基于柔性自動生產(chǎn)線的PLC實驗教學改革研究

吳國強

摘要：“電氣控制與PLC技術”是一門職業(yè)教育和應用型本科教育理論與實操性相結合的基礎性課程，為結合時代需求達到培養(yǎng)應用型人才的課程教育目標，有必要對PLC實驗教學進行改革。本文在實驗室配套柔性自動生產(chǎn)線條件下提出PLC實驗教學的一些改革措施，融理論教學于實驗中，達到教與學的相互促進。

關鍵詞：應用型人才;PLC實驗教學;柔性自動生產(chǎn)線

職業(yè)教育與應用型本科教育旨在為現(xiàn)代大工業(yè)培養(yǎng)應用型人才，應用型人才的培養(yǎng)目標要求學生掌握扎實的理論知識，同時具備實踐基礎與創(chuàng)新能力。“電氣控制與PLC技術”融合現(xiàn)代制造業(yè)最常用的自動化生產(chǎn)中電氣控制PLC技術，該課程強調(diào)實操性，實現(xiàn)控制專業(yè)人才的學與用的無縫銜接。

1、電氣控制與PLC技術教學特點

1.1知識點多

當前“電氣控制與PLC技術”的教材常規(guī)教學內(nèi)容包括低壓電器、電氣控制線路的基礎、電氣控制系統(tǒng)設計、可編程控制器的產(chǎn)生及發(fā)展、西門子系列與三菱系列可編程控制器的原理及基本指令的應用等，知識點繁多。作為一門完整性的理論與實踐課程，按照系統(tǒng)完整性，客觀上也需要有足夠的知識體系來支撐。從理論應用角度而言，電氣控制與PLC這門課的知識點輸入與產(chǎn)出比還是教高，體現(xiàn)出應用型教學實用性的特點。

1.2實驗教學薄弱

（1）重理論輕實驗

電氣控制與PLC技術這門課普遍存在重理論輕實驗的現(xiàn)象，一方面，課程知識點多決定了教師需要在理論教學安排大量時間，結合學生的學習能力，也需要有一個理解的過程。如此教學模式下，難免出現(xiàn)教師講課枯燥，學生學習也抽象。另一方面，相當部分的理論教學任課老師是從高校碩士研究生或博士研究生畢業(yè)直接進入高校教學，教師缺乏工廠實際工作經(jīng)驗，決定了教師只能將大量課時進行照本宣科的理論教學。

（2）實驗師配備少

課程理論課多實驗課少的特點，決定了一些院校配備少甚至不配備專門的實驗師，與此同時，基于實驗教學相對簡單的情形，理論教學的教師親自帶實驗現(xiàn)象普遍，惡性循環(huán)，專業(yè)的實驗師配備更加少，影響實驗教學的質(zhì)量。

（3）實驗設備更新慢

在當前信息化與智能化的時代，工業(yè)生產(chǎn)中技術裝備更新很快，而學校的實驗設備作為固定資產(chǎn)采購，購置后更新緩慢，從而造成實驗設備落后，尤其是PLC技術的實驗設備。學校的PLC實驗教學基本都是采用電腦輸入的方式下載PLC程序，在企業(yè)中基本都是工業(yè)觸摸屏直接輸入。

2、柔性自動生產(chǎn)線下的PLC實驗教學

2.1柔性自動生產(chǎn)線介紹

柔性自動生產(chǎn)線是將微電子學、計算機信息技術、控制技術、機械制造和系統(tǒng)工程有機地結合起來，是一種技術復雜、高度自動化系統(tǒng)，柔性制造技術更是當前機械制造業(yè)適應市場動態(tài)需求及產(chǎn)品不斷迅速更新的主要手段，是先進制造技術的基礎。

作為教學設備研制的自動生產(chǎn)線實訓教學系統(tǒng)，根據(jù)機電類、自動化類、先進制造類行業(yè)、企業(yè)中工業(yè)自動化應用的特點，對各類自動生產(chǎn)線的工作過程和相關的技術進行研究，對工業(yè)現(xiàn)場設備進行提煉和濃縮，并針對實訓教學活動進行專門設計，融機、光、電、氣于一體，包含了PLC、傳感器、氣動、工業(yè)控制網(wǎng)絡、電機驅(qū)動與控制、計算機、機械傳動等諸多技術領域，主控PLC和下位PLC通過網(wǎng)絡通訊技術構成一個完整的多級計算機控制系統(tǒng)，通過訓練，能強化了學生對復雜柔性自動生產(chǎn)線的設計、安裝、接線、編程、調(diào)試、故障診斷與維修等綜合職業(yè)能力。

