中職PLC教學方法探討

摘要:本文主要簡述了PLC的發展及應用，并結合教學實踐經驗就如何有效開展中職PLC教學提出自己的觀點。

關鍵詞:PLC、教學方法;PLC編程;課題式單元教學

可編程序控制器(PLC)是在繼電接觸器控制和計算機控制基礎上發展起來的新興工業自動控制裝置，是計算機技術在工業控制領域的一種應用技術。由于它可通過軟件編程來改變控制過程，應用靈活，而且具有體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強等特點，目前已廣泛應用于工業控制的各個領域，是現代工業自動化三大支柱之一。從數控機床等到汽車、陶瓷等自動化生產線都可以見到PLC控制的身影，可以說PLC技術已經滲透到了我們生活與工業生產的各個領域。

在2000年前泉州的中小企業PLC應用比較少，掌握PLC技術的技術人員也相對少，但是近年來隨著PLC應用范圍的擴展，越來越多的企業意識到PLC技術的重要性，PLC專業技術人員的需求也越來越多。企業在招聘維修電工或電氣應用技術員時不但要求基本電氣控制技術要扎實，還要懂得PLC、變頻調速等技術。2005年我在對晉江盛欣化纖、晉江兆泰機械、泉州邦麗達科技、晉江輔友機械、晉江力達機械、興業皮革等企業的調查中發現，這些企業近70%的設備控制核心都是PLC，且企業聘用的維修電工基本都是中專層次，通過了解得知他們的PLC知識小部分來自學校教師的傳授，大部分來自實踐中的自學，這從一個側面說明PLC不是一門難學的課程，更重要的是要有實踐。可見只要教師改變教學觀念，改進教學方法，加強實踐教學，進而調動學生的學習積極性，中職PLC教學還是可行的。

幾年的PLC教學經驗，我總結出幾項有效提高PLC教學效果的措施。

一、以通俗形象的實例上好起始課，激發學生學科興趣，提高學習信心

興趣可以提高學生學習信心，可以增強學生學習的恒心。俗話說，良好的開端是成功的前提和基礎。剛開始上PLC課程時，學生對本課程不了解，很容易理解為計算機之類的編程課程，產生難學沒有信心的念頭。因此課程的入門課非常重要，我在講授PLC的第一課時，首先用大量圖文并茂的圖片，列舉PLC在工業、農業、交通運輸業及日常生活中廣泛應用的例子，如:汽車生產流水線，學校的數控加工中心、數控車床、機械手的控制、電梯控制、機器人的控制等等都有PLC的功勞，還有繁華城市的霓虹燈、交通燈，舒適小區里的人工噴泉……這些與大家日常生活息息相關的例子，引導學生產生這樣的問題:“一個小小的PLC就有那么厲害?”，進而產生這樣的感慨:“PLC控制真好用!”，使學生對這門課程有一個初步的了解，覺得它就在我們身邊，同時教師還可以聯系就業市場的需求(如有較多單位招聘時提出“懂得PLC者優先”)，激發學生的學習欲望。然后帶學生參觀往屆學生的PLC設計作品---“四層貨梯”、“彩燈控制器”、 “6路搶答器”等。明確告訴學生這是往屆某某學生以PLC為控制核心設計制作的畢業作品，從而讓學生明白，PLC不僅就在我們的身邊，我們也有能力去駕馭它，并產生這樣的雄心壯志:“上一屆學生能做到的，我們能做得更好。”，以此提高學生的學習信心。

二、選用合適的PLC機型及配套教材

進入二十世紀八十年代以來，隨著微機技術和微電子技術的迅猛發展，極大推動了PLC在世界范圍內的發展， PLC的廠家和品牌也越來越多，目前在中國大陸應用較多的知名品牌就有德國西門子、法國施耐德、日本三菱、歐姆龍、松下、韓國LG、臺灣臺達等，但各個PLC廠家都有自己的編程語言及編程軟件，互相不兼容，作為中職層次，我們不能博百家之長，只能選擇學習其中一種機型。經過調查發現在泉州晉江一帶的企業，PLC應用基本上以日本三菱、歐姆龍、德國西門子等三種品牌為主，結合多年的教學實踐及工程應用經驗，經過從性能、技術參數和學習性等方面的比較，我認為三菱PLC從硬件I/O點及內部寄存器的標識到梯形圖的編程都更人性化，特別是它具有別具一格的步進編程指令(STL指令)，STL指令簡單易學、思路清晰，符合初學者的編程思路，更易于讓初學者掌握，也就更容易激發學生的學習興趣。因此我們選用日本三菱FX系列(繼電器輸出)整體型微型機作為我們的教學機型，并以此選用相關教材。幾個學期下來學生對三菱PLC的學習掌握情況還是基本達到預期效果，在對畢業生的就業跟蹤發現我們的教學與生產實際較為貼近，企業反映較好。

三、耐心培養學生的專業能力，抓好專業教學的基礎訓練

雖然我們知道PLC的編程采用的是梯形圖編程語言，它形象直觀，易被接受。但還應知道PLC應用系統是在繼電器—接觸器控制系統基礎上發展起來的，需要熟悉繼電器控制系統的基本表達方式。因此在PLC教學中應先抓好基本繼電器控制電路的基礎訓練，讓學生具備最基本的電氣控制理論，為學習PLC奠定專業基礎。而如果學生不具備基本繼電器控制電路的基礎，對他來說，學習好PLC將是一項幾乎不可能完成的任務，當然也就不可能有學習熱情與學習興趣。因此在學習PLC編程之前應先學習好基本繼電器—接觸器控制電路的構成、原理及安裝調試的方法，掌握電路的串聯、并聯、自鎖、互鎖、常開、常閉等基本概念及與、或、非等基本邏輯運算，并在PLC教學中循序漸進，耐心培養學生的專業基礎能力。在教學中我一般是以三相異步電動機的點動、長動、正反轉、星三角降壓起動、順序控制等典型控制電路的原理分析到電路安裝調試，來強化學生的繼電器控制電路的基礎訓練，特別是突出控制電路的梯形結構，以引導學生過渡到PLC的梯形圖編程，減小學生的課程學習障礙。

