基于工作過程系統化的PLC課程設計與改革探討

作者簡介：黃俊杰（1982-），男，廣東省中山市建斌中等職業技術學校機電科專業教師，主要研究方向：電力拖動、PLC自動化設計、機床維修等。

摘要：PLC的教學要跟隨時代發展的需要進行改革，基于工作過程系統化的教學方法具有不可替代的優勢，傳統的教學模式已經被淘汰。遵循“行動領域—學習領域—學習情境”的開發路徑進行基于工作過程系統化的課程設計，能使學生的學習興趣和主觀能動性得到提高，真正掌握PLC的應用。

關鍵詞：PLC技能培養；工作過程；教學方法

中圖分類號：G712文獻標識碼：A文章編號：1005-1422（2014）06-0042-03可編程序控制器（英文全稱Programmable Logic Controller）簡稱PLC，是以微處理器為核心，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發展起來的一種通用的自動控制裝置，它具有體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強等特點，因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領域中有著廣泛的應用，成為現代工業控制的三大支柱之一。

在傳統的PLC教學中，大都以教師為主體，灌輸理論知識為主，強調理論知識的正確性和嚴密性，存在著理論與實踐相脫節，學生缺乏主動性和創新意識。因此，采取新的教學方法已經迫在眉睫，而基于工作過程的教學方法，則不失為一個有效的途徑。

一、工作過程教學法的優勢

在以往的教學中，學生動手實踐的機會不多，而且總是在講完課之后再專門安排實驗，人為地造成理論與實踐脫節，使學生畢業后很長時間無法獨立工作。基于工作過程的教學方法，把PLC的內容融合到每一個工作過程中，讓學生在每一個工作過程中，自己發現問題、解決問題，從而增進了對PLC應用的理解，自然地掌握知識。在這個過程中，學生成為了學習的主體，他們不再是強記理論知識，而是主動學習，積極思考。如此的反復訓練，學生分析問題、解決問題的能力必能得到有效的提高。

二、工作過程的選擇

一個好的工作過程可以增強學生學習的信心，提高學生的學習興趣。而不恰當的工作過程則會降低學生的學習欲望，比如工作過程過于簡單，學生很容易解決，這樣就會對課程產生不重視的態度，而工作過程過于復雜，學生長時間解決不了，就會產生倦怠的心理，打擊學生的學習積極性。因此選擇適當的工作過程的教學中起到重要的作用。

在選擇工作過程時，我們必須遵循以下原則。第一，工作過程必須精練。選擇的工作過程數量不能多。只需要選擇那些高質量的少數典型工作過程。第二，工作過程必須典型。工作過程要能代表對象的特點，必須有針對性，應該針對所講的教育規律、當前的教育實際和學生的興趣、愛好和接受能力來選擇和編排工作過程。第三，工作過程必須有系統性。在PLC教學中運用的所有工作過程應該相互聯系，由簡單到復雜，分層次地有序地編排。工作過程整體排列結構的合理化能發揮工作過程教學法最大的教育功效。

本文以三菱FX2N系列為機型進行介紹，以自動運料小車的工作過程為例，學生掌握后可舉一反三，觸類旁通。

三、PLC控制系統的設計

盡管PLC的內部結構與微機相似，但其接口、編程語言不一致，因此PLC控制系統的設計過程，需要根據PLC本身的特點、性能進行系統設計。設計一個經濟、實用、可靠、先進的控制系統要遵循以下步驟：

第一步，根據生產的工藝過程分析控制要求；

第二步，根據控制要求，確定所需的用戶輸入、輸出設備，PLC的I/O點數；

第三步，確定PLC的型號；

第四步，分配PLC的I/O點，設計I/O電氣接口連接圖；

第五步，進行程序設計；

第六步，將設計好的程序用計算機輸入，進行編輯和檢查；

第七步，對程序進行調試；

第八步，保存已完成的程序。

四、PLC基于工作過程的教學實例

按照PLC設計的一般步驟，以工作過程的要求展開教學。

自動運料小車的示意圖如圖1所示，其控制要求如下：

（1）小車由電動機驅動，電動機正轉時小車前進，反轉后退。初始時，小車停于左端，左限位開關SQ2壓合。

（2）按下開始按鈕，小車開始裝料。10s后裝料結束，小車前進至右端，壓合右限位開關SQ1，小車開始卸料。

（3）8s后卸料結束，小車后退至左端，壓合SQ2，小車停于初始位置。

（4）具有短路保護和過載保護等必要的保護措施。

圖1運料小車示意圖

圖2運料小車電路示意圖

根據上述的要求，學生很難馬上設計出正確的程序。但如果將以上小車的工作過程簡化為多個小的工作過程，讓學生一步一步理解，一步一步設計，則可達到很好的教學效果。具體思路如下：

