滿足頂崗實(shí)習(xí)需求的PLC課程的研究與實(shí)施

王淼

摘 要 本文是研究高職高專學(xué)生在堅(jiān)持頂崗實(shí)習(xí)的情況下，如何完成PLC與電機(jī)控制技術(shù)課程計(jì)劃和課程標(biāo)準(zhǔn)，通過校企合作項(xiàng)目重新制定專業(yè)人才培養(yǎng)方案。課程覆蓋了可編程控制器的原理、應(yīng)用及WinCC組態(tài)軟件與Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的通信。創(chuàng)新性提出 “DL（Doing by Learning）”即為“工作式學(xué)習(xí)”模式。設(shè)計(jì)教學(xué)及生產(chǎn)一體的汽車生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)工作臺(tái)，使課程標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。實(shí)現(xiàn)專業(yè)與產(chǎn)業(yè)對(duì)接、課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對(duì)接的教育教學(xué)研究方法。實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)為工作服務(wù)的校企合作的運(yùn)行機(jī)制。

關(guān)鍵詞 頂崗實(shí)習(xí) “DL”教學(xué)模式 PLC課程標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research and Implementation of PLC Courses to Meet the Needs of Internships

WANG Miao

（Changchun Automobile Industry Institute， Changchun， Jilin 130013）

Abstract This paper is the study of vocational students at the insistence of internships， how to complete the "PLC and motor control technology" lesson plans and curriculum standards， professional training programs re-enacted by school-enterprise cooperation projects. The course covers the principles of programmable controllers， communications applications and WinCC configuration software and profibus fieldbus. Innovative proposed "DL （Doing by Learning）" is the "work-based learning" mode. Teaching design and production of integrated automobile production training table make the curriculum standardization， modularity. Achieve professional and industrial docking， docking curriculum and professional standards， the teaching process and the production process of education and teaching methods butt. Achieve the service for working running school-enterprise cooperation mechanisms.

Key words internship； "DL" teaching mode； PLC curriculum standardization， modularity

1 高職高專院校辦學(xué)特色的分析

企業(yè)急需培養(yǎng)掌握PLC電氣控制技術(shù)理論和知識(shí)和技能的電氣自動(dòng)化專業(yè)的人才，為了使學(xué)生盡早接觸到實(shí)際工作崗位的設(shè)備，更快地進(jìn)步，高職高專學(xué)校始終堅(jiān)持“校企融合，工學(xué)結(jié)合”的辦學(xué)體制，以“不能滿足企業(yè)人才培養(yǎng)的需要，就沒有我們存在的必要”的辦學(xué)理念為核心指導(dǎo)思想，以“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)目標(biāo)為基礎(chǔ)，不斷深化課程體系改革，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化內(nèi)涵建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人才的“知識(shí)、能力、素質(zhì)”全方面培養(yǎng)。學(xué)校利用學(xué)校與企業(yè)多年合作的契機(jī)，現(xiàn)在安排學(xué)生學(xué)習(xí)理論和實(shí)習(xí)的比例為1：1。使他們每天工作的同時(shí)回到學(xué)校學(xué)習(xí)自動(dòng)化專業(yè)課程PLC與電機(jī)控制技術(shù)，再到實(shí)際生產(chǎn)線上不斷應(yīng)用，再不斷學(xué)習(xí)、不斷提高。

目前90%的學(xué)生在第三第四學(xué)期與企業(yè)簽訂了就業(yè)協(xié)議并且深入生產(chǎn)一線頂崗實(shí)習(xí)，要完成企業(yè)安排的正常八小時(shí)工作，還有的學(xué)生在外地實(shí)習(xí)。PLC與電機(jī)控制技術(shù)課程就是在第三、第四學(xué)期上課，讓學(xué)生實(shí)習(xí)好、學(xué)習(xí)好，就是本文研究的重點(diǎn)，高職高專辦學(xué)特色促成了課題組成員通過從理論和實(shí)踐兩方面對(duì)PLC與電機(jī)控制技術(shù)課程的教學(xué)研究，使頂崗實(shí)習(xí)的學(xué)生無(wú)論在理論上還是實(shí)踐上都取得了優(yōu)異的成績(jī)，全面提升學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 校企合作，研發(fā)PLC校內(nèi)實(shí)訓(xùn)臺(tái)

