從實(shí)訓(xùn)設(shè)備的開發(fā)論P(yáng)LC教學(xué)中典型工作任務(wù)的提煉

王章寬

廣東省核工業(yè)華南高級(jí)技工學(xué)校，廣東 韶關(guān) 512026

從實(shí)訓(xùn)設(shè)備的開發(fā)論P(yáng)LC教學(xué)中典型工作任務(wù)的提煉

王章寬*

廣東省核工業(yè)華南高級(jí)技工學(xué)校，廣東 韶關(guān) 512026

本文從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，論述了PLC教學(xué)中實(shí)訓(xùn)設(shè)備和實(shí)訓(xùn)任務(wù)等環(huán)節(jié)存在的問題，并結(jié)合學(xué)校情況進(jìn)行教學(xué)設(shè)備開發(fā)，闡述了設(shè)備開發(fā)思路和典型工作任務(wù)的轉(zhuǎn)化過程，從而解決了教學(xué)中模擬實(shí)訓(xùn)不直觀、不綜合等問題，提高了教學(xué)效果和質(zhì)量。

設(shè)備開發(fā)；工作任務(wù)；轉(zhuǎn)化

當(dāng)前很多技工院校都在進(jìn)行一體化教學(xué)實(shí)踐，在一體化教學(xué)中有一個(gè)很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是典型工作任務(wù)的開發(fā)，而典型工作任務(wù)的載體便是相應(yīng)的教學(xué)設(shè)備和場(chǎng)地。有實(shí)力的技工院校可以自行購(gòu)買先進(jìn)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備以及校企合作共同開發(fā)實(shí)訓(xùn)任務(wù)，但也有很多技工院校校企合作不完善或者合作深度不夠，受資金、場(chǎng)地、設(shè)備、師資等因素影響，典型工作任務(wù)不能完全和企業(yè)共同完成，套用別人的任務(wù)也不一定適合自己教學(xué)，所以各學(xué)校還應(yīng)根據(jù)自身的條件和特點(diǎn)開發(fā)相應(yīng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，設(shè)計(jì)出適合自己的典型工作任務(wù)。本文以我校為例，論述實(shí)訓(xùn)設(shè)備開發(fā)的思路以及進(jìn)行典型工作任務(wù)的轉(zhuǎn)化來進(jìn)行PLC教學(xué)。

一、目前PLC教學(xué)存在的問題

(一)模擬教學(xué)偏多，實(shí)際應(yīng)用偏少

PLC課程具有實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣也很高，但也存在一些問題：1.模擬教學(xué)多，學(xué)生學(xué)習(xí)后勁不足。PLC初學(xué)者或基礎(chǔ)教學(xué)時(shí)大多是采用軟件監(jiān)控、按鈕和指示燈模擬運(yùn)行等方式，學(xué)生雖然能進(jìn)行程序的編寫，但是沒有直觀的實(shí)物控制，對(duì)控制技巧以及細(xì)節(jié)應(yīng)用不能很好的處理，更不能直接將所學(xué)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)所用，所以在后期教學(xué)中學(xué)生有時(shí)候也很迷茫，知道PLC的用處大，但是具體怎么應(yīng)用還是不清楚，學(xué)習(xí)后勁不足。2.PLC教學(xué)綜合實(shí)訓(xùn)較少。目前PLC及其相關(guān)的自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各行各業(yè)，僅在學(xué)校里就有較高通用性，例如制冷類專業(yè)的中央空調(diào)或大型冷庫(kù)的智能控制、機(jī)械類專業(yè)大型的機(jī)床設(shè)備、樓宇控制專業(yè)的電梯等。所以在教學(xué)中也應(yīng)該多專業(yè)、多學(xué)科綜合實(shí)訓(xùn)，最好讓學(xué)生在校就能真正將PLC所學(xué)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用，掌握更全面的知識(shí)。

(二)教學(xué)設(shè)備綜合性不強(qiáng)

