可編程控制器教學(xué)改革探索

摘要： 可編程控制器（PLC）是自動化專業(yè)中一門應(yīng)用性很強的專業(yè)課程。本文從該課程存在的主要問題入手，對課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法的改革進行了初步探討。

關(guān)鍵詞： 可編程控制器 教學(xué)改革 實踐

引言

可編程控制器（PLC）是以微處理機為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。PLC從誕生至今，得到了異常迅猛的發(fā)展，與CAD/CAM、機器人技術(shù)一起被譽為當(dāng)代工業(yè)自動化的三大支柱。經(jīng)過30多年的發(fā)展，PLC已經(jīng)形成了完整的工業(yè)控制器產(chǎn)品系列，其功能從初期的主要用于替代繼電接觸器控制，發(fā)展到目前的具有接近于計算機的強有力的軟硬件功能。因此，它已經(jīng)成為自動控制等眾多專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程。

1 課程存在的問題

1.1 教材選取困難

PLC自1969年問世以來，其發(fā)展速度十分驚人。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前世界上有200多個PLC生產(chǎn)廠商，400多種PLC產(chǎn)品。各公司的產(chǎn)品在功能上有相同之處，也有各自的特點。美國各公司的產(chǎn)品功能比較齊全，但在組成中、小系統(tǒng)時，價格比較高；歐美的產(chǎn)品比較注重功能和價格的統(tǒng)一，特別是中型系統(tǒng)的“性能價格比”較好；日本各公司的產(chǎn)品模塊集成度較高，整個系統(tǒng)的價格較低，特別是小型PLC在價格上有優(yōu)勢。由于PLC產(chǎn)品如此眾多，相應(yīng)的教材也是種類繁多。這樣就帶來了一些問題，教師在選擇教材時，一方面要考慮不同流派PLC的特點和發(fā)展現(xiàn)狀，另一方面又要想到一旦選擇某一品牌的PLC，就必須要有相應(yīng)的實驗裝置，給教材選取帶來一定困難。

1.2 相關(guān)知識欠缺

在學(xué)習(xí)可編程控制器課程以前，學(xué)生首先應(yīng)掌握一定的電氣控制方面的知識，例如學(xué)習(xí)過電工學(xué)、微機原理等基礎(chǔ)課程。當(dāng)然，絕大多數(shù)的自動控制專業(yè)會考慮到這一問題。只是學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課程時，往往由于學(xué)習(xí)任務(wù)重，將主要精力放在基本原理的學(xué)習(xí)上，而對于一些應(yīng)用性的內(nèi)容如繼電接觸器控制不予理睬。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)PLC這類專業(yè)課程時，會對基本概念、設(shè)計思想等難以理解，感到很難入門。

1.3 實踐環(huán)節(jié)薄弱

可編程控制器課程是一門實踐性很強的專業(yè)課程，課堂講授的內(nèi)容需要在實驗中加以驗證和鞏固。而目前的情況是很多學(xué)校由于實驗條件、教師水平、經(jīng)費等諸多因素的限制，難以給學(xué)生提供合適的實驗裝置和實驗環(huán)境。如果缺乏必要的實踐，電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計和程序編制就不過是紙上談兵而已。

2 課堂教學(xué)的改革

2.1 合理安排教學(xué)內(nèi)容

我們知道，PLC源于替代繼電接觸器控制，因此它與傳統(tǒng)的電氣控制技術(shù)有著密不可分的聯(lián)系。在制訂教學(xué)大綱時，首先應(yīng)適當(dāng)加入傳統(tǒng)繼電接觸器控制的內(nèi)容，介紹一些常用控制電器的結(jié)構(gòu)、原理、使用方法及基本電氣控制電路、控制原理等。對于這一部分內(nèi)容，教師可以根據(jù)學(xué)生掌握的電氣控制方面的知識靈活處理。如果學(xué)生基礎(chǔ)知識扎實，可縮短課時，但要注意突出傳統(tǒng)繼電接觸器控制的典型電路和設(shè)計思想。其次，雖然PLC產(chǎn)品種類繁多，不同型號的PLC結(jié)構(gòu)也各不相同，但它們的基本組成和工作原理卻大致相同。作為一種工業(yè)控制計算機，PLC都具有中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口、電源等，對用戶程序進行循環(huán)掃描分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段進行。這些基本問題應(yīng)首先講解清楚，而在結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法等方面，各類PLC不盡相同。由于課時限制，我們介紹編程部分時，只能重點介紹一種型號PLC的指令系統(tǒng)，當(dāng)然也沒有必要面面俱到，介紹所有類型PLC的編程語言。另外，學(xué)生應(yīng)對目前市場上幾種主流PLC有所了解，如德國西門子公司生產(chǎn)的S7系列、日本三菱公司生產(chǎn)的FX系列等等。各類PLC適用場合各有側(cè)重，因此在進行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計時，合理選擇PLC對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)起著重要作用。