2.1 PLC課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

以往PLC與電機(jī)控制技術(shù)課程分為理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩部分，兩者在教學(xué)上自成體系互不干涉。專業(yè)技術(shù)理論教學(xué)和實(shí)習(xí)教學(xué)分段實(shí)施，理論教師和實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師各負(fù)其責(zé)在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面難以形成有機(jī)結(jié)合。教學(xué)過程中往往出現(xiàn)“各自為政” 和“相互推諉” 的現(xiàn)象。往往是重理論輕實(shí)踐，理論教師往往是“一支粉筆一本書。”內(nèi)容的講解常常是“空” 而“虛”，給學(xué)生留大量作業(yè)，學(xué)生用大量的時(shí)間背程序，應(yīng)付考試。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容更多的是簡(jiǎn)單驗(yàn)證理論結(jié)果，如一臺(tái)PLC可編程控制器帶一臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)?；驇讉€(gè)指示燈學(xué)生可以通過PC機(jī)進(jìn)行編程，控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，或指示燈循環(huán)亮滅。所做的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目較少，學(xué)生印象不深。但現(xiàn)在學(xué)生下廠頂崗實(shí)習(xí)了，他接觸到的是能生產(chǎn)出世界一流汽車的生產(chǎn)線，我們的教學(xué)方式和實(shí)訓(xùn)室的設(shè)備都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了頂崗實(shí)習(xí)學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴望。

2.2 研發(fā)PLC校內(nèi)實(shí)訓(xùn)臺(tái)

任課教師走訪學(xué)生實(shí)習(xí)單位，如一汽大眾公司，針對(duì)汽車行業(yè)進(jìn)行了調(diào)研，教師根據(jù)在生產(chǎn)第一線設(shè)備的研究，如焊裝車間、總裝車間的汽車輸送線。調(diào)研結(jié)果是汽車制造行業(yè)每個(gè)工位之間是流水線生產(chǎn)，在生產(chǎn)線上各個(gè)環(huán)節(jié)都采用了PLC作為主控單元，同時(shí)用上位機(jī)WinCC監(jiān)控和Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行通訊。

通過對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的電氣設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程進(jìn)行了研究。結(jié)合在不同工廠、不同車間頂崗實(shí)習(xí)學(xué)生共同接觸的自動(dòng)化設(shè)備，就是汽車生產(chǎn)輸送線。結(jié)合學(xué)生知識(shí)的循序漸進(jìn)規(guī)律及全面性、課題組教師研制了來(lái)源于企業(yè)，又適合學(xué)校教學(xué)的PLC與電機(jī)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)臺(tái)——汽車自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)工作臺(tái)，本實(shí)訓(xùn)裝置貼近工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要求，是典型的汽車自動(dòng)生產(chǎn)線，設(shè)備從選材、工藝、流程、結(jié)構(gòu)、控制等各方面都從實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出發(fā)，考慮工學(xué)結(jié)合要求，有機(jī)融合了機(jī)械、電氣、氣動(dòng)知識(shí)，整個(gè)實(shí)訓(xùn)臺(tái)就是學(xué)生工作、控制的生產(chǎn)設(shè)備。

通過該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的工作任務(wù)訓(xùn)練，能較好地鍛煉操作者程序編寫設(shè)計(jì)能力、自動(dòng)線設(shè)計(jì)開發(fā)能力、自動(dòng)線連接與調(diào)試能力、工程實(shí)施能力和安全意識(shí)。突出強(qiáng)調(diào)技術(shù)的綜合運(yùn)用。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備水平上了一個(gè)新的臺(tái)階，避免了過去教學(xué)與實(shí)際操作相脫節(jié)的教學(xué)局面。現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室是一周4天，8小時(shí)開放。滿足了頂崗實(shí)習(xí)學(xué)生三班倒的工作、學(xué)習(xí)的需要。對(duì)在外地的同學(xué)以網(wǎng)絡(luò)為載體，及時(shí)發(fā)送教學(xué)課件、實(shí)訓(xùn)臺(tái)影像。教師制作、發(fā)送和批改和項(xiàng)目相對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)頁(yè)，使外地學(xué)生也能同步學(xué)習(xí)。

3 課題研究的主要內(nèi)容

PLC課程的項(xiàng)目與任務(wù)的設(shè)計(jì)即是教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，它是課程設(shè)計(jì)思路和教學(xué)目標(biāo)的具體體現(xiàn)。它即要符合企業(yè)和崗位技能需求，具有針對(duì)性，又要保持PLC知識(shí)的系統(tǒng)性與完整性。任課老師精選設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)例項(xiàng)目要有一定的科學(xué)性、連貫性。由簡(jiǎn)到繁、由易到難。單元內(nèi)的實(shí)例都能有效地為該單元核心內(nèi)容的教學(xué)服務(wù)，并且這些實(shí)例課題既能方便學(xué)生的學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率又要包含工作現(xiàn)場(chǎng)，本課程預(yù)計(jì)設(shè)置10項(xiàng)目。

