可編程序控制器課程案例教學法創新

張軍濤 鄧蕾

摘 要：可編程序控制器是中職學校機電一體化專業一門很重要的專業課程，該課程具有較強的理論性和實踐性。在傳統教學中，先講解基本指令，再根據動作要求編制程序。學生無法驗證所編程序的正確與否，且不能與實際工程相聯系，教學質量和教學效果無法得到保證。筆者在給機電專業講可編程序控制器課程時，引入了案例教學法，通過教學案例，結合平面軟件和立體軟件的應用，使教學方法得以創新。

關鍵詞：可編程序控制器 案例教學法 教學創新

近年來，在工業自動化、機電一體化及傳統產業技術改造方面，采用了較為先進的可編程序控制器控制方法。可編程序控制器簡稱PLC，它可通過軟件來改變控制過程且編程較為簡單，所以PLC在工業控制中占據了主導地位。PLC技術是中職院校機電專業開設的專業課之一，教材版本以三菱FX2N系列PLC的基本指令應用為主。由于本課程涉及的知識點較多，傳統教學方法是先講基本指令再講程序編制軟件，在無PLC硬件時無法通過設備的運行來驗證程序，因此，這種傳統的教學方式大大降低了教學實效。為了讓學生更好地掌握PLC理論知識和操作技能，筆者在機電專業可編程序控制器課程中采用了案例教學法，就是在PLC課程教學中引入立體軟件（三維動畫仿真軟件）的實際案例。利用案例中可能用到的基本指令，結合實習教學，讓學生體會PLC在平面軟件（GX編程軟件）中的應用，還能讓學生在三維動畫立體軟件中看到動作的結果。通過這種教學方法，充分調動了學生的主動參與性，培養了學生處理實際問題的能力。

一、中職學生PLC學習現狀

1.學習興趣不高

中等職業學校的學生普遍存在基礎差、學習動力不足、缺乏學習激情的問題，若再采用傳統的“填鴨式教學”，老師照本宣科，學生做筆記，課堂教學變成了一言堂，學生的學習興趣無法被激發出來，更不用說讓學生始終保持對PLC的學習興趣了。

2.掌握知識程度不夠

對書本知識，學生靠死記硬背，頂多知道點皮毛而已，對知識的理解深度遠遠不夠。筆者認為敢于對書本、標準答案甚至老師的講解提出質疑，用貼近實際任務的思維來掌握知識，是提高學生理解能力的重要途徑，但實際的情況是學生學習的能力很差，鮮有學生能這樣做。

3.職業能力不足

一名合格的PLC技術人員要具備理論與實踐相結合的綜合能力，但是很多剛畢業的學生在適應職場和真實工作環境方面面臨諸多困難。

二、案例教學法

案例教學法是通過一個具體的教學情境的描述，引導學生對這些特殊情景進行討論的一種教學方法。在分析過程中，學習者自己提出問題，并自己找出解決問題的途徑和手段，從而培養獨立分析問題和解決問題的能力。

案例教學法在能力、素質培養，特別是思維的培養方面，有著成功的經驗。根據實際教學應用，案例教學法非常適合中職院校機電專業開設的PLC課程教學。學生在學習PLC這門課程中將涉及很多指令，而教師不可能面面俱到。因此，通過創新思維，將教學內容富有創造性地滲透到PLC案例教學過程中，培養學生的綜合分析能力和實際操作能力。

GX Developer軟件是三菱公司開發的具有梯形圖仿真的編程軟件，其特點是功能強、適用于現場設備的編程調試，必須與控制設備聯網，如沒有控制設備，該軟件無法實現被控設備的運轉。GX軟件被稱平面編程設計軟件。

三菱三維動畫軟件FX-TRN是三菱電機最新推出的中文版教學軟件，它將虛擬舞臺和專家操作指導結合成一起，這種模擬場景的仿真運行，可以幫助學生全面認識PLC的工作過程，除使學生具備一定的編程能力，掌握基本的編程技巧外，還能讓學生按照實際控制要求進行調試和仿真運行。在仿真運行中可以觀察運行結果是否符合設計要求。同時，在運行中還可以確認各個元件與程序的狀態，適時監控各個元件的工作過程。通過運行監控，學生更好地理解和掌握PLC各個元件的作用，鞏固課堂上所學的理論知識。FX-TRN被稱作立體軟件。

三、案例教學法在可編程序控制器課程中的應用

1.已有基礎

案例教學法的實施是將三維動畫仿真軟件實例引入到PLC課程中，教師要精心準備個案，讓學生在案例的閱讀、分析、討論中建立起一套適合自己的完整而嚴密的邏輯思維方法，以提高學生理論水平和操作能力。

例如在順序控制問題中，要聯系實際情況進行如下控制：

啟動順序為1號電機、2號電機、3號電機順序啟動，停止順序為3號電機、2號電機、1號電機順序停止。這樣控制的目的主要考慮到以下三點實際情況：以防止貨物在帶上堆積；停止順序為3號電機、2號電機、1號電機逆序停止，以保證停車后帶上不殘存貨物；當1號電機或2號電機出現故障停止時，3號電機能隨即停止，以免繼續進料。

