探析《電氣控制與PLC》課程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

游中國(guó)+羅曉林+郭凌岑+何莉

摘 要：本文結(jié)合多年自身教學(xué)實(shí)踐，從《電氣控制與PLC》課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析出發(fā)，到課程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)，提出了幾點(diǎn)意見(jiàn)，并將其嘗試性的運(yùn)用在實(shí)踐教學(xué)中，以觀其效。

關(guān)鍵詞：電氣控制；PLC；實(shí)踐教學(xué)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.259

《電氣控制與PLC》是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制的重要技術(shù)手段，也是機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心課程，其重要性不言而喻。然而，由于種種原因，課程教學(xué)并未取得預(yù)期的效果，尤其是在實(shí)踐環(huán)節(jié)。因此，如何改善《電氣控制與PLC》課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，提高學(xué)生的實(shí)踐能力就顯得尤為重要了。

1 課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 教學(xué)過(guò)程現(xiàn)狀

高職高專(zhuān)的學(xué)生普遍存在基礎(chǔ)相對(duì)薄弱、理解能力欠佳的問(wèn)題。對(duì)大多數(shù)同學(xué)而言，比較容易接受直觀、操作感強(qiáng)的知識(shí)。如果一開(kāi)始就要求他們?nèi)ダ斫獬橄蟮腜LC硬件結(jié)構(gòu)、掌握枯燥的指令和編程結(jié)構(gòu)是非常困難的。以往的教學(xué)中，大多采取的是“先理論、后實(shí)踐”的分段式教學(xué)，即理論授課結(jié)束后，再進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。這就使許多學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的不適感，喪失了學(xué)習(xí)興趣，實(shí)踐教學(xué)效果自然就無(wú)法保證了。

1.2 教學(xué)資源現(xiàn)狀

目前，我院擁有與本課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室有2個(gè)，分別是電氣拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)室和PLC實(shí)驗(yàn)室。其中，前者主要用于完成電氣控制技術(shù)相關(guān)實(shí)踐訓(xùn)練的教學(xué)，后者則用于完成可編程控制器相關(guān)實(shí)踐訓(xùn)練的教學(xué)。由于實(shí)驗(yàn)室建成時(shí)間較長(zhǎng)，隨著電氣控制與技術(shù)的不斷發(fā)展，雖然現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)仍能夠基本滿(mǎn)足教學(xué)的需要，但是在某些方面也顯示出了越來(lái)越多的弊端。如：現(xiàn)有的PLC實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是采用按鍵、開(kāi)關(guān)來(lái)模擬各類(lèi)傳感器的的輸入控制信號(hào)，用LED發(fā)光二極管、指示燈來(lái)模擬接觸器、電動(dòng)機(jī)等工業(yè)控制中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致實(shí)踐平臺(tái)開(kāi)放性差，功能單一，且程序運(yùn)行結(jié)果的正確性往往只能通過(guò)指示燈的發(fā)光來(lái)判斷，直觀性差。

2 課程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的拓展

學(xué)校現(xiàn)有PLC實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是西門(mén)子S7-200型可編程控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，集可編程邏輯控制器（CPU226CN）、編程軟件（STEP7-Micro/WIN）、PC/PPI編程電纜、功能性實(shí)驗(yàn)板于一體，可進(jìn)行PLC的基本指令練習(xí)和有限的PLC實(shí)際應(yīng)用的模擬實(shí)驗(yàn)。為了實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)效果，提出以下幾個(gè)拓展方向。

首先，為了解決實(shí)踐課時(shí)有限，學(xué)生只有進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，利用試驗(yàn)平臺(tái)才能進(jìn)行程序調(diào)試、下載、仿真和觀察結(jié)果的問(wèn)題，拓展建設(shè)非實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下 PLC軟仿真平臺(tái)。只需在學(xué)生的電腦上安裝STEP7-Micro/WIN編程軟件及S7-200-SIM模擬仿真軟件，并通過(guò)軟件的菜單選項(xiàng)配置所需的CPU型號(hào)，即可以構(gòu)建非實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下PLC軟仿真平臺(tái)。值得一提的是，S7-200-SIM模擬仿真軟件還允許用戶(hù)自定義設(shè)置擴(kuò)展模塊，包括開(kāi)關(guān)量I/O模塊和模擬量I/O模塊，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的開(kāi)放性和功能性。這樣，學(xué)生在完成平時(shí)作業(yè)練習(xí)或者案例設(shè)計(jì)時(shí)，就可以在自己電腦上實(shí)現(xiàn)PLC程序的編制、調(diào)試、仿真，擺脫原有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的束縛。從而達(dá)到熟悉編程技術(shù)、提升實(shí)踐能力的目的。

其次，實(shí)驗(yàn)室可配置一些獨(dú)立的——即未固定在實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)上的可編程控制器、三相異步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、PPI通信線纜及接頭等設(shè)備，從而加強(qiáng)電氣控制與PLC之間的實(shí)踐關(guān)聯(lián)性。使學(xué)生接觸實(shí)際設(shè)備，不再用指示燈來(lái)模擬各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，使得教學(xué)更加生動(dòng)，學(xué)生更易接受。