項(xiàng)目一，硬件系統(tǒng)安裝及軟件系統(tǒng)的使用。該項(xiàng)目來(lái)源于工廠的主控單元PLC，要求學(xué)生了解它的硬件結(jié)構(gòu)，硬件組態(tài)、硬件調(diào)試。同時(shí)工廠大量使用STEP7軟件，要求學(xué)生可以熟練使用該軟件的位指令。

項(xiàng)目二，輸送滾床轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，通過PLC控制繼電器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、定時(shí)器控制，使?jié)L床輸送線實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)輸，旋轉(zhuǎn)運(yùn)輸。

項(xiàng)目三，PLC軟件程序控制伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行車運(yùn)行。

項(xiàng)目四，指示燈控制系統(tǒng)。工廠中還有很多指示燈，它們可顯示不同的工作狀態(tài)，因此對(duì)它們的控制也是學(xué)生必須掌握的。該項(xiàng)目來(lái)源于激光焊指示燈系統(tǒng)，有紅黃綠三種指示燈，亮和滅各有不同的意義，閃爍的頻率代表不同的工作狀態(tài)。

項(xiàng)目五，PLC軟件程序控制變頻器、編碼器使升降臺(tái)變速運(yùn)行。學(xué)生學(xué)會(huì)用PLC控制交流電機(jī)就掌握了工廠的大多數(shù)設(shè)備的控制原理。

前五個(gè)項(xiàng)目完成基本可以設(shè)計(jì)了一個(gè)完整PLC和電機(jī)的控制系統(tǒng)。以上項(xiàng)目為第一學(xué)期的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行第二學(xué)期的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

項(xiàng)目六，機(jī)械手的設(shè)計(jì)，運(yùn)用氣動(dòng)控制技術(shù)由PLC控制電磁閥使機(jī)械手按要求進(jìn)行快速移動(dòng)夾緊、松開動(dòng)作。

項(xiàng)目七，堆垛解垛控制系統(tǒng)，用PLC的結(jié)構(gòu)化程序處理復(fù)雜的控制任務(wù)，使學(xué)生學(xué)會(huì)在主循環(huán)組織塊中多次調(diào)用功能塊和功能。

項(xiàng)目八，PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用。

學(xué)會(huì)應(yīng)用通信模塊選擇調(diào)試好的任意兩個(gè)系統(tǒng)模塊，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CPU315-2DP之間主從通信。

項(xiàng)目九，自動(dòng)線加工系統(tǒng)模塊上位機(jī)程序編寫、調(diào)試。

熟練應(yīng)用WinCC組態(tài)軟件圖形編輯器；掌握畫面切換、顯示畫面窗口、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等方法和步驟。

項(xiàng)目十，WinCC組態(tài)軟件與Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的通信。

利用圖形編輯器組態(tài)加工模塊的畫面，顯示加工工位的計(jì)劃值、實(shí)際值時(shí)間信息；完成加工模塊的組態(tài)功能。能夠進(jìn)行上位機(jī)的控制及顯示。

4 情景教學(xué)案例

現(xiàn)以輸送滾床轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)為例進(jìn)行情景教學(xué)的案例進(jìn)行說明：

4.1 轉(zhuǎn)臺(tái)站控制要求

輸送滾床轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，通過PLC控制繼電器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、定時(shí)器控制，使?jié)L床輸送線實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)輸，旋轉(zhuǎn)運(yùn)輸。

4.2 教學(xué)方法比較

沒有建造汽車自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)臺(tái)之前輸送輥床轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)項(xiàng)目我們只能通過PC機(jī)用應(yīng)用位邏輯指令編寫一臺(tái)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)程序。因?yàn)闆]有傳感器的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)臺(tái)站工作情景根本無(wú)從談起。只能用仿真軟件驗(yàn)證程序編寫的正確與否。學(xué)生學(xué)習(xí)過程變成背誦程序過程。理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)。現(xiàn)在課題組老師研制了與工作崗位控制系統(tǒng)一致的汽車自動(dòng)生產(chǎn)輸送線實(shí)訓(xùn)臺(tái)，頂崗實(shí)習(xí)學(xué)生他們?cè)诠S只是使用，但自己沒有編過能直接控制減速交流電動(dòng)機(jī)的程序，現(xiàn)在他們可以自己拆裝轉(zhuǎn)臺(tái)站，這樣對(duì)機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)了解更深刻。可以對(duì)控制系統(tǒng)的硬件和軟件按控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編程調(diào)試。同樣是應(yīng)用位邏輯指令可以編寫多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的順序控制程序，所以學(xué)習(xí)興趣大增。

