技校PLC課程教學(xué)實(shí)踐分解

文/鄭龍華

世界上第一臺PLC由美國數(shù)字設(shè)備公司研制開發(fā)并成功用于汽車生產(chǎn)線上，它取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制后，PLC很快在美國其他工業(yè)領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。隨著PLC與傳感器、變頻器的結(jié)合，它的功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。當(dāng)前，PLC自動化控制技術(shù)在大多數(shù)國家的冶金、礦山、機(jī)械、交通、輕工等行業(yè)以及日常生活中得到廣泛應(yīng)用。近年來，許多技校已在機(jī)電類專業(yè)開設(shè)PLC課程。筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，提出幾點(diǎn)思考。

一、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣是關(guān)鍵

技校學(xué)生普遍存在文化基礎(chǔ)知識差、對理論知識學(xué)習(xí)不感興趣等問題，在學(xué)習(xí)專業(yè)課時(shí)，若遇到英文字母，學(xué)生可能看都不看就說自己不行。對于PLC這門課來說，學(xué)生在未入門的情況下，往往會有兩個(gè)錯(cuò)誤認(rèn)識：一是認(rèn)為該課程與英語（指令表）有關(guān)；二是認(rèn)為該課程與制圖（梯形圖）有關(guān)。這些都使得學(xué)生在學(xué)習(xí)PLC課時(shí)產(chǎn)生畏難情緒，這就要求教師應(yīng)當(dāng)從以下幾方面入手，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（一）就業(yè)前景激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)今是信息時(shí)代、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，教師應(yīng)通過各種渠道，獲取與本課程相關(guān)的資料，列舉PLC在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)及日常生活中廣泛應(yīng)用的例子，并盡可能地給學(xué)生提供到企業(yè)特別是大型企業(yè)實(shí)地參觀或與企業(yè)員工交流的機(jī)會，讓學(xué)生了解其就業(yè)的大好前景，激起他們的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生對PLC這門課的認(rèn)識不再只停留在抽象的概念上。

（二）多媒體教學(xué)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。每個(gè)教師都知道，所謂的教學(xué)難點(diǎn)是指學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中難以理解、掌握的知識點(diǎn)或技能。學(xué)生在學(xué)習(xí)上遇到困難，除學(xué)生的主觀原因外，很多時(shí)候還來自學(xué)生對客觀現(xiàn)象缺乏實(shí)際感受，由于感性知識太少，很難完成從感性認(rèn)識到抽象概念的飛躍。PLC的特點(diǎn)之一是邏輯性、抽象性強(qiáng)。教師在教學(xué)中應(yīng)盡量使用多媒體教學(xué)設(shè)備，這樣不僅節(jié)約了很多時(shí)間，而且更直觀、生動，學(xué)生更易接受。在條件允許的情況下，我們可以用PS軟件或flash軟件，把PLC要實(shí)現(xiàn)的功能用動畫方式生動形象地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生能更好地理解PLC要實(shí)現(xiàn)的功能，從而設(shè)計(jì)出可行的梯形圖。三棱PLC自帶動畫軟件，它不僅有詳細(xì)的控制要求，而且有一幅幅可以動的畫面，教師在授課時(shí)借助它激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

通常新學(xué)期的第一節(jié)PLC課，筆者不是按教材順序先介紹PLC的硬件、軟件設(shè)備及結(jié)構(gòu)等，而是先把學(xué)生帶到實(shí)訓(xùn)室，演示幾組常見的適用動畫給學(xué)生看（如動感舞臺、車庫自動門控制、小區(qū)門口監(jiān)控感應(yīng)系統(tǒng)等），用直觀的畫面吸引學(xué)生的眼球，激起學(xué)生的求知欲，使之變被動學(xué)習(xí)為主動探究，提高學(xué)習(xí)興趣。

圖1

三棱PLC自帶動畫軟件中的小區(qū)門口監(jiān)控感應(yīng)系統(tǒng)模擬畫面和梯形圖。當(dāng)有人進(jìn)前時(shí)，傳感器X0接到信號，則指示燈Y1點(diǎn)亮，一直到出口傳感器X1感應(yīng)到人的信號5秒后，指示燈Y1才熄滅。當(dāng)有車進(jìn)前時(shí)，傳感器X2接收到信號，則指示燈Y4點(diǎn)亮，一直到出口傳感器X3感應(yīng)到車的信號5秒后，指示燈Y4才熄滅，若車沒有在10秒鐘內(nèi)通過傳感器X2和X3之間的區(qū)域，則紅燈Y3被點(diǎn)亮，而且蜂鳴器Y7接通報(bào)警，等到出口傳感器X3感應(yīng)到車的信號后蜂鳴器停止，5秒后指示燈Y4才熄滅（見圖一）。