四、充分利用設備，加強現場實訓

有人曾經說過:只讓我聽，我不明白;讓我看，也許我會知道;讓我做，我能掌握它。PLC是一門實踐性很強的專業課程，單靠看書本是不可能學好的，因此必須有一定規模的實訓設備，并充分利用設備，應保證有50%～80%的時間在實驗室。我認為實訓設備不一定要購買整套的PLC實訓設備，因為雖然整套的PLC實訓設備具備方便維護、管理的優點，但只讓學生進行簡單的插線及編程應用，無法讓學生得到完整系統的安裝訓練，可能導致學生學完之后在進行獨立的PLC應用時，面對I/O接線及外圍元件的實際應用時束手無策。有足夠的設備最好，若設備不足，可利用電腦仿真軟件(有一套三菱的FX仿真軟件，它可以模擬較多的實物仿真實驗)，采取分批實訓的辦法。我校購有12套分立的三菱PLC設備，我幾年來的做法是根據具體的實訓項目把學生分成2組，一組學生在電腦室練習編程與仿真，另一組學生到實訓室做實物接線與編程調試，2個課時后進行輪換，以保證學生的實訓時間。

五、大膽整合教材，采用項目教學法，以課題式單元組織教學

我們知道，作為教學用的PLC教材，編者通常按照知識結構進行編書，內容一般是分為:組成結構與工作原理、基本指令、功能指令、工業應用、PLC系統設計等章節。然而我們實施教學時，如果按照教材的順序進行教學，就是要先學習PLC結構與工作原理，再學習基本指令，進而再學習功能指令，最后學習PLC的工業應用與系統設計。這樣，在一段期間內學習完所有指令，學生的印象不深刻，容易混淆，到工業應用的學習時，又得重新對所涉及的指令進行學習，效率不高，教學效果不好，還可能使學生長時間面對枯燥的指令，重新產生編程難的畏難情緒，從而嚴重打擊剛剛建立起來的學習自信心。

為此，我在PLC教學中打破教材原來的體系，采用了課題式單元教學，對教材進行整合補充，把教材整合成七個學習單元。七個學習單元的主題分別是PLC原理、順序控制、計數計時控制、步進控制、PLC與變頻器的協同控制、功能指令應用、PLC系統設計。每個單元由幾個應用同類指令或相關指令的實例課題組成，單元內的課題按照其難易程度安排教學的先后順序。每個課題以一個應用實例為主題，并分為幾個層次，如電梯控制實例就細分成:行程開關控制的兩層貨梯、行程開關控制的三層以上貨梯、用旋轉編碼器代替行程開關的貨梯、帶變頻調速的貨梯等子課題。這樣可讓不同層次的學生選擇適合自己的課題。前三個單元主要讓學生學習掌握如何采用“翻譯法”來探索PLC的各種基本控制功能，完成基本指令的學習。“翻譯法”是在原有的繼電器—接觸器控制電路的基礎上，根據I/O分配圖把原來的電路圖翻譯成梯形圖(PLC程序)，它比較適合初學者學習，有助于提高學生的學習興趣。第四單元則重點突出STL步進指令的學習與應用。因為我通過研究發現大多數的工程應用基本都可以利用STL指令編程來實現，通過學習訓練并掌握了STL指令的編程思路，就有能力拓展到較復雜控制系統的設計編程。第五單元有電梯變頻控制系統、機床主軸多段速變頻控制等實例，這也是目前PLC教材中比較缺的內容，通過本單元的學習使學生掌握變頻器的工作原理、線路的連接及參數的設置等內容，并掌握如何運用PLC對變頻器實施自動調速控制。后兩單元則側重于功能指令的學習，主要以企業實用的小型PLC控制系統為例來開展教學，如小型注塑機，單站EVA發泡機、三面翻廣告控制系統等，這是PLC的綜合應用部分。其中1～5單元為必做單元，6～7單元為選做單元，具體視學生對PLC的學習掌握情況而定。教學時2～3名同學組成一個學習小組，每個學習小組共同完成每一個課題。從以上列舉的單元實例可知，每個實例課題有一定的層次梯度與連貫性，由簡到繁、由易到難。單元內的實例都能有效地為該單元核心內容的教學服務，大大提高學生的學習興趣。

六、建立基于合作、面向過程的評價機制

我們知道，適度的壓力是動力的源泉。為使學生能積極參與，我在教學過程中實行以小組為單位的單元過關制度來增強學生學習的適度緊迫感。每個單元教學的最后環節是單元小測驗，測試項目與每個單元課題大至雷同。測試評價由老師與學生共同參與，每次測試都評出優秀小組，增強學生的團隊意識和競爭意識，進而提高學生的學習后勁。

幾年來的實踐證明，以上幾項教學措施還是能有效地提高學生的學習興趣，取得良好的教學效果，2007年我輔導的學生在亞龍杯全國電工電子技能大賽福建省選拔賽上脫穎而出，并在重慶舉行的全國大賽上獲得機電一體化組裝項目團體二等獎的優異成績。

參考文獻:

[1]廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應用[M].重慶:重慶大學出版社，2001.

[2]丁煒，魏孔平.可編程控制器在工業控制中的應用[M]北京:化學工業出版社，2004.