《PLC應用技術》項目課程實施探索

高士杰

（江蘇食品職業技術學院 江蘇 淮安 223003）

《PLC應用技術》項目課程實施探索

高士杰

（江蘇食品職業技術學院 江蘇 淮安 223003）

項目課程實施是當前高職教育課程改革的方向，其理論基礎是職業教育課程的結構觀。本文以機電專業的《PLC應用技術》課程為例，介紹項目課程探索的實施過程，重點闡述改革應把握住的幾個難點和要點。

高職；PLC應用技術；項目課程

高職教育項目課程是一種以工作任務為中心，選擇、組織并學習工作知識的課程模式，它是當前我國職教課程改革的主要方向，其理論基礎是職業教育課程的結構觀。項目課程以工作任務為中心來組織安排，項目中的理論知識負載于工作任務，注重理論、實踐的一體化。項目課程以學生活動為主建立適合學生活動的教學組織方式，建立彈性化的活動教學方式，從而有效地避免將理論與實踐割裂開來。項目課程教學作為高職教育教學改革的新思路，是高等職業教育走向優質教育的選擇，其按照生產實際情況實現基于工作過程任務驅動的教學形式，可以很好地培養學生的工程應用能力和解決現場實際問題的能力。

在對機電專業的《PLC應用技術》課程實施項目課程教學改革時，我院將課程的內容分為三大模塊進行。即：基礎模塊、編程模塊、應用模塊，針對不同的模塊采取靈活的教學形式。在具體操作上，采用專題講解形式開展教學。編程模塊主要根據PLC的系列型號介紹有關的指令系統內容，包括基本指令部分、順序指令部分以及功能指令部分等。在有關操作上采用項目驅動形式，把有關的指令內容分配到每個具體的小項目中去，通過剖析項目的控制需求，提高學生的探究興趣。在介紹具體指令內容后，對項目的實現過程進行講解，并安排研討與訓練。應用模塊是通過選擇合適的工程應用實例進行訓練，本模塊教學目的主要是將前面的兩個模塊中的有關內容進行有機地融合并運用到具體的實例中，以達到綜合應用的效果。在項目課程教學改革實施過程中，根據該課程的性質和任務，我們認為應當注意以下幾個要點，才能保證課程改革的成功，收到預期的教學效果。

了解基本工作原理是項目課程教學的基礎

在實施項目課程教學時，PLC的基本工作原理這一教學模塊是必不可少的教學內容。對于這一模塊的教學，主要采用專題講解的形式，通過課堂實物演示，運用多媒體手段展示其內部結構，進而講解其工作原理。除了在基礎模塊中安排學習以外，在基礎實驗部分也要安排工作原理講解，并通過硬件相關的實驗來進一步學習，以使學生真正掌握其相關內容。PLC的基本工作原理包括等效電路和工作方式兩個方面。

（一）PLC的等效電路

輸入部分 輸入部分的作用是收集被控設備的信息和操作命令。輸入端子是PLC和外部開關（如行程開關等）、敏感元件等交換信號的端口；輸入繼電器由輸入端接到的外部信號來驅動。其驅動電源由PLC電源組件提供（直流24V），也可使用獨立的交流電源（交流220V）。等效電路的一個輸入繼電器，對應PLC輸入端的一個輸入點以及對應的輸入電路。

內部控制部分 由用戶根據控制要求編制的程序所組成，其作用是按用戶程序的控制要求對輸入信息進行運算處理，進而得出要輸出的信號，經過輸出鎖存器發送到輸出端子上。

輸出部分 輸出部分的作用是驅動外部負載。輸出端子是PLC向外部負載輸出信號的端子，PLC的觸點與輸出端子相連，通過輸出端子驅動外接負載，如接觸器線圈、電磁閥等，并對外部機械設備進行控制。

（二）PLC的工作方式

PLC與傳統的繼電接觸器的重要區別之一就是工作方式不同。繼電接觸器是按“并行”方式工作的，只要形成電流的通路就可能有幾個電器同時工作。而可編程控制器是以循環掃描的方式工作，是循環地、連續逐條地執行程序，即可編程序控制器是以“串行”方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電接觸器控制的觸點競爭和時序失配的問題。