教師寫入正確的程序，再演示給學(xué)生觀看，學(xué)生看到通過教師的控制，畫面不僅能動，而且指示燈能亮、蜂鳴器能叫，學(xué)生覺得挺帶勁的，希望自己也能實(shí)現(xiàn)這樣的控制，如此就為PLC的學(xué)習(xí)打開良好的開端。

（三）互動教學(xué)激起學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)即包含教師的教，也包含學(xué)生的學(xué)，因此需要教學(xué)互動。教學(xué)互動可以是師生互動、生生互動、教學(xué)內(nèi)容與媒介之間的互動。課堂上比較常用的是師生互動和生生互動。師生互動可以是簡單的教師問、學(xué)生答，學(xué)生問、教師答，教師指導(dǎo)、學(xué)生實(shí)踐，也可以設(shè)置根據(jù)課堂情況一個(gè)場景，師生一同參與、一同探討、最終得出正確結(jié)論。生生互動一般是以小組討論、小組競賽、小組合作的方式進(jìn)行。在學(xué)生實(shí)踐的環(huán)節(jié)，更應(yīng)注意加強(qiáng)互動教學(xué)，這個(gè)環(huán)節(jié)不僅是老師傳授給學(xué)生編程方法等內(nèi)容，學(xué)生也可以通過老師給出的任務(wù)書，從各方面獲取資料，充分發(fā)揮自身的創(chuàng)造力去設(shè)計(jì)、完成指定任務(wù)。這樣不僅鍛煉了學(xué)生的思維能力，而且在完成任務(wù)書的同時(shí)，學(xué)生不知不覺地學(xué)會了解決問題的方法，在這過程中還增強(qiáng)了學(xué)生之間的信息交流，培養(yǎng)學(xué)生互助合作精神。總之，教師在三尺講臺上要讓每個(gè)學(xué)生都扮演一定的角色，擔(dān)負(fù)一定的責(zé)任，就能激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

二、建立PLC梯形圖的概念

學(xué)生剛接觸梯形圖時(shí)會有一種摸不著邊的感覺，如果學(xué)生找不到入門點(diǎn)，即使有再高的學(xué)習(xí)興趣恐怕也只能敗興而歸。因此，筆者認(rèn)為建立起PLC梯形圖的概念是非常重要的。經(jīng)驗(yàn)法是讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)建立起梯形圖概念的行之有效的方法。

PLC發(fā)展初期是沿用設(shè)計(jì)繼電器電路圖的方法來設(shè)計(jì)梯形圖，即在已有的繼電器電路圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)對被控制對象的控制要求，不斷地修改完善成梯形圖。這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循，設(shè)計(jì)者一定要掌握繼電器控制線路基礎(chǔ)知識，通過設(shè)計(jì)者對繼電器的控制的經(jīng)驗(yàn)，把設(shè)計(jì)繼電器控制思維轉(zhuǎn)化為PLC梯形圖設(shè)計(jì)思維。特別是在PLC入門學(xué)習(xí)的時(shí)候，這種方法能夠很快讓學(xué)生建立起梯形圖的模型。例如，教師可以從電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)行控制開始（見圖2），先分析其工作原理，當(dāng)按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2時(shí)，接觸器KM1線圈得電，其輔助常開觸頭閉合自鎖，主觸頭閉合，電動機(jī)連續(xù)運(yùn)行，若要讓電動機(jī)停止運(yùn)行，只要按下停止按鈕SB1，接觸器KM1線圈失電，主觸頭和輔助常開觸頭復(fù)位，電動機(jī)失電停止。

圖2

第二步講解PLC內(nèi)部各類等效繼電器的線圈和觸點(diǎn)與繼電器線圈和觸點(diǎn)的圖形符號比較（見圖3）。

圖3

第三步把上面的電路轉(zhuǎn)化為梯形圖（見圖4），并上機(jī)仿真運(yùn)行、分析，學(xué)生就能看到，當(dāng)按下開關(guān)X2時(shí)，Y1得電，當(dāng)松開X2時(shí)，Y1仍得電，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行；當(dāng)按下開關(guān)X1時(shí)，Y1失電，電機(jī)停止運(yùn)行。學(xué)生覺得這與繼電器控制原理相似，比較容易接受。

圖4

在連續(xù)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提出問題，如何用PLC控制，讓電動機(jī)能正轉(zhuǎn)也能反轉(zhuǎn)？學(xué)生根據(jù)接觸器正反轉(zhuǎn)控制電路很快就能設(shè)計(jì)出反轉(zhuǎn)控制梯形圖（見圖5）。

