江苏开放大学无可编程序控制系统设计师实训学习行为评价

江苏开放大学PLC控制系统设计师实训学习心得

引言

在江苏开放大学的可编程序控制系统设计师实训课程中，我系统性地完成了从理论学习到实践操作的全流程训练。通过为期三个月的实训，不仅掌握了PLC（可编程逻辑控制器）的核心技术，更深刻体会到工业自动化领域的实践逻辑与职业素养的重要性。以下从实训内容、学习收获、挑战与反思三个维度展开总结。

一、实训内容概述

1. 硬件认知与接线实践

- PLC结构解析：通过拆装西门子S7-200 SMART系列PLC，深入理解CPU模块、输入输出端子、电源单元等核心组件的功能与连接方式。

- 电气控制电路搭建：在实验室中，我们以电梯控制系统、自动生产线为案例，完成继电器逻辑电路与PLC扩展模块的接线，重点训练了对端子排、传感器、执行机构的物理连接能力。

- 工业通信组网：学习PROFINET工业以太网配置，通过组态软件实现PLC与触摸屏、变频器的实时数据交互。

2. 软件编程与调试

- 编程语言应用：熟练使用梯形图（LAD）、功能块图（FBD）、语句表（STL）三种编程语言，重点在梯形图逻辑表达与功能块参数配置上突破。

- 仿真平台操作：利用西门子TIA Portal软件进行虚拟调试，通过仿真验证程序逻辑的可行性，减少实机调试的时间成本。

- 故障诊断训练：针对程序死循环、信号干扰、硬件失效等典型问题，学习使用编程软件的在线监控功能（如变量表、强制变量）进行问题定位。

3. 综合项目设计

- 电梯控制系统设计：独立完成电梯楼层选择、门控、安全回路等模块的程序编写，并通过多PLC协同控制实现群控功能。

- 自动分拣系统开发：在团队协作中设计基于光电传感器的物料识别、传送带速度控制、分拣机械手联动的控制逻辑，最终实现每分钟15件的分拣效率。

二、核心收获与体会

1. 理论与实践的深度结合

- 逻辑思维的具象化：通过电梯的楼层优先级算法设计，将教材中的“优先权逻辑”概念转化为实际的编程指令组合（如使用SET/RST指令实现选层锁存功能）。

- 工业标准的认知升级：实训中严格遵循IEC 61131-3编程规范，例如在自动分拣系统中采用标准化的变量命名规则（如"IN_01"表示输入信号1），显著提升了代码可读性与维护性。

2. 工程问题解决能力提升

- 多维度调试策略：在调试自动生产线时，通过“硬件检查→程序逻辑分析→通信协议验证”的三步法，成功解决因传感器信号延迟导致的机械手误动作问题。

- 时间管理经验：面对项目截止压力，采用“模块化开发+并行测试”的方法，将复杂系统拆解为信号采集、逻辑处理、执行控制三个独立模块，同步推进开发进程。

3. 职业素养的实践锤炼

- 团队协作模式：在分拣系统项目中，与电气工程师、机械设计者协同工作，深刻体会到跨专业沟通中“技术语言翻译”的重要性。例如，将机械工程师的“物料到位时间”参数转化为PLC的定时器指令。

- 工业安全意识：实训过程中多次接触真实工业设备，强化了对安全保护电路（如急停回路、过载保护）设计的重视，认识到PLC程序中安全逻辑优先级的设置原则。

三、关键挑战与突破

1. 程序逻辑复杂度挑战

- 案例背景：在电梯群控系统设计中，需要协调多台电梯的呼梯响应优先级，涉及大量状态机与互锁逻辑。

- 突破过程：

- 采用状态转移图（SFC）进行逻辑设计，将复杂流程分解为“待机→响应→运行→停靠”四个状态。

- 引入全局变量实现电梯间的通信，通过优先级队列算法优化响应时间。

- 最终通过仿真与实机测试，将系统响应延迟控制在0.5秒以内。

2. 硬件接口兼容性难题

- 问题现象：在自动分拣系统中，光电传感器信号与PLC输入端口存在电压不匹配导致的误触发。

- 解决路径：

- 查阅传感器技术手册，确认其工作电压为DC 24V而PLC输入为DC 12V。

- 设计电压转换电路（使用DC-DC转换模块）并重新布线。

- 添加软件滤波指令（如使用MC750ms的脉冲扩展指令消除信号抖动）。

3. 工业通信稳定性瓶颈

- 故障场景：分拣系统在联网运行时频繁出现数据丢包，导致分拣指令执行失败。

- 技术攻关：

- 使用协议分析工具（Wireshark）抓取PROFINET通信报文，发现网络冲突问题。

- 优化网络拓扑结构，采用星型拓扑替代原有总线结构。

- 在PLC程序中增加数据重传机制（通过定时器与计数器组合实现），将通信成功率提升至99.8%。

四、方法论与认知升级

1. 结构化开发流程

- 需求分析→方案设计→程序编写→仿真测试→现场调试→优化迭代的六步开发法，成为我后续项目开发的标准化流程。

- 案例应用：在设计自动灌装生产线时，提前绘制气路与电路的控制流程图，使程序开发效率提升40%。

2. 工业现场思维培养

- 设备预检习惯：养成上电前检查端子线号、电源极性、接地情况的规范操作，避免了3次因硬件接线错误导致的设备损坏。

- 冗余设计意识：在程序中增加硬件故障自检功能（如周期性检测传感器反馈信号），提升系统鲁棒性。

3. 工具链深度应用

- TIA Portal高级功能：掌握变量归档、符号表管理、HMI与PLC联合调试等进阶技巧，使多设备协同开发效率提升50%。

- 故障诊断工具：熟练使用西门子SIMATIC诊断工具包，能够快速定位模块通信错误代码（如0x0A表示电源故障）。

五、职业能力提升路径

1. 技术能力矩阵

| 能力维度 | 实训前水平 | 实训后水平 | 典型案例验证 |

|-|||--|

| PLC选型设计 | 基础认知 | 方案主导 | 完成电梯系统选型报告 |

| 多轴协同控制 | 理论了解 | 实践掌握 | 分拣机械手联动调试 |

| 工业网络安全 | 未接触 | 基础应用 | 配置PLC防火墙规则 |

2. 职业资格准备

- 完成实训后通过了《可编程序控制系统设计师（三级）》认证考试，重点突破了：

- 连续控制系统（PID调节）的参数整定方法

- 复杂设备的故障树分析（FTA）能力

- 工业机器人与PLC的通信协议配置

六、反思与未来规划

1. 当前不足

- 数学建模能力：在PID参数整定时，对Ziegler-Nichols方法的数学原理理解不足，导致调试周期延长。

- 标准化文档编写：尚未完全掌握IEC 61131-3的文档规范，项目报告中的变量说明部分存在冗余。

2. 持续改进计划

- 理论强化：计划通过《工业自动化控制工程》教材系统学习控制理论，建立数学模型与编程逻辑的映射关系。

- 工具深化：报名参加TIA Portal高级认证，重点突破多语言编程与运动控制功能块应用。

- 行业拓展：研究工业物联网（IIoT）与PLC的融合应用，尝试在现有项目中集成OPC UA通信模块。

结语

本次实训不仅让我获得了PLC控制系统设计的实战能力，更培养了工业现场工程师必备的系统思维与工程意识。特别是在解决电梯群控系统与分拣系统通信问题的过程中，深刻体会到“工业自动化是精密机械、电气控制与软件逻辑的完美交响”。未来我将持续深化在工业4.0领域的技术积累，力争成为具备数字化转型能力的新型控制系统设计师。

> 附录：

> - 实训