《PLC技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

王梅　劉金桂

【摘 要】PLC實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)，課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)，課外科技活動(dòng)，產(chǎn)品、科研開(kāi)發(fā)等[1]，根據(jù)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，結(jié)合企業(yè)對(duì)PLC工作崗位所需職業(yè)能力需要，課題組通過(guò)對(duì)PLC課程問(wèn)題的分析以及教學(xué)過(guò)程中的實(shí)踐，從實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)室管理與建設(shè)兩個(gè)方面進(jìn)行了研究與探索。經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，在教學(xué)中取得了較好的成效，為其他專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)提供了借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】PLC技術(shù)；實(shí)踐教學(xué)；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；教學(xué)內(nèi)容

0 引言

《PLC技術(shù)》課程是我校電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主干課程，工程應(yīng)用性很強(qiáng)，是形成該專(zhuān)業(yè)學(xué)生強(qiáng)電控制能力的核心課程。其目標(biāo)是培養(yǎng)能從事電氣設(shè)備控制線路安裝與調(diào)試、故障檢修和技術(shù)支持等工作崗位的高素質(zhì)技能型專(zhuān)門(mén)人才。PLC理論知識(shí)的掌握程度及工程實(shí)踐能力的強(qiáng)弱對(duì)學(xué)生的就業(yè)及未來(lái)從事相關(guān)技術(shù)的工作起著重要作用。而該課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是該課程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力，新技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力，創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)具有不可替代的作用。因此，深化對(duì)《PLC技術(shù)》課程實(shí)踐教學(xué)的改革，構(gòu)建《PLC技術(shù)》課程實(shí)踐教學(xué)新方案具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

1 PLC實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題

PLC課程應(yīng)用型、實(shí)踐性、綜合性強(qiáng)，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目形式單一、多為驗(yàn)證型，缺少完整 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作，不能滿足學(xué)生對(duì)工程實(shí)際的認(rèn)知，無(wú)法幫助其樹(shù)立完整的控制工程意識(shí)[1]。其次，普通高校由于缺乏資金，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備環(huán)境落后，而制約了實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和質(zhì)量，也無(wú)法勝任復(fù)雜的教學(xué)任務(wù)，如課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，影響了實(shí)踐教學(xué)工作的有效開(kāi)展。

因此，本課題組根據(jù)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，結(jié)合企業(yè)對(duì)PLC工作崗位所需職業(yè)能力需要，從實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)室管理與建設(shè)等方面進(jìn)行了研究與探索，努力給學(xué)生營(yíng)造培養(yǎng)綜合能力的教學(xué)環(huán)境[3]，使學(xué)生深化對(duì)理論知識(shí)的理解，掌握關(guān)鍵技術(shù)，培養(yǎng)工程實(shí)踐能力，有效的提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量[4]，以滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

2 PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革

教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)是教學(xué)改革的核心，實(shí)驗(yàn)是實(shí)踐教學(xué)中最基本、最重要的一個(gè)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革中，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革特別重要，針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目?jī)?nèi)容單一、缺乏工程實(shí)用性等問(wèn)題，對(duì)PLC實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了全面改革，在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的選擇上， 既兼顧學(xué)生學(xué)習(xí)程度的差異性， 又考慮項(xiàng)目選擇的典型性。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排上減少基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的比例，增加綜合性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了基礎(chǔ)性、設(shè)計(jì)性、綜合性三層實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系，承擔(dān)了我校電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、課程實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)任務(wù)，滿足了本專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)需要，使學(xué)生循序漸進(jìn)地把知識(shí)融會(huì)貫通。

基本型實(shí)驗(yàn)主要服務(wù)于先期的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，一次課時(shí)為2 學(xué)時(shí)。基本型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：實(shí)驗(yàn)硬件資源配置的認(rèn)識(shí)、編程軟件的使用、基本指令的練習(xí)、以及梯形圖典型單元、環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)。通過(guò)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使每個(gè)學(xué)生都能進(jìn)行PLC接線、編程與調(diào)試，為綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

在較好完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)[4]，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)主要服務(wù)于中后期的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，以及學(xué)期末的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)一般為1～2周。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括三相異步交流電動(dòng)機(jī)的（包括點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)、正反轉(zhuǎn)、順序啟動(dòng)、Y—Δ減壓?jiǎn)?dòng)等子環(huán)節(jié)）控制、運(yùn)料小車(chē)的控制、交通燈的控制、 步進(jìn)電機(jī)的控制十個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。在該層次的教學(xué)中，教師只提出任務(wù)與要求，學(xué)生自主分析、設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試。教師負(fù)責(zé)指點(diǎn)、檢查、把關(guān)、答疑。使學(xué)生能夠熟練地進(jìn)行PLC硬件設(shè)計(jì)與軟件編程，培養(yǎng)學(xué)生基本專(zhuān)業(yè)技術(shù)實(shí)踐技能，提高學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

綜合性實(shí)驗(yàn)主要服務(wù)于具有一定難度的課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)基礎(chǔ)較好學(xué)有余力的學(xué)生，可根據(jù)自己的興趣或就業(yè)方向自行選題，在課余時(shí)間開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室期間進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括機(jī)械手的控制、變頻器的控制、觸摸屏的控制、室內(nèi)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。通過(guò)該環(huán)節(jié)使學(xué)生進(jìn)一步的學(xué)習(xí)PLC的擴(kuò)展功能，可培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)綜合技能及PLC工程應(yīng)用能力，為今后從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 PLC實(shí)踐教學(xué)基地的建設(shè)與完善