第一個工作：小車停于左端，按下起動按鈕X0，小車開始裝料，10s后裝料結束。

第二個工作：裝料結束后，小車前進至右端，停止前進。

對應這兩個工作，程序的輸入輸出分配關系如表1所示，梯形圖如圖2所示，從梯形圖來看，此程序還是比較簡單的，學生可以設計出正確的程序。

表1輸入輸出關系表（I/O分配表）

啟動按鈕：X0停止按鈕：X1行程開關SQ1：X2行程開關SQ2：X3極限限位開關SQ3：X4極限限位開關SQ4：X5第三個工作：小車停止前進后，開始卸料，8s后卸料結束。

第三個工作的梯形圖設計，與前2個工作相比，基本類似，在難度上沒有延伸。此時輸入輸出關系增加了電動機卸料接觸器Y2。

第四個工作：卸料結束后，小車左行，并停在最左端。

圖3運料小車接線圖

此時，程序在輸入輸出關系中又增加了電機反轉接觸器Y1。到此，程序設計基本結束。但是，考慮到有可能發生的短路和過載現象，不僅在硬件上我們要采取措施，在軟件設計中同樣要采取措施，因此對梯形圖還要從全局上進行一定的修改，從而完善程序設計。

圖4自動往復部分程序

最后按照評分表給每位學生進行評分，達到檢測本節課的教學效果的目的。 在整個實施過程中，學生自主學習，是學習的行動主體，教師以行動過程為導向，從知識傳授者轉化為學習過程中的組織者、指導者、協調者。在教學中教師與學生互動，構建自主、協作、開放、競爭的空間，讓學生動起來，讓課堂活起來，全面提高了教學質量。總的來說，本專業在這個學期的一個教學班中進行了學習領域課程的示范性教學，一年來取得良好效果。學生在來源于工作實際、理論與實踐一體化的學習任務中，在培養專業能力的同時也獲得了工作過程知識，關鍵能力和綜合能力得到提高。在這種模式中，學生為了更好地理解所要完成的學習任務，才去學習相關的理論知識，這就調動了學生的主動性和學習興趣。任務完成后，又激發了學生的職業認同感和責任感，這正是職業教育最應該達到的教學效果。參考文獻： ［1］吳銀，王金海，溫如春.PLC技術及應用課程的教學方法探索與實踐［J］.科技廣場，2007（12）. ［2］姜大源.當代德國職業教育主流教學思想研究［M］.北京：清華大學出版社，2007.［3］趙志群.職業教育與培訓學習新概念［M］.北京：科學出版社，2003.

作者簡介：黃俊杰（1982-），男，廣東省中山市建斌中等職業技術學校機電科專業教師，主要研究方向：電力拖動、PLC自動化設計、機床維修等。

摘要：PLC的教學要跟隨時代發展的需要進行改革，基于工作過程系統化的教學方法具有不可替代的優勢，傳統的教學模式已經被淘汰。遵循“行動領域—學習領域—學習情境”的開發路徑進行基于工作過程系統化的課程設計，能使學生的學習興趣和主觀能動性得到提高，真正掌握PLC的應用。

關鍵詞：PLC技能培養；工作過程；教學方法

中圖分類號：G712文獻標識碼：A文章編號：1005-1422（2014）06-0042-03可編程序控制器（英文全稱Programmable Logic Controller）簡稱PLC，是以微處理器為核心，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發展起來的一種通用的自動控制裝置，它具有體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強等特點，因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領域中有著廣泛的應用，成為現代工業控制的三大支柱之一。

在傳統的PLC教學中，大都以教師為主體，灌輸理論知識為主，強調理論知識的正確性和嚴密性，存在著理論與實踐相脫節，學生缺乏主動性和創新意識。因此，采取新的教學方法已經迫在眉睫，而基于工作過程的教學方法，則不失為一個有效的途徑。