2.2柔性自動生產(chǎn)線條件下PLC實驗教學

（1）實驗教學設備具體化

傳統(tǒng)PLC實驗教學平臺掛件是信號模擬模塊，學生通過下載運行PLC程序，整個過程只有信號燈的變換，及其簡單、抽象。柔性自動生產(chǎn)線由上料單元、五軸機器人單元、工業(yè)機器人單元等17個模塊單元組成。上述機構單元均安裝在工業(yè)型材桌面上，系統(tǒng)中的機械結構、電氣控制回路、執(zhí)行機構完全獨立，采用工業(yè)標準件設計，每個操作模塊形象具體，更能實現(xiàn)應用型教學的目標。

（2）對實驗師要求高

柔性自動生產(chǎn)線與實際工業(yè)生產(chǎn)線結合度高，模塊多，要求實驗師能夠系統(tǒng)學習、掌握生產(chǎn)線的各個模塊工作機理。與此同時，作為教學設備，面向?qū)ο笫菍W生，學生在使用過程中會遇到各種操作上的問題，由此帶來設備的故障。因此，要求實驗師能夠在實驗實訓教學中，既要深入淺出的帶學生進入正確的實驗操作方式，也要及時解決學生操作過程中出現(xiàn)的硬件、軟件故障問題。

（3）提升學生實驗學習效果

柔性自動生產(chǎn)線應用于實驗教學，告別過去PLC實驗教學中掛件模塊簡單的問題，同時也對學生提出了更高的要求，單機與聯(lián)機運行有助于學生掌握PLC應用于工業(yè)生產(chǎn)的整個過程的同時培養(yǎng)學生的團隊合作精神，極大提升了課程實驗教學效果。

從整個生產(chǎn)線原理看，其控制系統(tǒng)主站采用西門子S7-300（CPU315-2DP），從站采用西門子S7-200（CPU226），各站之間使用ProfiBus-DP總線進行通訊，S7-200從站主要用于控制與驅(qū)動設備層，并對現(xiàn)場反饋的信號進行采集，S7-300主站采集各從站數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)各站運行，并為上位機的監(jiān)控程序提供數(shù)據(jù)，同時系統(tǒng)還配有工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊和10.4英寸彩色工業(yè)觸摸屏，可以完成系統(tǒng)控制網(wǎng)絡的集成。學生在實驗過程中可以現(xiàn)場感受一個現(xiàn)代工業(yè)控制網(wǎng)絡的魅力，大大提高學生的學習主動性、積極性、創(chuàng)造性。

3、柔性自動生產(chǎn)線條件下PLC實驗教學改革措施

在配置柔性自動生產(chǎn)線設備的條件下展開“電氣控制與PLC技術”課程教學，在達到課程教學目標的情況下，可以進行如下PLC實驗教學調(diào)整：

（1）增大實驗教學課時

柔性自動生產(chǎn)線教學系統(tǒng)集成了眾多PLC實操模塊，學生可以借助該系統(tǒng)快速掌握PLC 在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。因此，在“電氣控制與PLC技術”培養(yǎng)計劃中，可以通過課程教學安排的調(diào)整，增加PLC實驗教學的課時比重，融理論教學于實驗教學中，在實驗教學中學習理論知識。目前課程實驗安排8學時，較之前簡單PLC 實驗掛件也顯得不足，現(xiàn)在柔性自動生產(chǎn)線條件下展開PLC實驗教學，單個模塊8個學時已不能達到教學要求，需要增加到24個學時。另外，要實現(xiàn)聯(lián)運要求，教學班級各學生小組都實現(xiàn)各模塊的學習，需要增設一門柔性自動生產(chǎn)線配套的實訓課程。

（2）實行開放式實驗教學

基于柔性自動生產(chǎn)線PLC實驗教學系統(tǒng)在教學過程中具備一定的實踐創(chuàng)新性，僅僅安排課堂教學不能滿足對PLC控制技術感興趣的學生需求。此類學生在實驗案例中往往會產(chǎn)生新的想法，需要大量課余時間進行編程調(diào)試，因此，將柔性自動生產(chǎn)線PLC實驗教學系統(tǒng)設為開放式實驗室，提供給在工業(yè)PLC控制領域有志向的學生，實現(xiàn)應用型院校領域拔尖人才的培養(yǎng)目標。

4結語

將柔性自動生產(chǎn)線引入“電氣控制與PLC技術”課程實驗教學中，理論教學與實驗教學完美融合，符合學生的認知規(guī)律，有利于完善學生的工業(yè)控制技術方面知識體系與能力提升，實現(xiàn)新工科背景下應用型教育的辦學目標。

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（廣西科技大學電氣與信息工程學院 ?廣西柳州 ?545006）