掌握軟件編程是項目課程教學的重點和難點

項目課程教學的開展必須要抓住課程的重點和難點，針對重點和難點采取特定的教學手段。針對《PLC應用技術》課程來說，軟件編程是課程的重點，也是課程的難點。

傳統的繼電器接觸器控制是將各自獨立的電器元件以固定接線的方式實現控制要求。而PLC是將控制要求以程序形式存儲在內部。輸入的這些程序相當于繼電接觸器控制的各種線圈、觸點以及接線。當需要改變控制要求時，只需修改程序而不用改變接線方式。因此，為了抓住要點，就要做到以下幾個方面。首先，要建立程序的概念。因為學生在前期課程中接觸的都是傳統的繼電接觸器控制的硬接線，因此，要求學生要從思維方式上進行轉變，學會利用計算機或編程器進行編程。其次，要掌握PLC的各種指令。PLC的指令包括基本順序指令、基本功能指令、控制指令、比較指令、高級指令以及一些特殊指令等。只有掌握了各種指令的功能和用法，才能熟練運用各種指令進行軟件編程。再次，要學會利用梯形圖進行軟件編程。PLC是根據用戶的控制要求編寫程序進行工作的，程序的編制就是用一定的編程語言把一個控制任務描述出來。通常有梯形圖、指令表、邏輯功能圖以及高級語言等四種表達方式。絕大部分的可編程控制器都采用梯形圖進行編程。因為梯形圖編程沿用了繼電接觸器控制電路的元件符號，電路結構形式大致相同，信號輸入、信息處理及輸出功能均相同。因此，這種梯形圖編程方法對機電一體化及相關專業的學生來說，是一種易于掌握的編程方法，在編程中也應注意其不同之處。

在學習的過程中，可采用任務驅動形式，把有關的指令內容分配到每一個具體的小項目中去，將班級學生分成若干個小組，每3～4人為1組，引導學生剖析項目的控制需求，提高學生的探究興趣，讓學生帶著問題聽有關指令內容的介紹，然后對項目的實現過程進行分析講解，再安排研討與訓練。研討與訓練的環節既可以總結指令的內容，還可以進一步提高學生的鉆研熱情，為后續內容的講解奠定基礎。

開展基礎實驗是項目課程教學的重要環節

在講述了PLC軟件編程的方法后，基礎實驗是PLC項目教學的重要環節，可用學習機進行模擬試驗和調試。進行基礎實驗應遵循以下原則：首先，要講解各種儀器設備的使用注意事項，防止意外事故的發生；其次，要先從基礎實驗做起，先易后難，先簡單，后復雜。比如，先進行基本指令系統的訓練，等學生能熟練地使用儀器設備后，再進行復雜程序的設計訓練；再次，在實驗中，實驗指導教師應做到“五勤”，即“腳勤、眼勤、嘴勤、手勤、腦勤”并加強巡回指導。

基礎實驗內容是跨越編程模塊和應用模塊兩個部分的內容，在編程模塊學習的過程中，要讓學生隨時可以進行基礎實驗，而在應用模塊開始的時候，也必須根據需要安排基礎實驗的內容。在可編程序控制器項目課程教學中，一定要加強考核，只有進行嚴格考核，項目課程教學的教學質量才能得到保證。

實施應用設計是項目課程教學的關鍵

應用設計是PLC應用技術教學的根本目的，也是實施項目課程教學的關鍵，應用設計環節的教學可以結合課程設計（或大型實驗）環節進行，也可以在課堂教學中實施。設計的項目應結合工程實際和自動控制系統的目的，可以采取循序漸進的方式，開始選擇一些小型項目進行，再逐步實施大型項目，通過這一環節使學生正確掌握應用PLC進行生產過程控制的方法。PLC的應用設計主要包括以下幾個方面的內容。

（一）系統設計

深入、仔細地了解被控設備的生產過程、工藝過程、環境特點、對控制的要求 對被控對象的控制過程和特性進行分析，確定控制系統的控制任務，即決定哪些外部元器件將發送信號到PLC，哪些外部元器件將從PLC接收信號。明確輸入輸出屬于開關量，還是模擬量，并粗略估算I／0的點數。然后根據I／0點數、控制要求等選擇PLC。

機型選擇和硬件配置 選擇機型主要應考慮以下幾個方面的因素：一是功能范圍。主要考慮有無擴展能力，有無模擬輸入輸出，指令系統是否完善，有無中斷能力和聯網能力。應根據系統的具體情況決定，使其性價比較高。二是I／0點數。I／0的種類和數量應滿足系統的最小要求，并留有一定的余量，同時，也要注意其經濟性。三是處理時間。其時間的長短不僅決定于CPU掃描周期，還與輸出繼電器機械滯后輸入信號到來時刻有關，與在掃描周期中的時機和程序語句的安排也有關。

