基于項目教學法的機電傳動控制課程設計探討

楊旭東

【摘 要】機電傳動控制課程設計是機電專業(yè)實踐教學中一個重要組成部分，該課程設計以PLC控制系統(tǒng)為核心，將機電傳動系統(tǒng)的各個部分有機聯(lián)系到一起。因此該設計的質(zhì)量對于培養(yǎng)學生實際設計控制系統(tǒng)的影響較大。針對現(xiàn)在的課程設計教學過程中存在的一些問題，從課程設計題目的選擇、課程設計的指導和課程設計考核評價進行了理論探索與實際訓練，取得了較好的教學效果。

【關鍵詞】PLC；機電傳動；課程設計

機電傳動與PLC是機械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，是培養(yǎng)學生掌握機電傳動控制能力的核心課程。學習理論課后，通常安排一到兩周的課程設計環(huán)節(jié)，課程設計是理解和掌握該門課程非常重要的實踐性環(huán)節(jié)。搞好課程設計教學對培養(yǎng)學生綜合應用能力和創(chuàng)新能力具有非常重要的意義。設計的基礎是理解各種電氣控制元件的工作原理和應用，以及常用電氣控制線路和 PLC控制技術。然后綜合進行相關題目的設計，目標在于培養(yǎng)和提高學生獨立工作的能力，加強對基礎知識的理解，以及創(chuàng)造性應用專業(yè)及基礎知識的能力、解決實際生產(chǎn)過程中問題的能力。因此課程設計的效果將對學生的實際工作能力產(chǎn)生深遠的影響。

項目教學法是指學生在指導教師的指導下，設計和實現(xiàn)一個完整的工程項目。項目都是來自于生產(chǎn)實踐或?qū)嶋H研發(fā)項目。在教學過程中，整個項目是指根據(jù)客戶需求，構思一套控制系統(tǒng)，詳細設計、工藝實現(xiàn)、運行調(diào)試等，它要求學生積極主動的查找資料，提出問題，分析問題和解決問題，以及提高團隊合作能力。在具體的工程應用中解決實際問題。在完成項目任務的過程中，學生會遇到很多困難，只有興趣和成就感才能克服各種困難來完成整個項目，學生得到真正的鍛煉，提高了自信心。

1 傳統(tǒng)課程設計模式存在的問題

課程設計教學環(huán)節(jié)的設置是為了培養(yǎng)學生獨立思考，真正理解并且靈活運用所學相關理論知識的能力。通過實際項目的設計，可以培養(yǎng)學生機電工程師思維的訓練。通常課程設計的題目是設計可編程序控制器自動控制系統(tǒng)。設計地點在教室或者機房。方式仍然類似于課堂教學，是由老師給出題目和參考資料。學生主動參與的機會不多，在被動設計的情況下，學生的創(chuàng)造力和積極性沒有得到發(fā)揮。隨著高等教育改革的推進， 國家目前大力提倡建設創(chuàng)新型國家，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，改變粗放型發(fā)展模式。人才的培養(yǎng)目標從理論研究型的精英教育向?qū)嵱脛?chuàng)新型的方向發(fā)展，以適應創(chuàng)新型社會發(fā)展需求。原有的設計方式將不能適應社會發(fā)展的要求。

目前機電傳動控制課程設計中存在具體兩方面問題：第一，創(chuàng)新性不夠，雷同度高。由于很多工科院校都有機電傳動與PLC課程，很多題目都已經(jīng)使用多年，由于網(wǎng)絡的發(fā)達，學生可以很容易得到現(xiàn)成的設計結(jié)果。學生實際設計缺乏成就感，沒有設計積極性。第二，指導教師仍然采用灌輸?shù)慕虒W模式，理論性強，難免流于紙上談兵。學生初次進行電氣控制，如果還是和課堂教學一樣，照本宣科，學生很難產(chǎn)生興趣。本課程設計需要設計報告，和電氣原理圖。從需求分析，到方案設計，從原理圖設計到電氣元件選型，從程序設計到安裝調(diào)試，如果認真設計，學生要付出很大的努力。如果主動性不高，積極性不夠，最終難免造成千篇一律現(xiàn)象，涉及報告大同小異，缺乏創(chuàng)造性。

2 基于項目教學法的教學模式

首先，是選題。PLC應用非常廣泛。在冶金化工、機械制造、石油石化、輕工紡織、建筑建材等幾乎各個工業(yè)領域都有廣泛應用。現(xiàn)代服務業(yè)也有很多場合應用。所以課程設計的題目可選擇的工程項目很多，只要提前布置，完全可以讓學生通過實際調(diào)研后自主選擇。這樣學生有興趣，能夠發(fā)揮主觀能動性，學生在實際工程背景下進行設計受到的訓練要比紙上談兵好很多。學生自信心增強了，學習專業(yè)的勁頭更濃，為將來的就業(yè)打下很好的基礎。設計時間比較短，選題應該題量適當，讓每一個學生通過努力能夠按時保證質(zhì)量完成設計。指導教師提供選題參考意見，經(jīng)過審核后才能確定。題目知識點太多、太難，學生很難完成；知識點太少、太簡單，達不到設計水平的要求。設計題目最好應用于實際生產(chǎn)，具有很強的實用性；既可以讓學生得到鍛煉提高，又可以在實驗室模擬接線安裝調(diào)試。

