淺論P(yáng)LC課程工程實(shí)踐能力培養(yǎng)*

閆虎民 唐春霞 龐黨鋒

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心 天津 300222）

PLC的全稱為可編程序控制器（Programmable Logic Controller），其作為一種目前在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛使用的控制設(shè)備，已經(jīng)發(fā)展得非常成熟。在全國(guó)各類綜合性大學(xué)或工科院校中均相應(yīng)地設(shè)立了PLC課程。同時(shí)，PLC控制技術(shù)也是作為機(jī)電類職業(yè)教育的一項(xiàng)必不可少的內(nèi)容，PLC課程也成為很多職業(yè)院校、?？茖W(xué)校、技工學(xué)校機(jī)電類專業(yè)的必修課程。由于PLC技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。所以，為了使學(xué)生更好地掌握相關(guān)知識(shí)，很多教學(xué)培訓(xùn)設(shè)備生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)了多種PLC培訓(xùn)裝置，并配套了相應(yīng)的培訓(xùn)教材，給教學(xué)對(duì)象提供了較為豐富的選擇。但是，在近年來(lái)的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，即使PLC課程給學(xué)生提供了多種多樣的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備作為實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，但是學(xué)生的工程實(shí)踐能力卻沒(méi)有得到根本性的提高。

工程實(shí)踐能力，也稱工程應(yīng)用能力，一般只針對(duì)工科學(xué)生而言，就是學(xué)生能夠根據(jù)工程化的要求，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使之能夠勝任工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的需求。工程實(shí)踐能力概念的提出，是為了縮短學(xué)校與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)之間的距離，防止出現(xiàn)學(xué)生“紙上談兵”，而無(wú)法解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需要解決的實(shí)際問(wèn)題。傳統(tǒng)的PLC課程教學(xué)往往側(cè)重技術(shù)的應(yīng)用或提升PLC課程中實(shí)踐環(huán)節(jié)的比例。但是，就教學(xué)效果而言，簡(jiǎn)單地提高實(shí)踐環(huán)節(jié)（包括實(shí)驗(yàn)課和實(shí)訓(xùn)課）的課時(shí)，并不能從根本上解決學(xué)生的工程實(shí)踐能力較差問(wèn)題。

PLC課程工程實(shí)踐能力所涵蓋的內(nèi)容

工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于設(shè)備的要求，一般都需要基于以下幾個(gè)方面的考慮：安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。應(yīng)用于不同的工業(yè)控制對(duì)象，其具體要求不盡相同，需要進(jìn)行詳細(xì)的分解和細(xì)化。PLC技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，一般要經(jīng)過(guò)以下八個(gè)階段：

確定系統(tǒng)控制要求 設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)之前，必須了解該P(yáng)LC控制系統(tǒng)需要完成什么樣的任務(wù)。如果對(duì)系統(tǒng)的控制要求理解有偏差，那么，就有可能設(shè)計(jì)出錯(cuò)誤的系統(tǒng)，甚至整個(gè)系統(tǒng)都無(wú)法使用。

輸入輸出口分配 確定了系統(tǒng)的控制要求，接下來(lái)需要根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定控制系統(tǒng)中有哪些信號(hào)需要通知PLC（輸入），有哪些信號(hào)需要由 PLC進(jìn)行控制（輸出），并且要清楚所有輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的形式。

PLC選型 進(jìn)行了I/O分配后，已經(jīng)大體知道了PLC所控制的規(guī)模 （即控制系統(tǒng)的I/O總點(diǎn)數(shù)），用戶可以根據(jù)系統(tǒng)控制規(guī)模以及控制要求來(lái)選擇適當(dāng)?shù)腜LC型號(hào)。

硬件接線設(shè)計(jì) 對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行I/O分配后，就需要設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的硬件接線。

配電柜設(shè)計(jì)（選擇）設(shè)計(jì)好硬件接線圖以后，需要統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)中所需要的低壓元器件，然后，設(shè)計(jì)或選擇合理的配電柜，并進(jìn)行裝配。

編程并模擬調(diào)試 PLC程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和I/O分配確定的各種輸入/輸出信號(hào)，依據(jù)各種變量的邏輯關(guān)系編制PLC控制程序。

