淺談職業(yè)院校電氣專業(yè)PLC教學(xué)

倪濤軼

摘要：可編程序控制器（PLC）是以微處理器為核心的通用工業(yè)自動(dòng)化裝置，近年來在工業(yè)自動(dòng)控制、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級方面得到廣泛應(yīng)用，被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之一。隨著集成電路的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，PLC將會(huì)獲得更大的發(fā)展空間。本文就職業(yè)院校電氣專業(yè)PLC教學(xué)從教材選擇、內(nèi)容安排、教學(xué)方法等方面進(jìn)行分析闡述。

關(guān)鍵詞：PLC 職業(yè)院校 自動(dòng)化

現(xiàn)在職業(yè)院校電氣專業(yè)都開設(shè)了PLC技術(shù)應(yīng)用課程，通過（PLC）技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本能夠掌握其基礎(chǔ)知識(shí)和技能，也能依據(jù)要求進(jìn)行較簡單的電路控制設(shè)計(jì)、會(huì)編制一些難度不大的PLC應(yīng)用程序，但是學(xué)生還不能熟練應(yīng)用PLC技術(shù)，解決較復(fù)雜的實(shí)際問題。

技術(shù)的語言是相通的，一個(gè)品牌只不過代表一種技術(shù)語言。因此各品牌PLC在硬件種類、功能、軟件指令、操作方法等方面內(nèi)涵和實(shí)質(zhì)是基本是相通的，但是各品牌又有各自特點(diǎn)。學(xué)習(xí)某個(gè)品牌的PLC只要抓住它們各自的特點(diǎn)，就能夠很快掌握，進(jìn)而推廣到其他品牌的PLC應(yīng)用上。

筆者曾在自動(dòng)化領(lǐng)域，進(jìn)行自動(dòng)化項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)近二十年，結(jié)合多年的設(shè)計(jì)PLC程序以及在生產(chǎn)實(shí)際中使用多品牌的PLC的經(jīng)驗(yàn)，就目前的PLC教學(xué)工作談一點(diǎn)自己粗淺的想法。

一、優(yōu)選教材

要使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握大量的可用經(jīng)驗(yàn)，必須優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容。選擇的教材應(yīng)該包涵PLC的基本知識(shí)、技能。還應(yīng)該包括PLC基本而又典型的材料。以具體任務(wù)為載體，以PLC程序范例為指導(dǎo)，以“適用、夠用、實(shí)用”為原則，注重培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力，適應(yīng)企業(yè)對學(xué)生“零距離上崗”的要求，同時(shí)突顯職業(yè)教育特點(diǎn)的教材。具體任務(wù)要以企業(yè)真實(shí)應(yīng)用為基礎(chǔ)，以指令為脈絡(luò)，由淺入深講解指令，同時(shí)要求學(xué)生完成學(xué)習(xí)同一指令的相關(guān)任務(wù)，鞏固學(xué)習(xí)效果，達(dá)到充分理解應(yīng)用指令的目的。

二、合理編排教學(xué)內(nèi)容

精選的教材只有通過合理的編排才能充分發(fā)揮遷移的效果，否則遷移的效果小，甚至影響遷移的產(chǎn)生。

多年的多品牌的PLC設(shè)計(jì)，維修自動(dòng)化設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)告訴筆者，學(xué)生要“零距離上崗”，教師就要按順序，循序漸進(jìn)，由淺入深地教會(huì)學(xué)生以下幾方面的內(nèi)容，以三菱FX2N-48MR為例。

1.PLC的基本結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)是PLC的循環(huán)掃描工作原理

只有學(xué)生理解了PLC的循環(huán)掃描工作原理，才能設(shè)計(jì)或讀懂PLC程序。

對于PLC的循環(huán)掃描工作原理，教師首先要強(qiáng)調(diào)其工作方式與傳統(tǒng)繼電器控制的不同。傳統(tǒng)繼電器控制，采用的是硬邏輯同時(shí)運(yùn)行的工作方式，即這個(gè)繼電器、接觸器的線圈通電或斷電，該繼電器的全部觸頭，無論在控制電路的哪個(gè)位置都同時(shí)會(huì)立即動(dòng)作。

PLC的工作原理是采用循環(huán)掃描技術(shù)，即線圈得電或斷電，該線圈的全部觸頭不會(huì)馬上動(dòng)作，只有掃描到該觸頭才會(huì)動(dòng)作。

2.PLC的軟元件

不同廠家、不同系列的PLC，其內(nèi)部的軟繼電器（編程元件或軟元件）的功能和編號(hào)不相同，因此學(xué)生在編制程序時(shí)，必須熟悉所選用PLC的指令所涉及軟元件的功能和編號(hào)。只有明白軟元件的功能和編號(hào)，才能在PLC程序中使用，這是設(shè)計(jì)或理解程序的基礎(chǔ)。例如FX2N系列軟元件指X、Y、M、T、D、C等。

