《PLC技術(shù)》實驗教學(xué)內(nèi)容的改革與實驗室建設(shè)

王梅　劉金桂

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

【關(guān)鍵詞】PLC技術(shù)；實踐教學(xué)；實驗室建設(shè)；教學(xué)內(nèi)容

0 引言

《PLC技術(shù)》課程是我校電氣自動化專業(yè)的一門主干課程，工程應(yīng)用性很強，是形成該專業(yè)學(xué)生強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)技能型專門人才。PLC理論知識的掌握程度及工程實踐能力的強弱對學(xué)生的就業(yè)及未來從事相關(guān)技術(shù)的工作起著重要作用。而該課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是該課程的一個重要環(huán)節(jié)，對學(xué)生工程設(shè)計能力，新技術(shù)應(yīng)用開發(fā)能力，創(chuàng)新意識的培養(yǎng)具有不可替代的作用。因此，深化對《PLC技術(shù)》課程實踐教學(xué)的改革，構(gòu)建《PLC技術(shù)》課程實踐教學(xué)新方案具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

1 PLC實踐教學(xué)中存在的問題

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

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

2 PLC實驗教學(xué)內(nèi)容的改革

教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計是教學(xué)改革的核心，實驗是實踐教學(xué)中最基本、最重要的一個內(nèi)容。實驗教學(xué)的改革中，實驗項目的改革特別重要，針對傳統(tǒng)實踐教學(xué)項目內(nèi)容單一、缺乏工程實用性等問題，對PLC實踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了全面改革，在實訓(xùn)項目的選擇上， 既兼顧學(xué)生學(xué)習(xí)程度的差異性， 又考慮項目選擇的典型性。在實驗項目安排上減少基礎(chǔ)性實驗的比例，增加綜合性和設(shè)計性的實驗，構(gòu)建了基礎(chǔ)性、設(shè)計性、綜合性三層實踐教學(xué)內(nèi)容體系，承擔(dān)了我校電氣自動化專業(yè)的實驗教學(xué)、課程設(shè)計、課程實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)任務(wù)，滿足了本專業(yè)的實踐教學(xué)需要，使學(xué)生循序漸進(jìn)地把知識融會貫通。

基本型實驗主要服務(wù)于先期的課內(nèi)實驗，一次課時為2 學(xué)時。基本型實驗內(nèi)容包括：實驗硬件資源配置的認(rèn)識、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)。通過這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使每個學(xué)生都能進(jìn)行PLC接線、編程與調(diào)試，為綜合性設(shè)計性實驗做準(zhǔn)備。

在較好完成基礎(chǔ)性實驗的基礎(chǔ)上引入設(shè)計性實驗[4]，設(shè)計型實驗主要服務(wù)于中后期的課內(nèi)實驗，以及學(xué)期末的課程設(shè)計環(huán)節(jié)，課程設(shè)計環(huán)節(jié)學(xué)時一般為1～2周。設(shè)計型實驗內(nèi)容包括三相異步交流電動機的（包括點動、連續(xù)、正反轉(zhuǎn)、順序啟動、Y—Δ減壓啟動等子環(huán)節(jié)）控制、運料小車的控制、交通燈的控制、 步進(jìn)電機的控制十個實驗項目等。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、編程、調(diào)試。教師負(fù)責(zé)指點、檢查、把關(guān)、答疑。使學(xué)生能夠熟練地進(jìn)行PLC硬件設(shè)計與軟件編程，培養(yǎng)學(xué)生基本專業(yè)技術(shù)實踐技能，提高學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力。

綜合性實驗主要服務(wù)于具有一定難度的課程設(shè)計以及畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，對基礎(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，在課余時間開放實驗室期間進(jìn)行綜合性實驗。綜合性實驗內(nèi)容包括機械手的控制、變頻器的控制、觸摸屏的控制、室內(nèi)溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計、直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計等。通過該環(huán)節(jié)使學(xué)生進(jìn)一步的學(xué)習(xí)PLC的擴展功能，可培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)綜合技能及PLC工程應(yīng)用能力，為今后從事相關(guān)工作打下堅實基礎(chǔ)。