現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試 PLC控制系統(tǒng)的功能能否滿足控制要求，需要經(jīng)過(guò)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的檢驗(yàn)才能得出結(jié)論。如果經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)控制功能有錯(cuò)誤或者不能滿足指標(biāo)，需要修改程序，在特殊情況下，可能還需要修改硬件設(shè)計(jì)。

整理技術(shù)資料和文檔，編寫操作和維護(hù)說(shuō)明書，驗(yàn)收后交付用戶使用 如果控制系統(tǒng)通過(guò)了試運(yùn)行期的檢驗(yàn)，已經(jīng)可以正常工作，之后的工作就是需要保存程序，將整個(gè)控制系統(tǒng)的控制要求、I/O分配、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、元件明細(xì)都整理成冊(cè)，作為資料保存，以便于控制系統(tǒng)日后維修、保養(yǎng)、改造。

可以說(shuō)，PLC課程的工程實(shí)踐能力，從始至終是貫穿體現(xiàn)在這八個(gè)階段內(nèi)的。

PLC課程工程實(shí)踐能力欠缺的原因

影響PLC課程工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的因素很多。

首先，PLC課程內(nèi)容的設(shè)置?，F(xiàn)在的PLC課程，往往是花費(fèi)了很多的課時(shí)講解各種PLC的工作原理以及指令功能，但是對(duì)于指令應(yīng)用、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安全因素等方面關(guān)注很少，很多學(xué)生知道PLC的很多指令，但是卻不知道這些指令該在什么時(shí)候、什么場(chǎng)合、什么條件下使用，使用什么樣的指令會(huì)使系統(tǒng)更加安全可靠。

其次，PLC課程所使用的實(shí)踐平臺(tái)對(duì)學(xué)生建立工程實(shí)踐能力具有重要的影響。PLC課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵱?xùn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置來(lái)進(jìn)行，限于資金和環(huán)境等因素，并不能利用一個(gè)實(shí)踐平臺(tái)完全復(fù)現(xiàn)各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的控制過(guò)程，所以一般的實(shí)踐平臺(tái)只是用來(lái)模擬工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的一部分，甚至于簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置上完全利用一些指示燈代替工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這樣做是雖然降低了設(shè)備投入成本，但是卻無(wú)法模擬某些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工作環(huán)境，有些在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可能發(fā)生的故障因素就更無(wú)法體現(xiàn)。如果學(xué)生不知道這一點(diǎn)，那么，他在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)可能就不會(huì)考慮采取相應(yīng)的對(duì)策。

再次，師資條件是影響學(xué)生獲得工程實(shí)踐能力的一個(gè)重要因素。因?yàn)榻處熓且龑?dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)PLC課程的主要領(lǐng)路人，如果教師本身就沒(méi)有工程實(shí)踐能力，沒(méi)有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，那么，他就很難向?qū)W生傳授相關(guān)的工程實(shí)踐能力。在德國(guó)，規(guī)定了從事職業(yè)教育的教師必須在工廠或企業(yè)的生產(chǎn)一線工作過(guò)3～5年以上。這無(wú)形中保證了教師自身具備工程實(shí)踐能力，并有能力和經(jīng)驗(yàn)，可以成為工程實(shí)訓(xùn)教師向?qū)W生進(jìn)行言傳身教。

PLC課程的授課形式也會(huì)影響學(xué)生獲得工程實(shí)踐能力。PLC課程偏重于實(shí)踐應(yīng)用，為了鞏固工程實(shí)踐能力，需要學(xué)生邊學(xué)邊練，這與傳統(tǒng)課程的大篇幅理論講授是完全不同的。所以，需要對(duì)PLC課程的教學(xué)方式進(jìn)行改革，將理論講授與實(shí)踐練習(xí)穿插進(jìn)行，大幅度增加實(shí)踐課時(shí)，以理論知識(shí)引領(lǐng)并指導(dǎo)實(shí)踐過(guò)程，以實(shí)踐過(guò)程來(lái)驗(yàn)證并鞏固理論知識(shí)。