其次，是課程設計的步驟。在設計PLC控制系統(tǒng)時，第一步，必須詳細理解控制系統(tǒng)的應用場合，控制對象的特點， 實際考察生產(chǎn)設備的使用情況，以及各種需要控制的參數(shù)。明確生產(chǎn)現(xiàn)場的控制過程和使用人員的操作要求，熟悉加工工藝流程，要特別細心嚴謹，體現(xiàn)出工程意識。因為只有準確描述控制要求，才能設計出符合用戶要求的系統(tǒng)，應畫出工作流程圖，與用戶詳細交流，得到確認后，才開始進行下一步。第二步進行系統(tǒng)的硬件設計，硬件設計主要包括主電路的設計、PLC 控制電路設計，各種電氣元件的選擇，強電設備的安裝布線等。通過對生產(chǎn)過程控制要求的詳細了解，確定控制對象與PLC之間控制信號。輸入信號包括按鈕、行程開關、接近開關、光電開關等開關量信號或溫度、壓力等模擬量信號，它們是從控制對象輸入到PLC。這些信號與 PLC 輸入口如果不匹配時，需要進行處理后才能輸入PLC，或者采用特殊功能模塊。輸出信號也需要考慮，輸出模擬量信號還是數(shù)字量信號，輸出信號與執(zhí)行機構如果不匹配，還需要進一步處理。然后由學生根據(jù)控制系統(tǒng)要求，通過網(wǎng)絡或者電話、也可以親自去電子市場，訪問各產(chǎn)品經(jīng)銷商進行資料查詢，按所要求的數(shù)字量和模擬量模塊進行配置，根據(jù)性價比來確定容量、性能都符合要求的PLC。然后分配需要的PLC的I/O 點，并且畫出PLC的外部接線圖。在分配 PLC的I/O端口時，盡可能將同一類型的信號集中安排，地址號按照順序連續(xù)進行排列。目前，主流的PLC包括歐美廠家和日本廠家應用比較多。但隨著我國國產(chǎn)PLC的不斷發(fā)展，將來，物美價廉的國產(chǎn)PLC應用將越來越多。第三步進行系統(tǒng)的軟件設計。軟件設計要先畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或順序功能圖，然后再轉(zhuǎn)化為梯形圖。編程時規(guī)范簡潔的設計程序，一定要加上注釋。程序完成后，進行子程序調(diào)試、軟硬件聯(lián)調(diào)、系統(tǒng)調(diào)試。在控制系統(tǒng)設計和整個設備完成后，就可進行機電聯(lián)調(diào)，若不符合要求，可修改完善系統(tǒng)的硬件和軟件，如此反復，直到實現(xiàn)控制要求。主要難點在于調(diào)試軟件，調(diào)試的過程就是不斷修改完善程序和參數(shù)的過程，一定要非常認真，軟件程序出現(xiàn)任何差錯都會影響進度，調(diào)試很辛苦，但也很有成就感。待全部調(diào)試結(jié)束，寫出詳細的設計說明書。

3 項目教學法實施的效果

在傳統(tǒng)的教學模式中，學生是被動地學習，被動地設計，積極主動參與的興趣不大。實用的控制系統(tǒng)通常是較為復雜的，通常包括機械、電氣、液壓和氣動等多方面的內(nèi)容，初次設計時，學生會感到非常困難，如果沒有積極性和熱情是不會加班加點完成任務的。改變方式后，學生能親眼看到自己設計的控制系統(tǒng)能夠正常運行，感受到巨大的成就感，增強了自信心，積累了經(jīng)驗，提高了水平。雖然比以前辛苦很多，但是收獲很大。

實際的工程項目通常比較復雜，僅僅依靠一個人的努力是不夠的。復雜些的控制系統(tǒng)可以由指導老師指定學生小組分工合作，也可以學生自由組合，可以充分發(fā)揮學生的積極性。這樣就可以鍛煉學生的團結(jié)合作能力。有的學生能力強，有的弱一些，如何充分發(fā)揮每一個學生的能力，也是非常不容易的。通過實際項目的訓練，學生的合作能力得到提高，但是考核成績也要考慮每個學生的貢獻大小。也就是說評價要客觀一些。

4 總結(jié)

本文探討了機電傳動控制課程設計的教學方法，希望能夠為企業(yè)培養(yǎng)出具有理論扎實和實踐能力強的創(chuàng)新型人才。只有不斷提高課程設計質(zhì)量，才能培養(yǎng)出具有工程設計意識和富有創(chuàng)造力的社會需要的人才。通過實際工程項目提高學生的綜合應用能力和團隊合作能力，才能符合創(chuàng)新型社會和高科技企業(yè)對高等教育的要求。

【參考文獻】

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[責任編輯：楊玉潔]