另外，無(wú)論是PLC實(shí)驗(yàn)室，還是電氣控制實(shí)驗(yàn)室，都應(yīng)該更新一些直觀性更強(qiáng)、與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系更緊密的成套實(shí)驗(yàn)設(shè)備。如：機(jī)械手控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)、液位控制試驗(yàn)臺(tái)、電梯控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)、物料分揀試驗(yàn)臺(tái)，甚至自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。這些設(shè)備大多價(jià)格不菲，可能在短期內(nèi)無(wú)法配備到位。但是，由于這樣的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上除了配置了必需的PLC控制設(shè)備外，還配置了各類(lèi)傳感器、電磁閥、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)就是縮小版的實(shí)際生產(chǎn)平臺(tái)。學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)際對(duì)象的測(cè)試和安裝，對(duì)控制程序的編寫(xiě)和調(diào)試，真正的把系統(tǒng)軟、硬件結(jié)合在一起，可以在很大程度上提高學(xué)生的動(dòng)手能力，做到與社會(huì)需求的無(wú)縫對(duì)接。

2.2 實(shí)踐教學(xué)方法的改進(jìn)

教學(xué)方法合理得當(dāng)，往往能夠起到事半功倍的效果。結(jié)合本課程實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)，提出以下值得推廣應(yīng)用的教學(xué)方法。

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法

充分利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，將理論課堂搬到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)中去，實(shí)現(xiàn)理實(shí)“一體化”教學(xué)。比如：在講解接觸器的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理時(shí)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室對(duì)接觸器進(jìn)行拆裝，真實(shí)直觀地展示出接觸器的構(gòu)造，進(jìn)而分析其工作原理，最后再通過(guò)將接觸器連接在實(shí)驗(yàn)電路中，觀察接觸器的運(yùn)行情況，從而驗(yàn)證對(duì)接觸器工作原理分析的正確性。這種教學(xué)方法突破了以往理論與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的現(xiàn)象，強(qiáng)調(diào)將知識(shí)點(diǎn)分布在各個(gè)項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)邊教、邊學(xué)、邊做。在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，理論和實(shí)踐交替進(jìn)行，直觀和抽象交錯(cuò)出現(xiàn)，沒(méi)有固定的先實(shí)后理或先理后實(shí)，而是理中有實(shí)，實(shí)中有理，充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。

2.2.2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法則是通過(guò)在教學(xué)過(guò)程中不斷地設(shè)置“任務(wù)”引導(dǎo)學(xué)生，根據(jù)“任務(wù)”的需求激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，變被動(dòng)接受為主動(dòng)探求。根據(jù)教學(xué)需要，我們?cè)O(shè)定的PLC實(shí)踐項(xiàng)目如表1所示。

通過(guò)對(duì)以上“任務(wù)”在實(shí)踐教學(xué)中的實(shí)施，每個(gè)學(xué)生可能會(huì)給出不同的解決任務(wù)的方案與策略，使得學(xué)習(xí)成果不是唯一的，而是發(fā)散性的，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容掌握得更加系統(tǒng)、深刻。

2.3 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

目前，PLC技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越多元化，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容上也應(yīng)順應(yīng)行業(yè)發(fā)展，在強(qiáng)調(diào)“繼電器—接觸器”控制的基礎(chǔ)上，向PLC技術(shù)傾斜。PLC技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用，除傳統(tǒng)的邏輯控制外，更多是向網(wǎng)絡(luò)控制、PID復(fù)雜控制、觸摸屏等智能單元控制等發(fā)展。據(jù)此，可以進(jìn)一步考慮設(shè)置PPI通信控制實(shí)驗(yàn)、PID程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觸摸屏和組態(tài)軟件的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目。但是，這都需要更好的實(shí)踐操作平臺(tái)作為基礎(chǔ)，是未來(lái)課程實(shí)踐建設(shè)的發(fā)展方向。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在我校2011、2012級(jí)機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)《電氣控制與PLC》課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中對(duì)以上幾個(gè)方面的實(shí)施情況來(lái)看，效果是明顯的。與以往的學(xué)生相比，他們具有更好的實(shí)踐操作能力；同時(shí)，對(duì)電氣控制與PLC技術(shù)掌握得更加系統(tǒng)，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)的二次學(xué)習(xí)能力更強(qiáng)。當(dāng)然，實(shí)踐教學(xué)水平的不斷提高是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，只有通過(guò)不斷探索新的思路，構(gòu)建科學(xué)合理的課程實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步完善實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)和實(shí)踐教學(xué)方法，才能培養(yǎng)出更優(yōu)秀的人才。

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課題項(xiàng)目：2013年南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院立項(xiàng)課題“《電氣控制與PLC》技能實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”（JYA1306）。

作者簡(jiǎn)介：游中國(guó)（1984-），男，四川安岳人，講師，研究方向：電氣控制技術(shù)。endprint