建設面向船員教育的PLC實驗室

1、前言
隨著微電子技術和計算機技術的迅速發展，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、數據傳送和處理的功能，真正成為一種計算機工業控制裝置。PLC的功能遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，所以在工業發達國家，PLC在其自動化設備中的比例占首位。近年來，我國的PLC技術也從初期的引進、消化走向吸收和推廣應用階段，并且在許多工業領域取得了良好的經濟效益和社會效益。面對這種形勢，高等院校為更好地適應于我國經濟、科學技術和社會的發展，在相關院系中普及PLC技術教育是十分必要的。對航海院校而言，隨著船舶自動化程度的日益提高，PLC技術在主機、輔機和電站等設備中逐步推廣應用，這就要求航海教育必須與之相適應，特別是輪機工程專業必須強化PLC技術的教育。同時為了適應IMO（國際海事組織）STCW　78/95公約的要求，除了在校輪機本、專科學生的《輪機自動化》課程中包含PLC原理與應用外，海事局委托的輪補電船員培訓班中也要求開設《PLC原理與應用》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。
2、建立PLC實驗室的總體方案
實驗室是學科建設和發展的基礎，是教學與科研的基地，是衡量高等院校辦學水平和科研水平的重要標志，所以我們PLC實驗室建設的目標是建成為能適應現代船員教育、符合STCW　78/95　公約要求的、高標準的開放型實驗室。實驗室由兩大部分構成：
1、基礎實驗部分　——　制作一批以PLC為核心的標準實驗板，輸入端由若干個開關和傳感器組成，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調試通過，動手性強，但不成功率較高，有了標準實驗板，安全性、直觀性提高，教師可以放手讓學生大膽實踐，讓他們自己選題、自接線路、自己調試，指導教師在整個過程中的作用只是引導、檢查、把關和解決學生疑難問題。
2、科研開發部分　——　為教師提供科研活動、技術開發的場所。充分發揮專業教師在技術上的優勢，為航運企業及相關部門解決一些PLC應用上的問題，進行模擬試驗或做些產品開發。這樣既回報了社會，又為學校籌集教學和科研經費提供了條件，與此同時還能提高教師的科研水平和教學水平。主要設備有計算機、專用編程軟件、數據連線和若干套PLC等。
3、PLC實驗室的建設
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，利用這些設備我們設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指示LED），左上角為~220V電源輸入、開關、電源指示燈、DC24V接線柱和保險管，考慮到學生操作的方便，我們把輸入端控制開關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）設置一個5A保險。該PLC性能優良，有繼電器、三端雙向可控硅開關元件和晶體管三種輸出類型，可以接多種輸出入擴展設備，而且使用簡便指令就能完成不少實驗。為了使實驗教學的效果更理想，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書開設了《PLC基本組成及輸入輸出接口的認識》、《燈循環點亮和延時點亮PLC編程》、《PLC在交流電機控制系統中應用的演示性實操》三個基礎實驗。考慮到目前PLC在船舶上的廣泛應用，如主機遙控、船舶報警監視、燃油鍋爐自動控制等系統中都有應用，同時也是為了適應現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的船用設備模擬器，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備很多，因此輔助設備的自動控制是實現“無人值班”機艙的必要條件之一。實現輔鍋爐的自動控制就首先要了解其燃燒時序控制，見圖1。