對于上述電路控制原理及實際控制要求，學生已在《電力拖動控制線路》（第四版）一書中已學過，對原理及動作過程非常了解，已經熟練地完成了電路的布線和調試，但如何轉到用PLC來控制是本門課程的重點。

2.典型案例實施過程

教師先將本電路可能用到的基本指令如LD、AND、OR、OUT、END，結合實例進行講解，其次再明確PLC主要設計步驟：I/O分配表的確定，外圍接線圖的設計，編程設計及程序的運行調試。

（1）根據控制要求輸入/輸出地址，根據任務地址則有輸入：SB0（X0）1#電機啟動；SB1（X1）2#電機啟動；SB2（X2）3#電機啟動；SB3（X3）2#電機停止；SB4（X4）3#電機停止；SB5（X5）1#電機停止輸出：KM1（Y0）接觸器1；KM2（Y2）接觸器2；KM3（Y4）接觸器3。本案例重點掌握PLC輸入、輸出繼電器編號，明確其配置（輸入、輸出點采用的是八進制）。

（2）畫主回路及外圍接線圖（略）。此學習階段學生在教師的啟發下完成外圍接線圖的設計。此階段的難點：PLC的觸點和按鈕的觸點的對等畫法。解決措施：將PLC的觸點和按鈕的觸點進行比較，包括常開觸點和常閉觸點的對應關系，充分了解它們的作用。

（3）掌握基本指令的作用和梯形圖的編程規則。教師根據電拖控制線路圖，通過GX三菱編程軟件轉換成梯形圖，并將梯形圖整合簡化。在轉化過程中介紹PLC的輔助常開點、常閉點，梯形圖的畫法及編程規則。將轉換的梯形圖通過軟件上的轉換鈕轉換成指令表。

3.案例反饋

通過此案例，學生在實際中理解LD、AND、OR、OUT、END基本指令的應用，以及ANB、ORB的編程技巧。明確梯形圖的設計，重點掌握三菱GX編程軟件的使用。反復練習達到熟練掌握后，教師應結合實際對知識量的多少及拓展知識的前后聯系進行創新應用。

4.拓展案例一

上述案例中，3臺電機分別啟動、分別停止，將控制要求改為順序啟動，一個停止按鈕逆序停止，則減少為一個停止按鈕。

（1）實施案例：為與三維仿真軟件相一致，重新分配I/O地址，列出I/O分配表，則有輸入：SB0（X20）1#電機啟動；SB1（X21）2#電機啟動；SB2（X22）3#電機啟動；SB3（X23）停止按鈕。輸出：KM1（Y0）接觸1；KM2（Y2）接觸2；KM3（Y4）接觸3。從以上分析中可以看出輸入點減少了2個（即增加了一個停止按鈕，減少了三個停止按鈕）。此外畫出外圍接線圖（略）。

（2）設計梯形圖：教師啟發學生設計梯形圖，將梯形圖在三維動畫軟件上進行模擬運行，觀察三條皮帶的動作情況。

（3）案例反饋：通過拓展案例，讓學生學會條件控制點的應用，重點掌握三維動畫軟件的使用。

5.拓展案例二

案例控制要求：通過時間繼電器完成三條皮帶每三秒鐘依次啟動，按下停止按鈕后，三秒鐘依次停止。

（1）重新分配I/O地址，設計I/O分配：根據任務擇優如下分配輸入：SQ1（X3）有料；SQ2（X5）原位；SB0（x20）啟動按鈕；SB2（X22）停止按鈕.輸出：KM1（Y0）接觸器1；KM2（Y2）接觸器2；KM3（Y4）接觸器3；YV（供料電磁鐵）Y7。從以上分析中可以看出輸入點減少為2個，按要求畫出外圍接線圖（略）。

（2）設計梯形圖：由學生自己設計梯形圖，并在三維動畫軟件上調試運行。教師設計的梯形圖僅供學生參考。

（3）案例反饋：通過本案例，讓學生充分理解、熟練掌握定時器TIM的應用方法，并在三維動畫軟件上進行簡單的程序修改。同時對其他指令的理解及使用，也可進一步拓展開來，如指令的應用，從而拓展學生的創新思維能力。

四、小結

采用案例教學法，使學生明確了抽象的理論概念在生產中的具體應用。教師通過可編程序控制器課程的創新教學，利用兩種成熟的教學軟件，縮短了教學情景與實際生產的差距，激發了學生的學習興趣，鍛煉了學生獨立思考、分析問題的能力。通過案例教學法，借助三維動畫軟件由平面教學轉變到立體教學，培養學生逐漸學會了處理綜合性疑難問題，為學生適應今后的工作需要打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]吳金浩，曾慶樂.電氣控制與PLC應用技術[M].北京：電子工業出版社，2009.

[2]高安邦.三菱PLC工程應用設計[M].北京：機械工業出版社，2011.

[3]彭小平.電氣控制PLC應用技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

（作者單位：河北保定技師學院）