一、工作過程教學法的優勢

在以往的教學中，學生動手實踐的機會不多，而且總是在講完課之后再專門安排實驗，人為地造成理論與實踐脫節，使學生畢業后很長時間無法獨立工作。基于工作過程的教學方法，把PLC的內容融合到每一個工作過程中，讓學生在每一個工作過程中，自己發現問題、解決問題，從而增進了對PLC應用的理解，自然地掌握知識。在這個過程中，學生成為了學習的主體，他們不再是強記理論知識，而是主動學習，積極思考。如此的反復訓練，學生分析問題、解決問題的能力必能得到有效的提高。

二、工作過程的選擇

一個好的工作過程可以增強學生學習的信心，提高學生的學習興趣。而不恰當的工作過程則會降低學生的學習欲望，比如工作過程過于簡單，學生很容易解決，這樣就會對課程產生不重視的態度，而工作過程過于復雜，學生長時間解決不了，就會產生倦怠的心理，打擊學生的學習積極性。因此選擇適當的工作過程的教學中起到重要的作用。

在選擇工作過程時，我們必須遵循以下原則。第一，工作過程必須精練。選擇的工作過程數量不能多。只需要選擇那些高質量的少數典型工作過程。第二，工作過程必須典型。工作過程要能代表對象的特點，必須有針對性，應該針對所講的教育規律、當前的教育實際和學生的興趣、愛好和接受能力來選擇和編排工作過程。第三，工作過程必須有系統性。在PLC教學中運用的所有工作過程應該相互聯系，由簡單到復雜，分層次地有序地編排。工作過程整體排列結構的合理化能發揮工作過程教學法最大的教育功效。

本文以三菱FX2N系列為機型進行介紹，以自動運料小車的工作過程為例，學生掌握后可舉一反三，觸類旁通。

三、PLC控制系統的設計

盡管PLC的內部結構與微機相似，但其接口、編程語言不一致，因此PLC控制系統的設計過程，需要根據PLC本身的特點、性能進行系統設計。設計一個經濟、實用、可靠、先進的控制系統要遵循以下步驟：

第一步，根據生產的工藝過程分析控制要求；

第二步，根據控制要求，確定所需的用戶輸入、輸出設備，PLC的I/O點數；

第三步，確定PLC的型號；

第四步，分配PLC的I/O點，設計I/O電氣接口連接圖；

第五步，進行程序設計；

第六步，將設計好的程序用計算機輸入，進行編輯和檢查；

第七步，對程序進行調試；

第八步，保存已完成的程序。

四、PLC基于工作過程的教學實例

按照PLC設計的一般步驟，以工作過程的要求展開教學。

自動運料小車的示意圖如圖1所示，其控制要求如下：

（1）小車由電動機驅動，電動機正轉時小車前進，反轉后退。初始時，小車停于左端，左限位開關SQ2壓合。

（2）按下開始按鈕，小車開始裝料。10s后裝料結束，小車前進至右端，壓合右限位開關SQ1，小車開始卸料。

（3）8s后卸料結束，小車后退至左端，壓合SQ2，小車停于初始位置。

（4）具有短路保護和過載保護等必要的保護措施。

圖1運料小車示意圖

圖2運料小車電路示意圖

根據上述的要求，學生很難馬上設計出正確的程序。但如果將以上小車的工作過程簡化為多個小的工作過程，讓學生一步一步理解，一步一步設計，則可達到很好的教學效果。具體思路如下：

第一個工作：小車停于左端，按下起動按鈕X0，小車開始裝料，10s后裝料結束。

第二個工作：裝料結束后，小車前進至右端，停止前進。

對應這兩個工作，程序的輸入輸出分配關系如表1所示，梯形圖如圖2所示，從梯形圖來看，此程序還是比較簡單的，學生可以設計出正確的程序。

表1輸入輸出關系表（I/O分配表）

啟動按鈕：X0停止按鈕：X1行程開關SQ1：X2行程開關SQ2：X3極限限位開關SQ3：X4極限限位開關SQ4：X5第三個工作：小車停止前進后，開始卸料，8s后卸料結束。

第三個工作的梯形圖設計，與前2個工作相比，基本類似，在難度上沒有延伸。此時輸入輸出關系增加了電動機卸料接觸器Y2。

第四個工作：卸料結束后，小車左行，并停在最左端。

圖3運料小車接線圖

此時，程序在輸入輸出關系中又增加了電機反轉接觸器Y1。到此，程序設計基本結束。但是，考慮到有可能發生的短路和過載現象，不僅在硬件上我們要采取措施，在軟件設計中同樣要采取措施，因此對梯形圖還要從全局上進行一定的修改，從而完善程序設計。