3 PLC實踐教學(xué)基地的建設(shè)與完善

為保證PLC相關(guān)實踐教學(xué)內(nèi)容的正常開展，我們進(jìn)行了PLC 專題及新技術(shù)應(yīng)用的研究，逐步建立起了一套PLC 的實踐基地[3]，包括電氣控制實驗實訓(xùn)室、PLC實驗室、PLC綜合實訓(xùn)室等，利用這些實踐教學(xué)場所及裝置，可依次完成上述實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

電氣控制實驗實訓(xùn)室可以進(jìn)行的實驗實訓(xùn)項目有：低壓電器的認(rèn)識與使用、三相異步電動機的啟動制動控制等，是學(xué)生學(xué)習(xí)PLC技術(shù)課程的一個先導(dǎo)與前提。該實驗室采用傳統(tǒng)的插拔式的接線方法，簡單、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，為PLC技術(shù)課程的學(xué)習(xí)奠定堅實的基礎(chǔ)。

PLC實驗室配備有22套實驗設(shè)備，每套設(shè)備均有三菱FX系列PLC實驗裝置一套、計算機一臺、RS-232或RS-485通信線一根、以及若干實物模型。計算機上安裝有PLC編程軟件、仿真軟件以及組態(tài)軟件、通信驅(qū)動軟件等。實物模型是按一定比例縮小的工程實物，如交通燈模型、電梯模型等，共計十二套不同的模型。實物模型可使實驗更加豐富、形象，可以滿足學(xué)生PLC 的基本實驗教學(xué)以及一些簡單課程設(shè)計、實訓(xùn)、課外科技活動等的需要。但是在該實驗室中，實驗裝置功能簡單、系統(tǒng)無法擴展，無法實現(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、課程實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等。而市售的設(shè)備普遍存在用途單一、價格較高、通用性不強等問題而影響綜合性設(shè)計性實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等實踐教學(xué)工作的有效開展[2]。在電氣控制實驗室以及PLC實驗室中，所使用的設(shè)備和器件都是實驗室專用的裝置，接線方法也采用傳統(tǒng)的插拔式，與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際設(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，營造真實的工程環(huán)境，在實驗室建設(shè)經(jīng)費有限的情況下，我們決定建設(shè)PLC綜合實訓(xùn)室，在綜合實訓(xùn)室中自行配置多功能PLC的實踐教學(xué)平臺以滿足不同實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的多種需要。

PLC綜合實訓(xùn)室共有22套PLC實踐教學(xué)裝置，考慮到PLC作為常用的工業(yè)控制設(shè)備，不僅可獨立運行，還常與計算機、變頻器、觸摸屏、各種電機以及儀表等共同構(gòu)成控制系統(tǒng)[2]。因此每套裝置中不僅配有計算機、通信電纜、PLC主機單元，還配有PLC的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、I/O擴展模塊、變頻器與觸摸屏等，可以擴展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、電機驅(qū)動器等執(zhí)行元件，以方便進(jìn)行步進(jìn)控制或伺服控制用。計算機中裝有PLC編程軟件、仿真軟件、HMI畫面設(shè)計組態(tài)軟件、上位機組態(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)實驗教學(xué)、又可勝任課程設(shè)計、課程實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)任務(wù)。學(xué)生可根據(jù)不同的工程項目、不同的控制要求，靈活增減各種配置、并進(jìn)行有機組合，構(gòu)建所需的控制系統(tǒng)。

在PLC綜合實訓(xùn)室，采用了網(wǎng)孔板式的實訓(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)生真正動手參與到工程實際接線的真實環(huán)境中來，并能深入的了解一個PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計及施工安裝過程，給學(xué)生營造了一個培養(yǎng)工程技術(shù)應(yīng)用能力的教學(xué)環(huán)境。該裝置經(jīng)過多班級多人次的實踐教學(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

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

【參考文獻(xiàn)】

[1]張君霞，戴明宏.三步遞階式PLC實驗教學(xué)[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2010，26.

[2]束長寶，蔣步軍，等.多功能PLC實踐教學(xué)裝置研制[J].實驗技術(shù)與管理， 2014，12. [3]喬俊福.關(guān)于PLC實踐教學(xué)的探討[J].福建電腦，2009，2.

[4]顧桂梅.加強PLC實踐教學(xué)改革 培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才[J].自動化與儀器儀表，2007，2.

[責(zé)任編輯：李書培]