电气控制以及PLC并且还有应用, 这个是自动化工程领域里面的核心课程它涵盖了从传统的继电器逻辑一直到可编程逻辑控制器编程的整个技术体系。掌握这个方向的关键路径是什么呢?
首先得把电工基础还有继电器控制给夯实下去, 然后才能进入PLC硬件和软件编程的阶段, 最后再通过典型的工业项目来完成从理论到实战的闭环过程。
核心知识框架
电气控制与PLC以及其应用的有关知识, 在体系结构上面可以被划分成为三个不同的层次。
基础层: 这里面包含了电工学的基础知识, 大家需要掌握欧姆定律以及电路分析方法；此外还要了解低压电器设备, 这些设备包含了接触器、继电器和断路器；最后还需要学习继电与接触器控制线路的相关技术, 比如星角启动方法、正反转控制逻辑以及顺序控制操作等。
核心层的内容包括学习PLC的基本工作逻辑, 比如扫描周期的运作方式、梯形图的绘制方法、指令表的编写规则以及功能块图的应用场景。
同时, 还需要掌握几种主流品牌设备的编程技巧, 这里提到的品牌有西门子的S7-1200型号和S7-1500型号, 三菱的FX系列设备与Q系列设备, 还有欧姆龙的CP系列产品以及CJ系列产品。
此外, 这部分知识还涵盖了对不同模块的选择策略, 以及在多种通信协议环境下进行数据交换的方法, 涉及到的具体协议名称为PROFIBUS、Modbus通信格式以及EtherNet/IP网络协议。
应用层包括电机的驱动控制工作, 这里面涉及到变频器以及伺服系统, 也包括工业过程的控制任务, 例如PID调节, 还有人机界面也就是HMI的设计部分, 最后还涵盖工业网络与数据采集的内容。
学习路径与实操方法
建议按照下面的这个顺序去一步步推进, 并且在每个阶段都要配上相对应的实际操作训练内容。
1. 在第1周到第2周期间，你需要完成接线以及仿真工作, 这涉及到3个以上的经典继电器控制电路的内容, 比如说自锁的情况, 还有互锁的情况, 再或者有时间继电器延时控制的场合等等, 在此过程当中, 你得去深入理解为什么要这样来接线的这个原因。
2. 在第3到6周的时候, 大家要去选择一款可编程逻辑控制器, 比较推荐的型号是西门子的S7-1200或者是三菱的FX3U, 然后去把交通灯控制、料仓控制以及电机的正反转等等这些超过10种以上的梯形图练习都给做完, 这样能够非常熟练地去掌握基本指令, 还有定时器或者计数器的用法。
3. 在第7周到第10周这个时间段之内, 我们将把变频器、传感器以及HMI加入到系统中, 以此来组成一个完整的控制站, 并且我们要去把一个小型产线的具体设计与调试工作给完成掉, 这个小小型产线可以是比如说像传送带分拣这样的项目。
4. 从第11周开始, 课程会进入通信与网络这一阶段。在这一阶段里, 大家需要掌握PLC和上位机之间的数据交互方式。这里的上位机包括组态软件以及SCADA系统。同时, 你还需要理解工业以太网的拓扑结构是怎样的。
实操是整个过程中的核心部分。如果只去看那些理论性的东西, 但是不亲自去接线, 也不自己去编写程序, 那么就无法真正地把PLC应用的技能给掌握好。
典型应用场景
电气控制还有PLC以及相关的应用技术, 这些东西是直接对着下面说的这些工业场景去服务的。
所谓离散制造, 主要涵盖汽车焊接这条生产线, 同时也包括那些包装用的机械, 以及在CNC机床方面所涉及的辅助性控制技术。
流程工业方面, 会涉及到锅炉的控制, 还有水处理环节, 以及化工反应釜里面的温度和压力之间的联锁关系。
在能源和楼宇这个方面, 会涉及用到光伏电站里的逆变器控制工作, 还包括暖通空调群控这种技术, 同时也会包含电梯逻辑相关的部分。
这里有一个新的方向, 就是让机器视觉和数字孪生技术以及边缘计算能够产生联动, 并且把这些东西全都集成到可编程逻辑控制器也就是PLC这一层上去。
高频疑难与解决
关于梯形图和指令表这两个内容, 到底哪一个更值得优先去掌握呢? 我的回答是应当优先深入学习梯形图。这是因为在现场工程师进行日常调试工作的过程当中, 梯形图是那些工作人员最为主要的一个操作语言。而指令表的作用在于帮助人们去理解处于底层位置的那个逻辑关系, 通常在我们需要阅读手册的时候才会用到它。
关于如何选择PLC型号, 可以按照三个主要方面来匹配, 即输入和输出的I/O点数具体有多少、对通信接口有哪些具体要求, 以及预算状况如何。这样做就不需要去追求最高端的型号, 确保选择适合实际应用的设备即可。
当你发现程序在调试的时候根本跑不通, 你应该怎么进行查找和排除呢? 你可以按照先查看电源、再看I/O信号、接着确认逻辑分支、最后检查通信这样的顺序来一步一步地排查问题。同时, 你还应该利用在线监视的功能来逐条对变量的状态进行验证。
资源与延伸
你如果需要学习这部分内容, 可以系统地去看一下各个主流品牌官方发布的编程手册。同时, 也可以去找一些高校的教材来参考, 比如大家常说的《电气控制与PLC应用技术》这本书。在实践练习这一块, 建议你最好结合那些实物的套件来做一做。
另外, 你也可以用仿真软件来模拟操作, 常见的比如TIA Portal或者是GX Works2这些工具都不错。如果你还想要了解更多的信息, 比如说完整的课程大纲、实际的项目案例以及实训时候的资源资料等等, 那么你可以去访问www.ynsdxgs.cn这个网站链接去获取齐全的相关资料。
保持“每一个星期进行一次练习, 并且每一个项目都要实现闭环”这样的节奏, 经过12周至16周的时间, 就可以构建起从电气连接到PLC综合性使用的完整能力。