目前技工院校實(shí)訓(xùn)設(shè)備的來源主要有兩個(gè)途徑，一是購(gòu)買教學(xué)儀器廠家生產(chǎn)的設(shè)備；二是自己設(shè)計(jì)并開發(fā)實(shí)訓(xùn)設(shè)備。很多院校采用的是第一個(gè)途徑，但也存在一些問題：1.專業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備少量購(gòu)買工位不足，不利于教學(xué)，批量購(gòu)買價(jià)格較貴，成本較高；2.一般實(shí)訓(xùn)設(shè)備是進(jìn)行PLC、變頻器、觸摸屏等教學(xué)，實(shí)訓(xùn)科目單一，對(duì)于場(chǎng)地有限的學(xué)校來說利用率不高；3.購(gòu)買的設(shè)備不一定能適用自己學(xué)校的學(xué)生，實(shí)用性不強(qiáng)。

所以對(duì)于規(guī)模較小，場(chǎng)地有限，資金不充足的院校來說，可以采用第二個(gè)途徑，即根據(jù)學(xué)校自身的特點(diǎn)開發(fā)出適合自己的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，最好開發(fā)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備可以多專業(yè)、多學(xué)科共同使用，這樣既能提高設(shè)備和場(chǎng)地的利用率又能進(jìn)行專業(yè)和學(xué)科整合，效果更好，最后根據(jù)開發(fā)的設(shè)備提煉出典型工作任務(wù)從而開展一體化教學(xué)。

二、實(shí)訓(xùn)設(shè)備的開發(fā)及工作任務(wù)的轉(zhuǎn)化

PLC教學(xué)中按照控制對(duì)象的不同一般可以分為彩燈控制、接觸器控制、氣缸(氣動(dòng))控制、電機(jī)控制、傳感器控制等五種典型控制方式，而這些控制對(duì)象又在很多專業(yè)學(xué)科中存在。我校近幾年根據(jù)專業(yè)發(fā)展及課程設(shè)置，將電氣自動(dòng)化、制冷、機(jī)械等專業(yè)教學(xué)資源及教學(xué)場(chǎng)地進(jìn)行整合，學(xué)校教師自行設(shè)計(jì)并開發(fā)了相應(yīng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備并提煉典型的工作任務(wù)用于教學(xué)。

(一)智能型中央空調(diào)實(shí)訓(xùn)設(shè)備

1.設(shè)備開發(fā)思路

在PLC教學(xué)中會(huì)遇到很多知識(shí)點(diǎn)因?yàn)闆]有真實(shí)的環(huán)境和數(shù)據(jù)而不能很好的開展教學(xué)。例如：(1)FX2N-4AD-PT溫度模塊、4DA模擬量轉(zhuǎn)化模塊等特殊模塊應(yīng)用；(2)溫度、壓力、流量等常用傳感器的實(shí)際檢測(cè)；(3)電動(dòng)機(jī)的變頻控制；(4)觸摸屏、PLC、變頻器的綜合應(yīng)用。以上知識(shí)點(diǎn)在傳統(tǒng)教學(xué)中大多采用的是模擬教學(xué)，有的根本就沒有開展特殊模塊教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)也得不到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

同時(shí)這些技能點(diǎn)又在中央空調(diào)中得到了很好的應(yīng)用，所以將電氣自動(dòng)控制技術(shù)和制冷技術(shù)整合，設(shè)計(jì)并開發(fā)了智能型中央空調(diào)實(shí)訓(xùn)設(shè)備。該實(shí)訓(xùn)設(shè)備既可以進(jìn)行制冷專業(yè)實(shí)訓(xùn)，也可以進(jìn)行自動(dòng)化控制實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生擺脫模擬實(shí)訓(xùn)的弊端，進(jìn)行真實(shí)的溫度控制、電機(jī)控制、變頻節(jié)能調(diào)速控制等綜合訓(xùn)練，將所學(xué)及時(shí)轉(zhuǎn)為所用。設(shè)備實(shí)物如圖1所示，變頻節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 智能中央空調(diào)實(shí)訓(xùn)設(shè)備

圖2 變頻節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.典型工作任務(wù)的提煉和轉(zhuǎn)化