為保證PLC相關(guān)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的正常開(kāi)展，我們進(jìn)行了PLC 專(zhuān)題及新技術(shù)應(yīng)用的研究，逐步建立起了一套PLC 的實(shí)踐基地[3]，包括電氣控制實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室、PLC實(shí)驗(yàn)室、PLC綜合實(shí)訓(xùn)室等，利用這些實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)所及裝置，可依次完成上述實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

電氣控制實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室可以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目有：低壓電器的認(rèn)識(shí)與使用、三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)制動(dòng)控制等，是學(xué)生學(xué)習(xí)PLC技術(shù)課程的一個(gè)先導(dǎo)與前提。該實(shí)驗(yàn)室采用傳統(tǒng)的插拔式的接線方法，簡(jiǎn)單、安全、方便，便于學(xué)生迅速掌握傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，為PLC技術(shù)課程的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

PLC實(shí)驗(yàn)室配備有22套實(shí)驗(yàn)設(shè)備，每套設(shè)備均有三菱FX系列PLC實(shí)驗(yàn)裝置一套、計(jì)算機(jī)一臺(tái)、RS-232或RS-485通信線一根、以及若干實(shí)物模型。計(jì)算機(jī)上安裝有PLC編程軟件、仿真軟件以及組態(tài)軟件、通信驅(qū)動(dòng)軟件等。實(shí)物模型是按一定比例縮小的工程實(shí)物，如交通燈模型、電梯模型等，共計(jì)十二套不同的模型。實(shí)物模型可使實(shí)驗(yàn)更加豐富、形象，可以滿足學(xué)生PLC 的基本實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及一些簡(jiǎn)單課程設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)、課外科技活動(dòng)等的需要。但是在該實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)驗(yàn)裝置功能簡(jiǎn)單、系統(tǒng)無(wú)法擴(kuò)展，無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制要求、不能勝任復(fù)雜的教學(xué)任務(wù)，如復(fù)雜的課程設(shè)計(jì)、課程實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。而市售的設(shè)備普遍存在用途單一、價(jià)格較高、通用性不強(qiáng)等問(wèn)題而影響綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)工作的有效開(kāi)展[2]。在電氣控制實(shí)驗(yàn)室以及PLC實(shí)驗(yàn)室中，所使用的設(shè)備和器件都是實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)用的裝置，接線方法也采用傳統(tǒng)的插拔式，與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際設(shè)備和器件有著較大的差異。

為了滿足PLC多任務(wù)、多功能的控制要求，營(yíng)造真實(shí)的工程環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)有限的情況下，我們決定建設(shè)PLC綜合實(shí)訓(xùn)室，在綜合實(shí)訓(xùn)室中自行配置多功能PLC的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)以滿足不同實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的多種需要。

PLC綜合實(shí)訓(xùn)室共有22套PLC實(shí)踐教學(xué)裝置，考慮到PLC作為常用的工業(yè)控制設(shè)備，不僅可獨(dú)立運(yùn)行，還常與計(jì)算機(jī)、變頻器、觸摸屏、各種電機(jī)以及儀表等共同構(gòu)成控制系統(tǒng)[2]。因此每套裝置中不僅配有計(jì)算機(jī)、通信電纜、PLC主機(jī)單元，還配有PLC的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、I/O擴(kuò)展模塊、變頻器與觸摸屏等，可以擴(kuò)展PLC功能，另外還配有有繼電器等必備的低壓電器可供師生選擇使用，以及電磁閥、各種電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等執(zhí)行元件，以方便進(jìn)行步進(jìn)控制或伺服控制用。計(jì)算機(jī)中裝有PLC編程軟件、仿真軟件、HMI畫(huà)面設(shè)計(jì)組態(tài)軟件、上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件等。通信電纜主要有RS-232、RS-485、USB口轉(zhuǎn)RS422等。這些軟硬件配置既可承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、又可勝任課程設(shè)計(jì)、課程實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)任務(wù)。學(xué)生可根據(jù)不同的工程項(xiàng)目、不同的控制要求，靈活增減各種配置、并進(jìn)行有機(jī)組合，構(gòu)建所需的控制系統(tǒng)。

在PLC綜合實(shí)訓(xùn)室，采用了網(wǎng)孔板式的實(shí)訓(xùn)裝置，每套裝置各設(shè)備元件均安裝在定制的網(wǎng)孔板上，一方面便于靈活組合和安裝接線，另一方面讓學(xué)生真正動(dòng)手參與到工程實(shí)際接線的真實(shí)環(huán)境中來(lái)，并能深入的了解一個(gè)PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工安裝過(guò)程，給學(xué)生營(yíng)造了一個(gè)培養(yǎng)工程技術(shù)應(yīng)用能力的教學(xué)環(huán)境。該裝置經(jīng)過(guò)多班級(jí)多人次的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的使用，表明取得了良好的教學(xué)效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC 實(shí)踐教學(xué)是我校電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教學(xué)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，合理的設(shè)置實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，配備完善的實(shí)踐教學(xué)設(shè)施，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力十分關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)PLC課程問(wèn)題的分析，對(duì)PLC實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，對(duì)PLC實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行了建設(shè)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，在教學(xué)中取得了較好的成效，學(xué)生反饋良好，為其他專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)提供了借鑒和參考。

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[責(zé)任編輯：李書(shū)培]