軟元件貫穿于整個(gè)PLC，因此教師應(yīng)在教學(xué)的不同階段反復(fù)講解，使學(xué)生正確使用。特別是軟元件普通編號(hào)與掉電保持的編號(hào)不同，用錯(cuò)會(huì)產(chǎn)生怎樣的后果。教師可以用一個(gè)指示燈的熄和亮，讓學(xué)生對比軟元件普通編號(hào)與掉電保持的編號(hào)，用在程序中產(chǎn)生怎樣不同的效果。

3.輸入/輸出電路的接線

在講解輸入/輸出的接線前，要給學(xué)生講解清楚輸入/輸出的接口電路的原理，以便學(xué)生理解為什么這樣接輸入/輸出，這是PLC硬件的基礎(chǔ)。

4.編程軟件的使用

現(xiàn)在PLC的編程，大都使用計(jì)算機(jī)作為編程的工具。因此要特別注意PLC與計(jì)算機(jī)的通訊內(nèi)容，這是好多教材都忽略的。這一部分內(nèi)容，也是調(diào)試PLC程序必不可少的關(guān)鍵步驟之一。如果不能與計(jì)算機(jī)通訊，PLC程序不能上載到計(jì)算機(jī)，編好的程序也不能下載PLC，那么就不可能設(shè)計(jì)正確的程序，PLC中也沒有可運(yùn)行的程序。

5.基本指令的學(xué)習(xí)

通過學(xué)?，F(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，學(xué)生可一邊學(xué)習(xí)硬件的地址分配、接線，一邊通過項(xiàng)目教學(xué)法完成基本指令的學(xué)習(xí)。

定時(shí)器是PLC程序里使用頻率非常高的指令，不同的PLC定時(shí)器的使用方法和種類不同，使用時(shí)注意區(qū)分，在教學(xué)時(shí)多使用變式，以便學(xué)生靈活掌握定時(shí)器的用法，學(xué)懂會(huì)用。

計(jì)數(shù)器也是一個(gè)非常有用的指令，在教授時(shí)提醒學(xué)生注意計(jì)數(shù)器的初始狀態(tài)，怎樣使用加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)，以及掉電保持計(jì)數(shù)器及普通計(jì)數(shù)器的區(qū)別。

上升沿和下降沿指令的用法，用按鍵一直按著來體會(huì)上升沿和下降沿指令與電平指令的不同。

有的教材使用大的篇幅進(jìn)行梯形圖轉(zhuǎn)換為語句表的教學(xué)，筆者認(rèn)為沒有這樣的必要，梯形圖與語句表的轉(zhuǎn)換通過軟件功能就可以實(shí)現(xiàn)。

b.功能指令的學(xué)習(xí)

對于功能指令的學(xué)習(xí)，本著“必需，夠用”的原則，學(xué)生只要學(xué)習(xí)傳送指令、加減指令、移位指令以及加一減一指令，對于“零距離上崗”已夠用。

選擇以上幾方面的內(nèi)容，是學(xué)生學(xué)好用好PLC的基礎(chǔ)。

三、教學(xué)方法

1.采用“一體化”的教學(xué)模式

PLC課程具有硬件接線少、軟件靈活多樣、通用性強(qiáng)、實(shí)用范圍廣等特點(diǎn)。在教學(xué)中，首先充分分析學(xué)生的學(xué)情。職業(yè)院校的學(xué)生普遍。理論知識(shí)稍欠缺，喜歡動(dòng)手的直觀教學(xué)方式。其次PLC課程的特點(diǎn)是既有其特殊的工作原理，又可以與傳統(tǒng)繼電器知識(shí)相聯(lián)系，既要講授理論也要進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作。這就要求職業(yè)院校的教師一定要因材施教。因此在PLC課程教學(xué)中，最適宜于采取一體化模式項(xiàng)目教學(xué)方法。邊講解理論邊實(shí)踐，以學(xué)生為主體，以任務(wù)為引領(lǐng)，多給學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)，告別單純枯燥乏味的理論，教學(xué)效果更好，學(xué)生掌握知識(shí)也更容易。

2.采用項(xiàng)目教學(xué)法

“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”即學(xué)生圍繞某一個(gè)具體的項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)，充分選擇和利用最優(yōu)化的學(xué)習(xí)資源，在實(shí)踐體驗(yàn)、內(nèi)化吸收、探索創(chuàng)新中獲得較為完整而具體的知識(shí)，形成專門的技能并獲得發(fā)展的學(xué)習(xí)。項(xiàng)目教學(xué)中的任務(wù)，是一個(gè)完整的、綜合性的工作任務(wù);“項(xiàng)目”既是一種課程模式，也是一種教學(xué)方法，只是認(rèn)識(shí)問題的角度不同;嚴(yán)格意義上的項(xiàng)目教學(xué)，都是實(shí)踐導(dǎo)向和任務(wù)引領(lǐng)式的，也是基于案例的，但是對實(shí)踐的質(zhì)量和完成任務(wù)的過程有更嚴(yán)格的要求。