圖4自動往復部分程序

最后按照評分表給每位學生進行評分，達到檢測本節課的教學效果的目的。 在整個實施過程中，學生自主學習，是學習的行動主體，教師以行動過程為導向，從知識傳授者轉化為學習過程中的組織者、指導者、協調者。在教學中教師與學生互動，構建自主、協作、開放、競爭的空間，讓學生動起來，讓課堂活起來，全面提高了教學質量。總的來說，本專業在這個學期的一個教學班中進行了學習領域課程的示范性教學，一年來取得良好效果。學生在來源于工作實際、理論與實踐一體化的學習任務中，在培養專業能力的同時也獲得了工作過程知識，關鍵能力和綜合能力得到提高。在這種模式中，學生為了更好地理解所要完成的學習任務，才去學習相關的理論知識，這就調動了學生的主動性和學習興趣。任務完成后，又激發了學生的職業認同感和責任感，這正是職業教育最應該達到的教學效果。參考文獻： ［1］吳銀，王金海，溫如春.PLC技術及應用課程的教學方法探索與實踐［J］.科技廣場，2007（12）. ［2］姜大源.當代德國職業教育主流教學思想研究［M］.北京：清華大學出版社，2007.［3］趙志群.職業教育與培訓學習新概念［M］.北京：科學出版社，2003.

作者簡介：黃俊杰（1982-），男，廣東省中山市建斌中等職業技術學校機電科專業教師，主要研究方向：電力拖動、PLC自動化設計、機床維修等。

摘要：PLC的教學要跟隨時代發展的需要進行改革，基于工作過程系統化的教學方法具有不可替代的優勢，傳統的教學模式已經被淘汰。遵循“行動領域—學習領域—學習情境”的開發路徑進行基于工作過程系統化的課程設計，能使學生的學習興趣和主觀能動性得到提高，真正掌握PLC的應用。

關鍵詞：PLC技能培養；工作過程；教學方法

中圖分類號：G712文獻標識碼：A文章編號：1005-1422（2014）06-0042-03可編程序控制器（英文全稱Programmable Logic Controller）簡稱PLC，是以微處理器為核心，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發展起來的一種通用的自動控制裝置，它具有體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強等特點，因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領域中有著廣泛的應用，成為現代工業控制的三大支柱之一。

在傳統的PLC教學中，大都以教師為主體，灌輸理論知識為主，強調理論知識的正確性和嚴密性，存在著理論與實踐相脫節，學生缺乏主動性和創新意識。因此，采取新的教學方法已經迫在眉睫，而基于工作過程的教學方法，則不失為一個有效的途徑。

一、工作過程教學法的優勢

在以往的教學中，學生動手實踐的機會不多，而且總是在講完課之后再專門安排實驗，人為地造成理論與實踐脫節，使學生畢業后很長時間無法獨立工作。基于工作過程的教學方法，把PLC的內容融合到每一個工作過程中，讓學生在每一個工作過程中，自己發現問題、解決問題，從而增進了對PLC應用的理解，自然地掌握知識。在這個過程中，學生成為了學習的主體，他們不再是強記理論知識，而是主動學習，積極思考。如此的反復訓練，學生分析問題、解決問題的能力必能得到有效的提高。

二、工作過程的選擇

一個好的工作過程可以增強學生學習的信心，提高學生的學習興趣。而不恰當的工作過程則會降低學生的學習欲望，比如工作過程過于簡單，學生很容易解決，這樣就會對課程產生不重視的態度，而工作過程過于復雜，學生長時間解決不了，就會產生倦怠的心理，打擊學生的學習積極性。因此選擇適當的工作過程的教學中起到重要的作用。

在選擇工作過程時，我們必須遵循以下原則。第一，工作過程必須精練。選擇的工作過程數量不能多。只需要選擇那些高質量的少數典型工作過程。第二，工作過程必須典型。工作過程要能代表對象的特點，必須有針對性，應該針對所講的教育規律、當前的教育實際和學生的興趣、愛好和接受能力來選擇和編排工作過程。第三，工作過程必須有系統性。在PLC教學中運用的所有工作過程應該相互聯系，由簡單到復雜，分層次地有序地編排。工作過程整體排列結構的合理化能發揮工作過程教學法最大的教育功效。