（二）軟件程序設計

軟件設計是PLC工作的一個主要依據。首先，在詳細了解生產工藝和對控制系統要求的基礎上，畫出系統的工作循環圖或流程圖、功能圖及有關信號的時序圖，將所有輸入信號（按鈕、行程開關、傳感器等）和輸出信號（接觸器、電磁閥、信號燈等）及其他信號分別列表。并按PLC內部軟繼電器的編號范圍，給每個輸入輸出信號指定一個I／0位，即編制現場信號和PLC軟繼電器編號對照表。然后設計梯形圖，根據此圖編寫程序。編程時常用方法有：

根據設備的工作流程 采用PLC梯形符號，并依據梯形圖設計原則，繪制出梯形圖來描述所需操作的順序和他們之間的相互關系。如果是要改造的控制設備，可直接將繼電器控制電路改造成梯形圖，然后編程。

經驗設計法 根據被控對象對控制的要求，初步設計出繼電器控制線路或直接設計出梯形圖，然后編程。此法靈活性較大，但往往控制程序不是唯一的。

程序設計的狀態表法 其設計思想是被控制過程由若干個狀態組成，每個狀態都是由于接受了某個切換主令信號而建立。輔助繼電器用于區分狀態且構成執行元件輸入變量，而輔助繼電器的狀態由切換主令信號來控制。寫出輔助繼電器與切換主令信號之間的邏輯關系，執行元件與輔助繼電器之間的邏輯方程，然后將邏輯關系轉化為梯形圖編程。

除以上三種方法以外，還有用功能圖法和移位寄存器實現順序控制的方法等。

（三）電氣施工設計

與一般的電氣施工設計一樣，PLC控制系統的電氣施工也包括以下內容：完整的電路圖、電氣元件清單、電氣柜內電器布置圖、電器安裝接線互連圖等。在完成以上工作的同時應注意以下幾個問題：

畫出PLC的I／0接線端子接線圖 按現場信號與PLC軟繼電器編號對照表對應接線，以免誤接。

電氣柜結構設計和柜內電器位置圖 可將PLC強電電路、保護電器以及電源變壓器等置于電器柜內，以防粉塵、防腐蝕等。要注意PLC的散熱等問題。當PLC的環境溫度大于55℃時，要用風扇強制風冷。主機、擴展機及柜壁間的距離應滿足一定要求。

畫現場布線圖 PLC信號線與動力線要分開鋪設，分不開的要屏蔽，屏蔽線要有良好的接地。輸入輸出線要分開鋪設。信號線要遠離有較強電磁干擾的設備，如電焊機等。

（四)總裝調試

輸入程序 把梯形圖轉換成助記符（由地址、指令及數據組成），再通過操作編程器將編制好的程序輸入到PLC的存儲器中。在PLC上插入編程器，清除原有程序，逐條輸入新的程序語句，并利用顯示器進行核對，應保證無輸入錯誤?；蚴褂镁幊誊浖谟嬎銠C上編程并利用專用電纜直接輸入PLC中。

程序調試 包括輸入信號的調試、輸出信號的調試及總調試等。利用模擬控制對象實驗板，由控制開關和按鈕設置輸入指令，通過信號燈的亮、滅，表示動作的狀態，以此觀察執行電器是否按預定規律動作。程序出錯時，可利用普通編程器或計算機編程軟件的監控程序進行檢查。程序調試好后，再進行現場調試，直到系統運行完全滿足加工要求為止。在現場調試時，要注意電氣與機械設備之間的配合。

應用設計環節是課程的應用模塊部分，主要是通過選擇合適的工程應用實例來加以訓練，這一環節的訓練可以將零散的、獨立的知識點整合，使學生深刻體會到應用型課程的價值所在。在選擇工程項目時，可以根據需要從小型項目到中型項目，再到大型項目。在做小、中型項目時，并不需要對有關的應用設計環節面面俱到，可以只進行系統設計和軟件程序的設計，而在做大型項目時再加入施工設計和總裝調試等內容。項目課程的實施包括許多方面的內容，涉及教學方式、教學方法、教學情境以及對其課程實施的評價等等方面，因而需要做大量的細致的工作，當然，也不是所有課程都需要在這方面進行改革，必須根據具體課程進行具體設計，必須符合課程的特點和實際需要。

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G710

A

1672-5727（2010）05-0088-02

高士杰（1973—），男，江蘇淮安人，江蘇食品職業技術學院副教授，工程師，主要從事自動化類課程的教學與研究。