基于應(yīng)用能力培養(yǎng)的“電氣控制與PLC技術(shù)”課程教學(xué)改革研究

王三秀 林志明 蔡文靜

摘 要 針對“電氣控制與PLC技術(shù)”課程專業(yè)性和應(yīng)用性強的特點以及教學(xué)現(xiàn)狀，本文在教材的選取，實驗平臺自制以及教學(xué)模式的改革等方面做了有益的探索和改革，提出了一些措施。通過實踐教學(xué)證明，提出的措施有效的提高了教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 電氣控制與PLC 應(yīng)用能力 教學(xué)方法

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.09.050

Abstract In view of the specialty and application of electrical control and PLC technology as well as the teaching status quo， this paper makes beneficial exploration and reform in the selection of teaching materials， the self-made experimental platform and the reform of teaching mode， and puts forward some measures. The practice teaching proves that the proposed measures effectively improve the teaching quality， stimulate students' interest in learning， and improve the cultivation of students' application ability.

Keywords Electrical Control and PLC; application ability; teaching methods

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

隨著自動化技術(shù)日新月異的變化，可編程控制器（PLC）逐漸取代傳統(tǒng)電器元件和復(fù)雜接線而成為電氣控制系統(tǒng)的核心部分?！半姎饪刂婆cPLC技術(shù)”是一門實踐性很強的專業(yè)課程，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實際設(shè)備情況，掌握繼電器控制的線路分析與設(shè)計方法以及PLC控制器的編程技術(shù)。使學(xué)生具備程序閱讀、修改、調(diào)試以及程序設(shè)計和應(yīng)用開發(fā)能力，為學(xué)生以后從事相關(guān)工作打下良好的基礎(chǔ)。然而課程實踐性和應(yīng)用性隨著社會的發(fā)展，要求變得越來越高，對該課程目前的授課方式也提出了新的挑戰(zhàn)。要培養(yǎng)適應(yīng)時代發(fā)展的應(yīng)用型人才，勢必對當(dāng)前的教學(xué)現(xiàn)狀做出改革和調(diào)整。當(dāng)前傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題：

（1）教材老舊，不適用。現(xiàn)有的教材電氣控制部分主要講授低壓電器、電氣原理圖分析和繪制、典型機床電氣控制電路的分析以及電氣控制系統(tǒng)的分析設(shè)計等幾部分。教材內(nèi)容偏理論，學(xué)生對于低壓電器的結(jié)構(gòu)和原理無法理解，電氣原理圖分析枯燥，復(fù)雜生產(chǎn)機械電路不能理解和掌握，因此難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，課程授課方式?jīng)]有突出課程實用性強的特點，脫離實際，沒有起到很好的教學(xué)效果。

教材中可編程控制器的部分是以三菱FX系列PLC以及西門子S7-200系列PLC進行指令介紹和程序設(shè)計。由于西門子S7-200系列PLC已停產(chǎn)，升級到S7-1200新型PLC。因此繼續(xù)按原教材內(nèi)容講授，將跟不上生產(chǎn)實際產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求。

（2）實驗平臺脫離工程實際。PLC課程由于其突出的工程性和應(yīng)用性，對培養(yǎng)學(xué)生良好的工程意識、較強的實踐能力和較高的綜合素質(zhì)具有非常重要的作用。實驗教學(xué)是該課程的重要環(huán)節(jié)，但目前教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備中僅僅通過按鈕、開關(guān)、以及指示燈等元件來代替實際控制系統(tǒng)中的輸入輸出，由于按鈕、開關(guān)僅僅是數(shù)字量，很難真正反映實際系統(tǒng)中各類傳感器輸送產(chǎn)生的模擬量的信號，指示燈也不能很好的模擬實際控制系統(tǒng)中的接觸器、電動機這些實際輸出設(shè)備?，F(xiàn)有課程實驗實訓(xùn)環(huán)節(jié)的作用只是達到學(xué)習(xí)PLC編程的目的，卻不能連接真正的控制對象，不能真正了解生產(chǎn)過程的實際設(shè)備。脫離工程實際，不利于學(xué)生實際動手能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

（3）教學(xué)模式存在不足，理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)。當(dāng)前教學(xué)模式中理論與實踐兩個環(huán)節(jié)分別進行。在教室上課講解指令，然后到實驗室做實驗，這樣會造成學(xué)生上課積極性不夠，理論知識理解困難，接受新指令慢，而一旦在課堂上沒有及時的吸收和消化新的指令，這樣即使到了實驗室，也不能很好的進行編程，有種惡性循環(huán)的發(fā)展趨勢。顯然這種理論環(huán)節(jié)和實驗環(huán)節(jié)單獨設(shè)置的方式會阻礙學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，降低課程的學(xué)習(xí)效果。因此，作為PLC這種應(yīng)用性強的課程，最好的辦法就是一邊學(xué)習(xí)一邊操作，每學(xué)習(xí)一些新的指令或者編程方法，就及時進行編程，從而熟練掌握。