本文以三菱FX2N系列為機型進行介紹，以自動運料小車的工作過程為例，學生掌握后可舉一反三，觸類旁通。

三、PLC控制系統的設計

盡管PLC的內部結構與微機相似，但其接口、編程語言不一致，因此PLC控制系統的設計過程，需要根據PLC本身的特點、性能進行系統設計。設計一個經濟、實用、可靠、先進的控制系統要遵循以下步驟：

第一步，根據生產的工藝過程分析控制要求；

第二步，根據控制要求，確定所需的用戶輸入、輸出設備，PLC的I/O點數；

第三步，確定PLC的型號；

第四步，分配PLC的I/O點，設計I/O電氣接口連接圖；

第五步，進行程序設計；

第六步，將設計好的程序用計算機輸入，進行編輯和檢查；

第七步，對程序進行調試；

第八步，保存已完成的程序。

四、PLC基于工作過程的教學實例

按照PLC設計的一般步驟，以工作過程的要求展開教學。

自動運料小車的示意圖如圖1所示，其控制要求如下：

（1）小車由電動機驅動，電動機正轉時小車前進，反轉后退。初始時，小車停于左端，左限位開關SQ2壓合。

（2）按下開始按鈕，小車開始裝料。10s后裝料結束，小車前進至右端，壓合右限位開關SQ1，小車開始卸料。

（3）8s后卸料結束，小車后退至左端，壓合SQ2，小車停于初始位置。

（4）具有短路保護和過載保護等必要的保護措施。

圖1運料小車示意圖

圖2運料小車電路示意圖

根據上述的要求，學生很難馬上設計出正確的程序。但如果將以上小車的工作過程簡化為多個小的工作過程，讓學生一步一步理解，一步一步設計，則可達到很好的教學效果。具體思路如下：

第一個工作：小車停于左端，按下起動按鈕X0，小車開始裝料，10s后裝料結束。

第二個工作：裝料結束后，小車前進至右端，停止前進。

對應這兩個工作，程序的輸入輸出分配關系如表1所示，梯形圖如圖2所示，從梯形圖來看，此程序還是比較簡單的，學生可以設計出正確的程序。

表1輸入輸出關系表（I/O分配表）

啟動按鈕：X0停止按鈕：X1行程開關SQ1：X2行程開關SQ2：X3極限限位開關SQ3：X4極限限位開關SQ4：X5第三個工作：小車停止前進后，開始卸料，8s后卸料結束。

第三個工作的梯形圖設計，與前2個工作相比，基本類似，在難度上沒有延伸。此時輸入輸出關系增加了電動機卸料接觸器Y2。

第四個工作：卸料結束后，小車左行，并停在最左端。

圖3運料小車接線圖

此時，程序在輸入輸出關系中又增加了電機反轉接觸器Y1。到此，程序設計基本結束。但是，考慮到有可能發生的短路和過載現象，不僅在硬件上我們要采取措施，在軟件設計中同樣要采取措施，因此對梯形圖還要從全局上進行一定的修改，從而完善程序設計。

圖4自動往復部分程序

最后按照評分表給每位學生進行評分，達到檢測本節課的教學效果的目的。 在整個實施過程中，學生自主學習，是學習的行動主體，教師以行動過程為導向，從知識傳授者轉化為學習過程中的組織者、指導者、協調者。在教學中教師與學生互動，構建自主、協作、開放、競爭的空間，讓學生動起來，讓課堂活起來，全面提高了教學質量。總的來說，本專業在這個學期的一個教學班中進行了學習領域課程的示范性教學，一年來取得良好效果。學生在來源于工作實際、理論與實踐一體化的學習任務中，在培養專業能力的同時也獲得了工作過程知識，關鍵能力和綜合能力得到提高。在這種模式中，學生為了更好地理解所要完成的學習任務，才去學習相關的理論知識，這就調動了學生的主動性和學習興趣。任務完成后，又激發了學生的職業認同感和責任感，這正是職業教育最應該達到的教學效果。參考文獻： ［1］吳銀，王金海，溫如春.PLC技術及應用課程的教學方法探索與實踐［J］.科技廣場，2007（12）. ［2］姜大源.當代德國職業教育主流教學思想研究［M］.北京：清華大學出版社，2007.［3］趙志群.職業教育與培訓學習新概念［M］.北京：科學出版社，2003.