电源输入、开关、电源指示灯、DC24V接线柱和保险管，考虑到学生操作的方便，我们把输入端控制开关和传感器接线柱布置在实验板的下半部分，而把输出端继电器、交流接触器、接线柱和指示灯布置在上半部分（该PLC输入端X0~X27在上面、输出端Y0~Y27在下面）。由于该PLC的输出电路无内置保险，为了防止负载短路等故障烧断PLC的基板配线，每4个输出点（也就是一个COM点）设置一个5A保险。该PLC性能优良，有继电器、三端双向可控硅开关元件和晶体管三种输出类型，可以接多种输出入扩展设备，而且使用简便指令就能完成不少实验。为了使实验教学的效果更理想，还做了几块示教板供演示用。从2000年3月开始我们按照新编的实验指导书开设了《PLC基本组成及输入输出接口的认识》、《灯循环点亮和延时点亮PLC编程》、《PLC在交流电机控制系统中应用的演示性实操》三个基础实验。考虑到目前PLC在船舶上的广泛应用，如主机遥控、船舶报警监视、燃油锅炉自动控制等系统中都有应用，同时也是为了适应现代条件下船员教育的新特点，我们以PLC为核心逐步研制几种用于教学的船用设备模拟器，下面就以锅炉控制模拟器为例作一简要介绍： 在柴油机动力装置中所采用的锅炉都称为辅锅炉，由于船舶机舱中这类辅助设备很多，因此辅助设备的自动控制是实现“无人值班”机舱的必要条件之一。实现辅锅炉的自动控制就首先要了解其燃烧时序控制，见图1。 图1 辅锅炉燃烧时序控制框图 按照锅炉的控制框图我们制定了程序的整体结构，考虑到是模拟器，特别增加故障设置部分，以加强教学功能。我们从思南工控网站下载一个三菱FX2N编程软件，并买了专用数据线，开始着手编写锅炉控制模拟器程序。程序初稿出来后，经过逐段逐句的反复推敲、调试才全部输入PLC作最后的测试，相应的硬件和接线也在同期完成。最终程序由358句、719行构成。例如图2提供的是点火过程部分的一段梯形图。模拟器的形状是落地柜式，外壳是用薄金属板弯制焊接成型并经静电喷塑处理（蛋青色），上半部分为指示灯、蜂鸣器和仪表，中间斜面突出部分是控制面板（分三个部分，见后面说明）。 图2点火过程梯形图（部分） 图3是锅炉控制模拟器的系统示意图，面板主要由燃烧控制、水位控制和故障设置三部分组成，布局比较简洁直观。我院设有锅炉实验室，有一套经过改装的日产旧锅炉供教学使用，但就教学、科研而言，真实设备也有其明显的不足之处，如频繁起动容易损坏、使用费费用高和许多故障不能再现等等，模拟器正是弥补了这些缺陷。 图3锅炉控制模拟器的系统示意图 4、结束语 PLC实验室建成以来，已有近600人做过实验，教师和学生反映普遍良好，并顺利通过了海事局等管理机构的验收。这对于更好地适应IMO（国际海事组织）STCW 78/95公约的要求，提高宁波大学船员教育和培训管理的质量都有重要的意义。当然，实验室还存在着不足，有待于进一步的改善与发展。我们准备在扩展实验项目、继续开发应用PLC的船舶机舱设备模拟器以及实验器材上增加PLC的品牌和型号这三个方面使PLC实验室更上一层楼。 参 考 文 献 1 汪晓光等. 可编程控制器原理及应用，上下册. 机械工业出版社，1994 2 郑凤阁. 轮机自动化. 大连海运学院出版社，1997 3 卢学英，林孔元. 可编程序控制器实验室建设的设想与实践. 电气电子教学学报，1998（专辑） 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