2 教學(xué)改革內(nèi)容

針對“電氣控制與PLC技術(shù)”課程特點及上述闡述的當(dāng)前教學(xué)中存在的問題，擬對課程進行以下幾個方面的改革探索。

（1）更換應(yīng)用性更強、更符合實際生產(chǎn)應(yīng)用的PLC型號，再根據(jù)相應(yīng)的PLC型號更換教材。

（2）針對實驗設(shè)備老舊落后，不符合生產(chǎn)實際需求的現(xiàn)狀，將進行實驗設(shè)備自制。在自制實驗設(shè)備過程中，讓學(xué)生積極參與到實驗設(shè)備的升級改造過程當(dāng)中，一方面提高學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新意識，同時設(shè)計出符合課程教學(xué)目標(biāo)和應(yīng)用型教學(xué)特色的PLC控制實驗系統(tǒng)。

（3）改革教學(xué)方式，將PLC仿真軟件與硬件實驗條件結(jié)合，提高實驗效果。上理論課時，可以利用仿真軟件對相關(guān)指令進行訓(xùn)練，再通過實驗時間在硬件平臺上完成實際的操作訓(xùn)練。將理論教學(xué)與實踐教學(xué)緊密結(jié)合。

（4）重視和加強教師科研能力、實踐能力的培養(yǎng)。教師是授課的主體，由教師向?qū)W生進行授業(yè)解惑，因此對于實踐性強的工科專業(yè)，教師的科研能力、工程實踐能力和企業(yè)經(jīng)歷對課程的教學(xué)效果可以起到很好的作用。教師不再只是著重于書本，可以把更多的生產(chǎn)經(jīng)驗、實踐案例分享給學(xué)生，能激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，從而更好的理解和把握知識點。因此要加強授課教師工程實踐能力的培養(yǎng)，支持教師參加相關(guān)課程的繼續(xù)教育和培訓(xùn)。

3 實施方案和方法

（1）挑選西門子S7-1200作為新的教學(xué)對象，這款PLC是西門子經(jīng)典系列S7-200的升級。作為西門子公司的新一代小型PLC，它集成了以太網(wǎng)接口和很強的工藝功能，能夠進行靈活的操作和組態(tài)，通過功能強大的指令系統(tǒng)實現(xiàn)各種應(yīng)用需求，可以滿足工業(yè)控制的性能需求。同時，在教材選擇上，經(jīng)過多本教材的比較和考量，選擇了廖常初主編的《S7-1200PLC編程及應(yīng)用》。該書對S7-1200PLC的硬件組態(tài)、編程語言及指令、程序結(jié)構(gòu)、通信網(wǎng)絡(luò)以及故障診斷等沒人做了全面深入的介紹。可以很好的幫助學(xué)生全面學(xué)習(xí)PLC編程及其應(yīng)用。

（2）自制實驗設(shè)備，該實驗設(shè)備包括電氣控制以及PLC編程兩個方面，可以做常規(guī)的繼電接觸器控制實驗，完成點動、連續(xù)運行以及電機正反轉(zhuǎn)等控制，也可以利用PLC結(jié)合變頻器對電動機實現(xiàn)變頻調(diào)速控制，可以對溫度等模擬量進行控制，也可以實現(xiàn)PLC與PLC、觸摸屏、變頻器之間的網(wǎng)聯(lián)通信等功能。

相比較原來的采用LED發(fā)二極管、指示燈來模擬接觸器以及電動機運行的情況，新的實驗設(shè)備更好的貼合實際工程，能夠提高實驗教學(xué)效果，使學(xué)生對生產(chǎn)現(xiàn)場工業(yè)自動化PLC控制技術(shù)有更好的了解和掌握，提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。自制實驗設(shè)備如圖1所示。

（3）在教學(xué)上，將理論教學(xué)和實踐教學(xué)緊密聯(lián)系在一起。在課堂上講授PLC應(yīng)用指令的同時，可以讓學(xué)生自帶電腦，通過PLC仿真軟件，實現(xiàn)對指令的操作訓(xùn)練，有助于學(xué)生對指令的理解和應(yīng)用，提高上課積極性，而不再是空洞的填鴨式講授方式。另一方面，經(jīng)過上課時候PLC仿真軟件訓(xùn)練，再去實驗室硬件平臺上操作，也會更得心應(yīng)手，提高學(xué)生的實踐動手能力和編程能力。

（4）授課教師積極參加PLC技術(shù)相關(guān)內(nèi)容的技術(shù)培訓(xùn)。可以通過申請產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人師資培訓(xùn)項目，到企業(yè)接受學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，提升教師自身工程實踐能力，從而提高教學(xué)水平。

4 結(jié)語

通過“電氣控制與PLC技術(shù)”的一系列改革內(nèi)容的執(zhí)行，解決PLC型號落后，教材不適用的問題;自制出應(yīng)用性更強，更有利于培養(yǎng)學(xué)生動手能力和實踐能力的實驗設(shè)備，解決實驗平臺脫離工程實際的問題;研發(fā)出新的有效的教學(xué)模式，提高教學(xué)效果。

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