3.教學(xué)的評價(jià)

教學(xué)評價(jià)的目的是對學(xué)生培養(yǎng)方案、課程、教學(xué)方法進(jìn)行分析，做好決策。教學(xué)內(nèi)容和模式的轉(zhuǎn)變必然帶來考核評價(jià)方式的轉(zhuǎn)變。一體化教學(xué)要有與之相適應(yīng)的考核。傳統(tǒng)課程的考核只能評價(jià)學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用，對學(xué)生綜合素質(zhì)不能很好地考核。一體化教學(xué)的評價(jià)應(yīng)將能力、知識(shí)、素質(zhì)等方面，作為評價(jià)的內(nèi)容進(jìn)行考核?？己嗽u價(jià)的內(nèi)容應(yīng)有職業(yè)素養(yǎng)、專業(yè)能力、創(chuàng)新能力等。

4.在PLC課程一體化教學(xué)中應(yīng)注意的問題

學(xué)習(xí)PLC應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)。

（1）要注意與傳統(tǒng)的繼電器控制電路的區(qū)別與聯(lián)系。中職院校的學(xué)生大都有電力拖動(dòng)傳統(tǒng)繼電器控制理論的基礎(chǔ)，因此學(xué)習(xí)PLC這門課要注意二者的區(qū)別與聯(lián)系。

特別是在在輸入/輸出點(diǎn)的分配上，學(xué)生一開始容易把接觸器的輔助觸點(diǎn)作為輸入，畫在輸入電路端。要使學(xué)生分清哪些是PLC輸入信號(hào)，哪些是PLC輸出信號(hào)。

還有的學(xué)生設(shè)計(jì)邏輯控制系統(tǒng)時(shí)，不在PLC內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，而是用外部的繼電器或接觸器來實(shí)現(xiàn)，這樣做是多此一舉。還有的學(xué)生不用PLC內(nèi)部的定時(shí)器，而是習(xí)慣性地用外部時(shí)間繼電器來實(shí)現(xiàn)。這些都是學(xué)生初學(xué)時(shí)容易犯的錯(cuò)誤。針對這種情況教師應(yīng)該提供多種變式，使學(xué)生多鍛煉多體會(huì)，自然就能避免類似的錯(cuò)誤。

（2）不要單純注意指令的學(xué)習(xí)。很多學(xué)生花費(fèi)了大量的時(shí)間在學(xué)習(xí)梯形圖、順序功能圖或者應(yīng)用指令上，這是沒有必要的。對于指令的學(xué)習(xí)只要“必需”“夠用”就可以了。技校的學(xué)生起點(diǎn)相對低一些，而設(shè)計(jì)一個(gè)PLC系統(tǒng)是相對復(fù)雜的。而且一個(gè)工程中設(shè)計(jì)好的PLC程序在出產(chǎn)前要經(jīng)過試運(yùn)行檢驗(yàn)，基本無問題才能交付用戶使用。而在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，比如煙廠、制藥廠、電梯公司，相關(guān)工作人員從事維修工作的較多，只要能看懂PLC程序，進(jìn)行維修就能如虎添翼了。

（3）增加實(shí)際的硬件接線。現(xiàn)有的PLC大多采用插孔式試驗(yàn)臺(tái)，PLC及其輸入/輸出都封裝在試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部，在試驗(yàn)臺(tái)正面只有一些指示燈及圖形。這樣做的好處是可以安全使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對指令的學(xué)習(xí)有好處，但是不利于硬件的學(xué)習(xí)，與工廠實(shí)際脫節(jié)。

為了消除這樣的弊端，最好學(xué)生親自動(dòng)手接好每一個(gè)硬件電路，這樣可增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，便于學(xué)生對硬件的學(xué)習(xí)掌握。

總而言之，PLC是一種工程技術(shù)，通過以上選取適合的教材、組織好教學(xué)內(nèi)容、采用“項(xiàng)目教學(xué)”法、完成課程的理論技能一體化教學(xué)，學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握PLC應(yīng)用技術(shù)，學(xué)生到了實(shí)際工作崗位，能夠迅速掌握工作中所使用的PLC品牌的硬件及軟件的特性。也能夠迅速使用新的 PLC品牌進(jìn)行編程。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這一教學(xué)方法切實(shí)可行，能夠達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

（作者單位：昆明高級技工學(xué)校）