根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行過程可以轉(zhuǎn)化為不同的實(shí)訓(xùn)任務(wù)，能夠進(jìn)行直觀的、實(shí)際的訓(xùn)練，解決了以往只能模擬運(yùn)行、仿真實(shí)訓(xùn)的弊端，特別是故障檢測(cè)實(shí)訓(xùn)更有針對(duì)性和實(shí)際效果，可提煉或轉(zhuǎn)化的實(shí)訓(xùn)任務(wù)如表1所示。

表1 中央空調(diào)實(shí)訓(xùn)設(shè)備可提煉的實(shí)訓(xùn)任務(wù)

(二)衛(wèi)生間智能沖水系統(tǒng)

1.設(shè)備開發(fā)思路

我校教學(xué)樓修建時(shí)間較早，公共衛(wèi)生間結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的槽式蹲位便池，沖水裝置原先采用定時(shí)直沖方式，由于水壓和廁所結(jié)構(gòu)的原因，常常出現(xiàn)沖不干凈、異味很大和浪費(fèi)水的情況。為解決以上問題，并結(jié)合專業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)開發(fā)了衛(wèi)生間智能沖水裝置，需滿足的功能有：(1)采用PLC和觸摸屏控制，能進(jìn)行分樓層、分時(shí)段在入廁高峰期進(jìn)行自動(dòng)沖水；(2)能進(jìn)行正常上課、夜晚、假期三種模式相互切換，在夜間和假期人少時(shí)少?zèng)_或者不沖，節(jié)約用水用電；(3)能隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行模式切換，方便檢修和調(diào)試。設(shè)備實(shí)物如圖3所示。

圖3 智能型衛(wèi)生間沖水裝置控制箱

2.典型工作任務(wù)的提煉與轉(zhuǎn)化

設(shè)備的開發(fā)除了解決學(xué)校實(shí)際問題之外，也進(jìn)行了教學(xué)任務(wù)的轉(zhuǎn)化，為教學(xué)服務(wù)。該設(shè)備有24個(gè)彩色指示燈和24個(gè)繼電器，對(duì)應(yīng)控制6個(gè)樓層24個(gè)沖水電磁閥，既有模擬輸出又有實(shí)際動(dòng)作，學(xué)生學(xué)習(xí)基本指令、比較指令、SFC圖、時(shí)鐘指令等知識(shí)點(diǎn)時(shí)可以進(jìn)行很好的實(shí)際應(yīng)用。可提煉的任務(wù)如表2。

表2 智能沖水裝置可提煉的實(shí)訓(xùn)任務(wù)

(三)PLC與變頻技術(shù)工作島

1.設(shè)備開發(fā)思路

我校傳統(tǒng)的PLC與變頻器教學(xué)設(shè)備采用的是板件式，即PLC和變頻器安裝在板件上，并配有按鈕、指示燈及電動(dòng)機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能單一，PLC與變頻器也不能進(jìn)行通訊，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)內(nèi)容較少，不利于PLC新技術(shù)以及一體化教學(xué)，實(shí)訓(xùn)板件和教學(xué)模式都處于被淘汰的邊緣。為了更好的進(jìn)行PLC與變頻器基礎(chǔ)教學(xué)，結(jié)合一體化教學(xué)改革，開發(fā)設(shè)計(jì)了PLC與變頻器技術(shù)工作島實(shí)訓(xùn)設(shè)備，并進(jìn)行一體化實(shí)訓(xùn)室改造。

實(shí)訓(xùn)設(shè)備為六邊形不銹鋼結(jié)構(gòu)，每島6工位，實(shí)訓(xùn)室共九島54工位。每臺(tái)設(shè)備配有PLC、變頻器、電動(dòng)機(jī)各三臺(tái)以及電腦6臺(tái)，能進(jìn)行分組分任務(wù)一體化教學(xué)。設(shè)備及實(shí)訓(xùn)室如圖4、5所示。

2.典型工作任務(wù)的提煉和轉(zhuǎn)化

PLC與變頻技術(shù)工作島配有較多按鈕、指示燈、電動(dòng)機(jī)，后續(xù)升級(jí)后每島又增加了三臺(tái)觸摸屏，對(duì)于PLC基本指令、步進(jìn)指令、SFC圖、應(yīng)用指令的訓(xùn)練以及觸摸屏、變頻器的綜合操作等都可以完成，能夠滿足中、高級(jí)課程教學(xué)。設(shè)備可開展的實(shí)訓(xùn)任務(wù)如表3所示。