4.3 本項(xiàng)目的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)

（1） 掌握單相交流電動(dòng)機(jī)的工作原理及繼電器控制電動(dòng)機(jī)原理。（2） 掌握S7-300PLC位邏輯指令。能夠利用位邏輯指令構(gòu)建轉(zhuǎn)臺(tái)站控制系統(tǒng)。（3） 具有轉(zhuǎn)臺(tái)站控制系統(tǒng)的構(gòu)建、接線、編程、下載、調(diào)試的技能。（4） 學(xué)會(huì)操作汽車自動(dòng)線設(shè)備的轉(zhuǎn)臺(tái)站。

4.4 轉(zhuǎn)臺(tái)站組成及功能

轉(zhuǎn)臺(tái)站由轉(zhuǎn)速1300r/min、減速比1：50交流減速電機(jī)、電壓DC24V、四路的繼電器、額定電壓DC10～30V、額定電流200mA、檢測(cè)距離10mm的電感傳感器1及檢測(cè)距離4mm的電感傳感器2、滾輪導(dǎo)軌、輸送輥床、鈑金結(jié)構(gòu)件、機(jī)械零部件組成。主要部件功能如下：（1）交流減速電機(jī)1：用來(lái)通過同步帶/輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）交流減速電機(jī)2：用來(lái)通過驅(qū)動(dòng)滾輪在導(dǎo)軌運(yùn)行，達(dá)到轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)的功能。（3）繼電器：用來(lái)控制輥床交流減速電機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)交流減速電機(jī)的啟動(dòng)/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，當(dāng)PLC輸出信號(hào)給繼電器線圈時(shí)電機(jī)運(yùn)行。（4）電感傳感器1：用來(lái)檢測(cè)輸送滾床出入口滑撬的位置，實(shí)現(xiàn)傳輸定位，當(dāng)檢測(cè)到滑撬物料時(shí)給PLC提供輸入信號(hào)。（5）電感傳感器2：用來(lái)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到位檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到位時(shí)給PLC提供輸入信號(hào)。

4.5 軟件設(shè)計(jì)（圖1）

4.6 項(xiàng)目實(shí)施

4.7 評(píng)價(jià)過程

為了全面客觀地評(píng)價(jià)每個(gè)同學(xué)項(xiàng)目完成的質(zhì)量和總結(jié)成果，我們制作的自評(píng)、互評(píng)和師評(píng)表。每完成一個(gè)項(xiàng)目，就需要填寫自評(píng)表、互評(píng)表。其中包括知識(shí)考評(píng)、軟件編程、實(shí)際操作、項(xiàng)目驗(yàn)收、聯(lián)系實(shí)際工作的創(chuàng)新點(diǎn)五大方面的考核。

5 總結(jié)

通過針對(duì)滿足頂崗實(shí)習(xí)需求的PLC課程的研究與實(shí)施，使PLC與電機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)管理貼近工廠實(shí)際上了一個(gè)新的臺(tái)階。使高職高專學(xué)生在堅(jiān)持頂崗實(shí)習(xí)的情況下，理論聯(lián)系實(shí)際，在很短的時(shí)間里很好地掌握PLC技術(shù)、WinCC監(jiān)控軟件、Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的知識(shí)。使學(xué)生具備了PLC常用指令的分析應(yīng)用能力、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、接線、調(diào)試及故障排除能力。分析問題和解決問題的能力及溝通協(xié)作的能力。也充分滿足了企業(yè)對(duì)頂崗實(shí)習(xí)學(xué)生實(shí)力的要求。在實(shí)踐中使高職高專學(xué)生實(shí)踐能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)突顯。目前學(xué)業(yè)完成的學(xué)生已在一汽大眾、大連發(fā)動(dòng)機(jī)、大連變速器、一汽解放公司、一汽技術(shù)中心、米其林輪胎、一汽豐越等多家國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)工作，成為企業(yè)電氣設(shè)計(jì)維修的技術(shù)骨干。教學(xué)內(nèi)容科學(xué)優(yōu)化，進(jìn)而為實(shí)習(xí)的崗位更好地服務(wù)。

吉林省高等教育教學(xué)研究課題：吉教高字【2012】45號(hào)

參考文獻(xiàn)

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