2.2 努力改進教學(xué)方法

可編程控制器課程實踐性很強，因此，其教學(xué)方法與基礎(chǔ)理論課有很大差異。學(xué)生在理解基本概念的基礎(chǔ)上，應(yīng)具備較強的動手能力。這就要求我們不能一味地采用“教師講，學(xué)生聽”的傳統(tǒng)授課方式。首先理論知識的講解應(yīng)與實驗相結(jié)合。在介紹PLC結(jié)構(gòu)、工作原理時，可以在實驗室對照實物講解，并演示PLC的工作過程。此外，可以帶領(lǐng)學(xué)生到工業(yè)現(xiàn)場參觀，了解PLC的工作環(huán)境。這樣在課程開設(shè)初期就可以使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，從而調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性。其次，對于PLC指令系統(tǒng)，由于學(xué)生難以在學(xué)習(xí)的初級階段接受全部指令，可重點介紹基本指令和常用的功能指令，其余部分學(xué)生在處理具體問題時可自行查閱。對編程方法的掌握重在練習(xí)，因此這一部分內(nèi)容需要學(xué)生多動腦編程、多上機調(diào)試。另外，課堂上教師可以借助多媒體向?qū)W生介紹一些具體的PLC控制系統(tǒng)及其設(shè)計方法，如從簡單的PLC在三相異步電動機控制中的應(yīng)用，到復(fù)雜些的PLC用于液體混合裝置、溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)等。多了解具體的控制系統(tǒng)，可以使學(xué)生能夠逐漸將硬件設(shè)計和軟件開發(fā)結(jié)合在一起，提高設(shè)計可用于實際的PLC應(yīng)用系統(tǒng)的能力。

3 實踐教學(xué)的改革

3.1 安排好實驗內(nèi)容

在課堂教學(xué)中，雖然我們強調(diào)了培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力，但這種能力只是處于理性的階段。要使學(xué)生真正具備一定的實踐能力，必須讓他們在實驗中得到鍛煉。在實驗內(nèi)容上，應(yīng)首先安排一次繼電接觸器控制系統(tǒng)的實驗，讓學(xué)生親自體會這種傳統(tǒng)的控制方式。一般情況下，在電工實驗室的實驗板上都能完成較簡單的繼電接觸器控制實驗，如三相異步電動機的起停和正反轉(zhuǎn)控制。其次，PLC實驗部分分為基礎(chǔ)性實驗和綜合設(shè)計性實驗。基礎(chǔ)性實驗?zāi)軌蜢柟毯图由罾斫釶LC的基本指令，掌握PLC的操作方法，分析實驗結(jié)果并按要求撰寫實驗報告。這一部分實驗是整個PLC實驗的基礎(chǔ)，但從培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力這一角度出發(fā)，其內(nèi)容偏于簡單，由于課時有限，不能安排的數(shù)目過多。綜合設(shè)計性實驗主要是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的綜合能力。教師可先公布若干實驗題目，提出實驗要求，給出必要的提示。學(xué)生自行選定題目后，根據(jù)已學(xué)過的知識和參考相關(guān)教材，在預(yù)習(xí)階段設(shè)計方案、選擇儀器設(shè)備，編制程序。實驗課上，學(xué)生根據(jù)自擬的實驗步驟進行操作。在整個實驗過程中，學(xué)生有充分的自主權(quán)，可以盡可能地發(fā)揮自己的想象力。對同一個題目，不同的學(xué)生會有不同的設(shè)計方案，因此，實驗室應(yīng)盡量提供可能涉及的實驗器材，教師可進行必要的指導(dǎo)。

3.2 組織好課程設(shè)計

課程設(shè)計是PLC課程教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)生解決課題的綜合能力。教師可布置幾個課程設(shè)計的題目，如PLC用于電梯控制、用于電鍍專用行車、用于交通信號燈自動控制等等。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣自由選取題目。在設(shè)計過程中，學(xué)生首先要明確設(shè)計任務(wù)和要求，然后選定PLC、完成輸入/輸出定義號的分配及硬件圖的設(shè)計、進行內(nèi)部繼電器分配及軟件設(shè)計和調(diào)試。我們教師在指導(dǎo)學(xué)生完成課程設(shè)計題目時，不但要幫助學(xué)生鞏固理論知識、增強動手能力，而且要培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)，使他們終身受益。

4 結(jié)語

當(dāng)今工業(yè)技術(shù)的發(fā)展日新月異，新理論、新工藝不斷涌現(xiàn)，與任何一門課程一樣，可編程控制器課程的改革是一項復(fù)雜的工程。我們每一位教師只有及時更新觀念，積極投入教學(xué)改革，才能不斷提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出更多更好的適應(yīng)時代發(fā)展要求的建設(shè)人才。

參考文獻：

［1］吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

［2］高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計實例［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

［3］史增芳，姜巖蕾.《可編程控制器及應(yīng)用》教學(xué)改革探索［J］.機械職業(yè)教育，2006，（1）.