PLC課程工程實(shí)踐能力提高的方法和途徑

為了解決PLC課程工程實(shí)踐能力不足的現(xiàn)象，必須針對(duì)其中的原因?qū)ふ揖唧w的可行的解決方法。首先，對(duì)于PLC課程內(nèi)容，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)男抻喓驼{(diào)整，以適應(yīng)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。現(xiàn)在的PLC課程教學(xué)，一般都是花很多的課時(shí)講解PLC的指令系統(tǒng)，但是真正在工程實(shí)踐應(yīng)用上，對(duì)于PLC指令系統(tǒng)的依賴并不是很高，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)不同的指令實(shí)現(xiàn)同樣的控制作用。PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)PLC指令系統(tǒng)時(shí)，一般都是分類提供多條功能類似的指令，只要使用者掌握了該類指令的其中一條指令使用方法，其他指令自然理解。所以PLC課程的教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)該側(cè)重于講解PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及控制方法，而不是指令系統(tǒng)。

為PLC課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐平臺(tái)，也應(yīng)該貼近工程實(shí)踐應(yīng)用。但是，對(duì)于一個(gè)初學(xué)者，可能會(huì)因操作失誤損壞PLC主機(jī)，所以，應(yīng)該開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一種類似于工程項(xiàng)目，又具備一定保護(hù)功能的PLC工程實(shí)踐應(yīng)用平臺(tái)。從PLC課程實(shí)踐環(huán)節(jié)開(kāi)始，就灌輸關(guān)于工程實(shí)踐意識(shí)，按照工程實(shí)踐的步驟，規(guī)范而標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行下去，包括標(biāo)準(zhǔn)化制圖，設(shè)計(jì)并安裝，標(biāo)準(zhǔn)化接線，編程并模擬調(diào)試，建立標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試過(guò)程，從而總結(jié)工廠企業(yè)對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量、功能驗(yàn)收的要求，拉近學(xué)校與工廠企業(yè)的距離。

為了提升PLC課程的工程實(shí)踐能力，承擔(dān)PLC課程教學(xué)的教師必須具備豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要考慮到工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)中可能發(fā)生的各種有可能造成控制系統(tǒng)工作不正常的狀況，并在教學(xué)過(guò)程中和學(xué)生一起分析，找出解決問(wèn)題的方法，并進(jìn)行模擬和測(cè)試。

目前，在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)編程時(shí)，幾乎都是使用個(gè)人計(jì)算機(jī)，利用PLC生產(chǎn)廠家提供的編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編程軟件的幫助功能提供了豐富的指令幫助和示例程序，學(xué)生最應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)的是如何利用編程軟件，通過(guò)指令幫助系統(tǒng)和示例程序，了解指令的具體作用，而不是在課堂上聽(tīng)教師花很長(zhǎng)時(shí)間講解某條指令的工作過(guò)程。今后的PLC課程設(shè)置，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生了解某一種型號(hào)的PLC指令系統(tǒng)的分類，要求學(xué)生掌握編程軟件的使用和編程軟件幫助系統(tǒng)，讓學(xué)生掌握在什么時(shí)候，選擇什么樣的指令，可以解決自己面對(duì)的問(wèn)題。PLC課程的考試，如果有條件，也應(yīng)當(dāng)以上機(jī)操作考試為主，允許學(xué)生參考各種工具書、教材等資料，解決一個(gè)具體的工作任務(wù)，以此來(lái)衡量學(xué)生對(duì)PLC課程的掌握程度及其工程實(shí)踐能力水平。如果能夠以任務(wù)驅(qū)動(dòng)法教學(xué)，將PLC課程建立在一個(gè)一個(gè)的任務(wù)基礎(chǔ)之上，則教學(xué)效果會(huì)更加好一些。

結(jié)語(yǔ)

工廠和企業(yè)等用人單位均希望工科專業(yè)的課程設(shè)置，尤其是專業(yè)課程，能夠縮短校企間的距離，使學(xué)生畢業(yè)之后能夠很快勝任工作需求，PLC課程更是如此。雖然PLC課程對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的影響因素有多個(gè)方面，但是，只要對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修訂，利用模擬程度較高的工程實(shí)踐應(yīng)用平臺(tái)，配備具有實(shí)際工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師，為學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)踐條件和氛圍，那么，就一定能夠解決學(xué)生工程實(shí)踐能力欠缺的問(wèn)題。

這樣的經(jīng)驗(yàn)，不僅僅適應(yīng)PLC課程，對(duì)于其他的工科專業(yè)課程也同樣具有積極的借鑒意義。

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