1、前言
隨著微電子技術(shù)和計(jì)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(xiàn)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(jì)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(guó)家，PLC在其自動(dòng)化設(shè)備中的比例占首位。近年來(lái)，我國(guó)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(huì)效益。面對(duì)這種形勢(shì)，高等院校為更好地適應(yīng)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)和社會(huì)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(duì)航海院校而言，隨著船舶自動(dòng)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(zhuān)業(yè)必須強(qiáng)化PLC技術(shù)的教育。同時(shí)為了適應(yīng)IMO（國(guó)際海事組織）STCW 78/95公約的要求，除了在校輪機(jī)本、專(zhuān)科學(xué)生的《輪機(jī)自動(dòng)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(kāi)設(shè)《PLC原理與應(yīng)用》課程，并輔以一定量的實(shí)驗(yàn)。鑒于此，建立面向船員教育的PLC實(shí)驗(yàn)室成了刻不容緩的任務(wù)。
2、建立PLC實(shí)驗(yàn)室的總體方案
實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室由兩大部分構(gòu)成：
1）、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分 —— 制作一批以PLC為核心的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)板，輸入端由若干個(gè)開(kāi)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(shí)驗(yàn)不同于一般電工電子實(shí)驗(yàn)，它需自己編程，輸入PLC調(diào)試通過(guò)，動(dòng)手性強(qiáng)，但不成功率較高，有了標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)板，安全性、直觀性提高，教師可以放手讓學(xué)生大膽實(shí)踐，讓他們自己選題、自接線(xiàn)路、自己調(diào)試，指導(dǎo)教師在整個(gè)過(guò)程中的作用只是引導(dǎo)、檢查、把關(guān)和解決學(xué)生疑難問(wèn)題。
2）、科研開(kāi)發(fā)部分 —— 為教師提供科研活動(dòng)、技術(shù)開(kāi)發(fā)的場(chǎng)所。充分發(fā)揮專(zhuān)業(yè)教師在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，為航運(yùn)企業(yè)及相關(guān)部門(mén)解決一些PLC應(yīng)用上的問(wèn)題，進(jìn)行模擬試驗(yàn)或做些產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。這樣既回報(bào)了社會(huì)，又為學(xué)校籌集教學(xué)和科研經(jīng)費(fèi)提供了條件，與此同時(shí)還能提高教師的科研水平和教學(xué)水平。主要設(shè)備有計(jì)算機(jī)、專(zhuān)用編程軟件、數(shù)據(jù)連線(xiàn)和若干套PLC等。
3）、PLC實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)
99年底我院購(gòu)買(mǎi)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?cè)O(shè)計(jì)制作了十塊實(shí)驗(yàn)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(qǐng)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(kāi)關(guān)、電源指示燈、DC24V接線(xiàn)柱和保險(xiǎn)管，考慮到學(xué)生操作的方便，我們把輸入端控制開(kāi)關(guān)和傳感器接線(xiàn)柱布置在實(shí)驗(yàn)板的下半部分，而把輸出端繼電器、交流接觸器、接線(xiàn)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(wú)內(nèi)置保險(xiǎn)，為了防止負(fù)載短路等故障燒斷PLC的基板配線(xiàn)，每4個(gè)輸出點(diǎn)（也就是一個(gè)COM點(diǎn)）設(shè)置一個(gè)5A保險(xiǎn)。該P(yáng)LC性能優(yōu)良，有繼電器、三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件和晶體管三種輸出類(lèi)型，可以接多種輸出入擴(kuò)展設(shè)備，而且使用簡(jiǎn)便指令就能完成不少實(shí)驗(yàn)。為了使實(shí)驗(yàn)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(kāi)始我們按照新編的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)開(kāi)設(shè)了《PLC基本組成及輸入輸出接口的認(rèn)識(shí)》、《燈循環(huán)點(diǎn)亮和延時(shí)點(diǎn)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(shí)操》三個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。考慮到目前PLC在船舶上的廣泛應(yīng)用，如主機(jī)遙控、船舶報(bào)警監(jiān)視、燃油鍋爐自動(dòng)控制等系統(tǒng)中都有應(yīng)用，同時(shí)也是為了適應(yīng)現(xiàn)代條件下船員教育的新特點(diǎn)，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(jiǎn)要介紹：
在柴油機(jī)動(dòng)力裝置中所采用的鍋爐都稱(chēng)為輔鍋爐，由于船舶機(jī)艙中這類(lèi)輔助設(shè)備很多，因此輔助設(shè)備的自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班”機(jī)艙的必要條件之一。實(shí)現(xiàn)輔鍋爐的自動(dòng)控制就首先要了解其燃燒時(shí)序控制，見(jiàn)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(gè)三菱FX2N編程軟件，并買(mǎi)了專(zhuān)用數(shù)據(jù)線(xiàn)，開(kāi)始著手編寫(xiě)鍋爐控制模擬器程序。程序初稿出來(lái)后，經(jīng)過(guò)逐段逐句的反復(fù)推敲、調(diào)試才全部輸入PLC作最后的測(cè)試，相應(yīng)的硬件和接線(xiàn)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(diǎn)火過(guò)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(gè)部分，見(jiàn)后面說(shuō)明）。
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(jiǎn)潔直觀。我院設(shè)有鍋爐實(shí)驗(yàn)室，有一套經(jīng)過(guò)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(shí)設(shè)備也有其明顯的不足之處，如頻繁起動(dòng)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。
4、結(jié)束語(yǔ)
PLC實(shí)驗(yàn)室建成以來(lái)，已有近600人做過(guò)實(shí)驗(yàn)，教師和學(xué)生反映普遍良好，并順利通過(guò)了海事局等管理機(jī)構(gòu)的驗(yàn)收。這對(duì)于更好地適應(yīng)IMO（國(guó)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、繼續(xù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用PLC的船舶機(jī)艙設(shè)備模擬器以及實(shí)驗(yàn)器材上增加PLC的品牌和型號(hào)這三個(gè)方面使PLC實(shí)驗(yàn)室更上一層樓。