在PLC教學中如何培養學生的設計能力

王建華　張群

【摘要】在PLC教學中加強學生設計能力的培養是整個教學的關鍵點，也是難點。在教學中要打破傳統的教學理念，增強學生的參與意識，激發學生的學習興趣，培養學生勇于嘗試、敢于自主探索的能力，提高學生自覺學習、主動學習的能力和分析問題解決問題的能力，增強學生將理論知識運用于實踐的能力。

【關鍵詞】激趣設疑 循循善誘 主動學習 舉一反三 循序漸進 事半功倍

了解PLC的工作原理，具備設計、調試和維護PLC控制系統的能力，已經成為現代工業對電氣技術人員和工科學生的基本要求。本人在多年的教學工作中感覺到，對于我們的學生來說，PLC的設計就是一道坎，不少學生常常手腳無措，不知從何下手，就此結合我多年的教學體會談談如何提高學生PLC設計能力的看法。

一、興趣是最好的老師，學生學習興趣的培養是首要的、關鍵的一環

我們面對的是十幾歲的青少年學生，他們的求知欲和可塑性都很強，對新鮮事物充滿了好奇心和敏感性，因此首次課程的引入是至關重要的，如何激發興趣，讓課程內容牢牢抓住學生的思緒，讓他們感到好奇，從而產生一種想繼續了解探索的欲望，激發起一種本能的學習動力和學習熱情，使學生能夠自覺學習，主動學習，學習效果自然就會事半功倍。比如在課程教學之初可以通過日常生活的常見實例引入，像十字路口交通燈、廣告牌彩燈、電梯等這些與我們日常生活息息相關的實例入手，讓學生對整個課程內容充滿了期待?？删幊炭刂破魇莻鹘y繼電器控制系統的替代產品，我們的學生已經學習過繼電器控制，能體會到傳統繼電器的繁瑣，接線的復雜，因此應把可編程控制器控制與傳統的繼電器控制進行比較，突出可編程控制器的優點，讓學生對PLC控制有全面的了解，充滿期待地去學習。

二、通過應用實例提高學生對PLC的理解，掌握設計的方法和步驟

PLC應用非常廣泛，它不僅僅用于工業生產中，還廣泛應用于日常生活中，為了讓學生易于接受，盡快地進入角色，課程教學中可從生活實例入手，比如十字路口交通燈的控制、洗衣機的控制、自動門的控制等等，這些都是我們日常生活中經常見到的，容易激發學生的學習興趣，在設計過程中，可以采用由易到難，由簡單到復雜，逐步增加設計要求，提高設計難度，讓學生有一個循序漸進的適應過程。

PLC的設計一般分六步完成：詳細了解生產工藝和設備對控制系統的要求，畫出系統的工作循環圖或流程圖及有關信號的時序圖；輸入和輸出設備分配，確定哪些外圍設備是送信號給PLC的，哪些外圍設備是用來接收PLC輸出信號的，完成PLC輸入輸出地址分配；完成PLC程序設計，設計時可以用梯形圖語言，也可用助記符語言；通過編程器或編程軟件把程序傳送到PLC中；對程序進行模擬調試和修改，直至滿足要求為止；程序設計完成后，應進行在線統調。開始先帶上輸出設備，不帶負載進行調試，正常后再帶上負載運行。全部調試完畢后保存已完成的程序。

要建立一個PLC控制系統，首先必須把PLC的輸入輸出數量確定下來，再按需要確定各種控制動作的順序及各控制裝置彼此間的關系，分配輸入輸出設備，作出梯形圖，通過專用軟件輸入計算機并下裝到PLC進行模擬調試、修改，直到滿足控制要求。

設計中，如果程序比較復雜，讓學生一步到位很難，這是可以把整個設計分成多個小塊，設計出多個小程序，再逐步增加難度，把這些程序組合在一起構成完整的設計，學生學起來要容易得多。在應用程序舉例時，力求做到接近實際，突出設計過程、設計方法和思路，以達到對PLC編程的認識和理解。

三、總結PLC設計的一般方法，做到舉一反三、觸類旁通

通過課堂進行的PLC案例設計總是有限的，如何讓學生通過課堂教學掌握PLC設計的一般方法，能夠做到舉一反三，觸類旁通才是至關重要的。其實任何一門學科都是有規律可循的，PLC也不例外。PLC設計的方法歸納起來有以下幾種：

1、經驗設計法

經驗設計法是用繼電器電路圖的方法來設計比較簡單的開關量控制系統的梯形圖，即利用一些典型控制環節和基本控制電路，根據被控對象的要求，依靠經驗直接用PLC設計電氣控制系統，設計中不斷地修改和完善梯形圖來滿足生產機械和工藝過程的控制要求。這種方法對于有繼電器控制電路基礎的人非常適用，它沒有普遍的規律可循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結果不是唯一的，設計所用的時間、設計質量與設計者的經驗有很大的關系，在設計復雜程序時容易出現設計漏洞，一般用于較簡單的梯形圖的設計。

2、邏輯設計法

邏輯設計法是以邏輯組合的方法和形式來設計電氣控制系統，這種方法既有嚴密可循的規律性和明確的步驟，又具有簡便、直觀和十分規范的特點。從某種意義上說，PLC是“與”、“或”、“非”三種邏輯代數的組合體，而梯形圖程序的基本形式也是“與”、“或”、“非”的邏輯組合，當一個邏輯函數用邏輯變量的基本運算式表示出來后，實現該邏輯功能的線路也隨之確定，并可進一步由梯形圖直接寫出對應的指令程序表。但邏輯設計法的缺點是設計難度大，不易掌握。

3、順序功能圖設計法

順序功能圖又叫SFC或狀態轉移圖，它是專用于工業順序控制程序設計的一種功能說明語言，是完整地描述控制系統的工作過程、功能和特性的一種圖形，它適合于順序控制的標準化語言，利用順序功能圖進行程序設計，具有簡單、規范、通用的優點，不僅使梯形圖變得容易，而且初學者容易掌握，對于有經驗的設計者也會提高設計效率，程序的調試、修改和閱讀也很方便，有一定的方法和步驟可循。

4、計算機輔助編程設計法

計算機輔助編程可以把梯形圖直接譯成指令形式，可進行在線編程，遠距離編程，也可離線編程，有些還具有網絡監控等更強大的功能，計算機輔助編程設計法代表著PLC應用程序設計方法今后的發展方向。

總之，PLC的程序設計是將其應用到實際的生產過程和生產機械控制的最為關鍵的一環，也是整個電氣控制系統設計的核心，隨著PLC自身功能不斷增強，PLC應用系統也越來越復雜，對PLC應用系統設計人員的要求也越來越高。對于初學者來說，教師是引導者，是指路人，如何激趣設疑，循循善誘，讓學生快速進入角色，讓學生在設計中體會到快樂，自覺學習，主動學習，是我們課程教學的難點和關鍵點。

參考文獻：

[1]楊青杰.三菱FX系列PLC應用系統設計指南.機械工業出版社.

[2]史宜巧.PLC控制系統設計與運行維護.機械工業出版社.