圖4 PLC與變頻技術(shù)工作島 圖5 PLC與變頻技術(shù)實(shí)訓(xùn)室

表3 PLC與變頻器技術(shù)工作島可提煉的實(shí)訓(xùn)任務(wù)

(四)氣動(dòng)挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備

1.設(shè)備開發(fā)思路

機(jī)械類課程和電氣自動(dòng)化課程如何結(jié)合一直是機(jī)電一體化專業(yè)研究的重點(diǎn)，但也存在一些問題，例如：(1)傳統(tǒng)的數(shù)控銑課程所加工的零件最后都成為了擺飾品，并沒有進(jìn)行二次應(yīng)用；(2)液壓與氣動(dòng)課程實(shí)訓(xùn)也沒有很好的設(shè)備，購(gòu)買專用設(shè)備利用率也不高；(3)PLC控制實(shí)際的氣缸和機(jī)械動(dòng)作不多，學(xué)生學(xué)習(xí)不夠直觀。基于以上問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了DIY氣動(dòng)挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)，如圖6所示。

圖6 DIY氣動(dòng)挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)

2.實(shí)訓(xùn)任務(wù)的轉(zhuǎn)化

設(shè)備模擬的挖掘機(jī)選用的是氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，區(qū)別于實(shí)際的液壓控制，因?yàn)椴豢紤]較大系統(tǒng)負(fù)載和機(jī)械動(dòng)作控制精度，液壓和氣動(dòng)控制原理和效果相差不大，且氣動(dòng)元件拆卸和清潔方便，便于學(xué)生操作。其中挖掘機(jī)鏟、挖掘機(jī)手臂、駕駛艙、挖掘機(jī)底座、控制箱和面板上的動(dòng)作雕刻圖都是學(xué)生在數(shù)控銑實(shí)訓(xùn)課程中的產(chǎn)品，進(jìn)行了二次利用。該設(shè)備采用PLC控制，可以實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)手動(dòng)、自動(dòng)、多角度動(dòng)作，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)。可提煉的實(shí)訓(xùn)任務(wù)如表4所示。

表4 氣動(dòng)挖掘機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備可提煉的實(shí)訓(xùn)任務(wù)

三、結(jié)束語(yǔ)

教學(xué)設(shè)備的開發(fā)和典型工作任務(wù)的提煉既要結(jié)合學(xué)校實(shí)際又要聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際，本文結(jié)合學(xué)校自身特點(diǎn)開發(fā)教學(xué)設(shè)備，進(jìn)行專業(yè)和學(xué)科整合，充分提高實(shí)訓(xùn)設(shè)備和場(chǎng)地的利用率，并進(jìn)行工作任務(wù)的轉(zhuǎn)化，投入到實(shí)際教學(xué)中去，提高教學(xué)效果和質(zhì)量，對(duì)其他技工院校來說也具有一定的參考價(jià)值。雖然設(shè)備的開發(fā)在精度、工藝美觀度、技術(shù)先進(jìn)性等方面還存在不足，典型工作任務(wù)的提煉還不夠完善和系統(tǒng)，但是對(duì)學(xué)校目前的教學(xué)、教師的能力提升、成果積累等各方面都有很大的幫助，也為以后的繼續(xù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]何紹鵬，練偉新.基于PLC控制的智能沖水系統(tǒng)開發(fā)與教學(xué)應(yīng)用[J].廣東技工教育研究，2014.3.

[2]吳振東，王璐.技工院校專業(yè)教學(xué)設(shè)備研發(fā)體制研究[J].廣東技工教育研究，2014.4.

[3]吳振東.特色氣動(dòng)挖掘機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)臺(tái)設(shè)計(jì)研發(fā)[J].廣東技工教育研究，2014.4.

王章寬，廣東省核工業(yè)華南高級(jí)技工學(xué)校，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向：機(jī)電一體化教學(xué)。

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1006-0049-(2017)06-0071-02