《PLC應用技術》課程中啟發式教學的探討

摘 要:可編程序邏輯控制器功能不斷增強，該專業課程教學內容多與有限教學時間的矛盾，本文以該課程中搶答器設計這一經典教學案例為例，提出了在課堂教學中采用啟發式教學方法，引導學生積極思考、探究問題，從而提高學生解決問題能力的教學改革思路。

關鍵詞:PLC專業課程教學啟發式學習能力培養

中圖分類號:G642.2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0192-01

可編程邏輯控制器(Programming Logic Controller，PLC)是結合傳統繼電器控制技術、計算機技術和通信技術為一體的通用自動控制裝置。在工業生產中有著廣闊的應用前景，被譽為現代工業生產自動化的三大支柱(PLC技術、機器人、計算機輔助設計和制造)之一。各高校電氣自動化及相關專業都開設了PLC課程。但目前市面上的PLC，來自不同的生產廠家，品種繁多，外觀性能各異。即使同一廠家的PLC，也是型號品種多，功能差異大。如何在有限的專業課程教學中，讓學生掌握PLC的一般原理并能應用于具體的系統設計，是該課程授課老師需要思考和解決的問題。本文以搶答器系統設計為例，談談啟發式教學在PLC教學中的應用，這也是作者從事多年PLC教學的方法與經驗的總結，希望能與各位同行進行交流，從而在PLC教學過程中探索出更好、更有效的方法。

1 圍繞實例提出問題

搶答器系統的設計是PLC中一個經典的教學案例，幾乎所有PLC教材或實驗講義中都會反復引用此例。文本為簡單起見，設計一個三路搶答器，對于路()搶答器，讀者可以依此簡單擴展。首先引導學生思考:三路搶答器最少需要多少I/O點數？經同學的討論與分析，搶答選手每人或每組需要一個搶答按鈕，搶答的開始與結束需要主持人給出相應的命令，這樣至少需要5個輸入點。對搶答結果的輸出，有指示燈或者數碼管顯示，這里先采用最直觀的指示燈，若選手搶答成功，對應的指示燈在規定的時間點亮，超時自動熄滅或者由主持人復位。這樣可以得出如表1輸入輸出表。

由于篇幅有限，PLC外部接線圖就省略了。下面就從基本的梯形圖設計開始逐步啟發學生完成整個系統的設計。

2 逐步啟發完成梯形圖設計

梯形圖設計一般都會從最基本的“起-保-停”電路開始的。本設計中，一方面，當主持人按下開始按鈕時，定時器開始計時;另一方面，當某一路按下按鈕時搶答成功時，對應的指示燈亮。因為按鈕是短信號，需要自鎖。這樣，“起-保-停”基本電路就能躍然紙上。同時，某一路搶答成功后，其他兩路選手再按下按鈕無效。顯然，各路之間需要互鎖。這樣很容易得到如圖1所示的梯形圖。

這樣基本的功能就實現了。很多的教材或實驗講義中的搶答器設計也到此為止了。但根據PLC循環掃描的工作方式，當某兩路，如果1、2路選手同時按下搶答按鈕時，先掃描到Q1線圈為ON，將Q2、Q3鎖住，不能輸出。這不符合公平競爭的原則，如何改進？

3 啟發中理解工作原理

PLC采用循環掃描的工作方式來執行程序，只有掃描到“線圈”或觸點，經過邏輯運算得到相應的結果先存于中間映象寄存器中，掃描周期的最后集中刷新輸出，這種工作方式稱為“串行”工作方式。一般教材上有詳盡的流程圖和文字描述，授課老師一般也會重點講解，但學生還是不容易理解。在圖1的梯形圖中，先掃描到I1常開觸點閉閉合，Q1線圈得電吸合，對應的常開觸點閉環，自鎖;接著掃描到I2常開觸點閉合，由于Q1常閉觸點斷開，Q2線圈不能得電。這樣結合實例的講解，學生很容易理解和掌握PLC的工作原理了。

4 啟發中完善功能

如何在兩路同時按下搶答按鈕時，都能輸出？自然想到，可以借用PLC內部輔助繼電器單元先存儲搶答結果。將圖1轉變成圖2這樣當SB1、SB2同時按下時，內部輔助繼電器M1、M2都得電，記錄了兩路同時搶答成功的過程，在掃描周期結束時，Q1和Q2同時輸出。問題似乎解決了。但再次引導學生分析第二次掃描周期結束時，仍然只有Q`1指示燈亮，這也是PLC循環掃描工作方式的再次說明。顯然還需進一步改進。將圖2稍作調整，圖3的梯形圖就能實現公平搶答的功能了。當SB1、SB2同時按下時，M1、M2得電自鎖，第一次掃描周期結束Q1和Q2同時輸出;第二個周期內掃描到Q1、Q2的常閉觸點斷開，但由于自鎖，M1、M2仍得電，不影響Q1、Q2的輸出。至此，問題便解決了。當然，一般競賽規則中，兩路同時搶答應該視為無效。按照統計學的原理，這也屬于小概率事件，但還是有可能出現的。常規處理是主持人按下復位按鈕，重新開始下一輪的搶答。

5 啟發式指令講解

PLC的指令系統越來越豐富，設計人員而言，有很多選擇可以根據自己的喜好來選取使用哪一類或哪一條指令。對授課教師而言，龐大的指令系統往往無從講起。另大多數PLC教材，都是從指令開始講解，枯燥晦澀，很激起同學們的學習興趣。本例中，僅幾條基本指令就解決基本問題。進一步啟發學生，如果要用數碼管來直觀地顯示搶答成功選手號，應該怎樣改進程序？七段數碼管是最基本的顯示元件，采用基本I/O單元指令SDEC，就能把指定數字中的十六進制數轉換成相應的7段顯示碼，并把它存入到指定目標字中高位或者地位。這是學生很容易想到的，但有效搶答結果中輸出通道只是某一位為ON，不是十六進制。進一步啟發學生，需要把對應此位位號找出來。自然引出數據編碼指令DMPX指令來。有編碼，與之對應的譯碼指令MLPX也可在此對比進行講解。找出的位號，是BCD碼需要轉換成二進制，于是轉換指令BIN就派上用場了，其它轉換指令的使用留給學生去分析。通過這樣連續啟發，引導學生不斷地思考，不斷地領悟更新，提高學習的效率。

6 結語

本文通過對一個簡單三路公平搶答器系統的設計過程，介紹了啟發式教學在PLC課程中應用。這是作者多年PLC教學經驗和心得的總結，是一些零碎的觀點和方法的探討，而非一種教學方法的系統論述。PLC作為一門應用技術，其功能不斷的發展，對應的教學方法也應該不斷地深化和調整，這是一個漫長的動態過程，需要各位同行不斷進行交流和探討，尋求該課程更適合的教學方法。

參考文獻

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