圖5

如此一來，學(xué)生覺得梯形圖并不是那么抽象和難以設(shè)計(jì)的，這時(shí)再給學(xué)生補(bǔ)充梯形圖的組成部分和畫圖的注意事項(xiàng)等知識，加深學(xué)生印象，梯形圖的概念就建立起來了。

應(yīng)該注意的是，經(jīng)驗(yàn)法是在繼電器電路基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)移而來的，因此就要求在機(jī)電類專業(yè)排課時(shí)《PLC》與《電力拖動》不能在同一學(xué)期同時(shí)開課，曾經(jīng)有一學(xué)期，學(xué)生沒有繼電器控制電路基礎(chǔ)知識，學(xué)起PLC來非常費(fèi)勁，這樣就很難達(dá)到預(yù)期效果。

三、合理采用課題式教學(xué)法

課題式教學(xué)是將學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)和研究貫穿于課堂教學(xué)的一種教學(xué)模式，其主要是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下開展的學(xué)習(xí)、研究、討論和設(shè)計(jì)，把教、學(xué)、實(shí)踐三者有機(jī)地結(jié)合在一起。課題式教學(xué)法在PLC教學(xué)過程中比較適用，PLC這門課主要培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，而不是讓學(xué)生死記硬背某個(gè)梯形圖。在教學(xué)過程中，教師可以把某一個(gè)要研究的課題，分解成多個(gè)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的、比較簡單的小任務(wù)，并且預(yù)先分析好難點(diǎn)所在，做好引導(dǎo)工作，使課題的設(shè)計(jì)思路清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生的腦海中，然后讓學(xué)生討論、研究、動手實(shí)踐，最終成功完成整個(gè)課題。如搶答器的控制程序，就可以分成“分臺指示燈”控制、“搶答時(shí)限”控制和“主控臺”控制三個(gè)小程序，設(shè)計(jì)好每個(gè)小程序的梯形圖后，再按題目要求把它們有機(jī)結(jié)合在一起就可以形成完整的梯形圖。

（一）設(shè)計(jì)各分臺指示燈梯形圖（X1、X2、X3為各分臺搶答按鈕，Y1、Y2、Y3為各分臺指示燈符號）：這一塊的難點(diǎn)在于怎樣實(shí)現(xiàn)當(dāng)某一個(gè)搶答按鈕被按下后，其他各個(gè)分臺上的按鈕再按下則為無效信號。老師可以讓學(xué)生自己思考解決問題的方法，也可以提醒學(xué)生在電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行中，怎樣實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)不同時(shí)得電，這樣學(xué)生很快就能想到解決問題的辦法（用觸頭聯(lián)鎖），然后完成，梯形圖（見圖6）。

圖6

（二）搶答時(shí)限控制梯形圖（10秒鐘的搶答時(shí)間）：這一塊的難點(diǎn)在于怎樣設(shè)定10秒的搶答時(shí)間，即在10秒鐘內(nèi)按下?lián)尨鸢粹o為有效搶答，且定時(shí)器不再計(jì)時(shí)，若在10秒鐘內(nèi)無人按下?lián)尨鸢粹o則顯示自動撤銷信號，之后再按下?lián)尨鸢粹o為無效搶答。老師可以提示學(xué)生：①用分臺指示燈的觸頭作為定時(shí)器的停止開關(guān)，②用定時(shí)器的觸頭作為自動撤銷信號的啟動開關(guān)。學(xué)生就能很快設(shè)計(jì)出可行的梯形圖（見圖7）。

圖7

（三）設(shè)計(jì)總電源和搶答開始/復(fù)位的梯形圖：這一塊主要要設(shè)計(jì)總電源和指示燈及搶答開始/復(fù)位的梯形圖（見圖8）。

圖8

把三個(gè)部分的梯形圖組合在一起就形成完整的搶答器控制梯形圖，形成完整的梯形圖（見圖9）。

圖9

在幾個(gè)程序的有機(jī)結(jié)合時(shí)，要考慮題目的總體要求和要實(shí)現(xiàn)的功能。如圖9中的最上面一部分為“分臺指示燈”控制的梯形圖，這一部分與之前的圖6基本相同，但不是完全相同，還要加三個(gè)Y4的常閉觸頭。其作用是要滿足題目要求：“若在10秒鐘內(nèi)無人按下?lián)尨鸢粹o則顯示自動撤銷信號，之后再按下?lián)尨鸢粹o為無效搶答”。即一旦Y4燈亮，則切斷三個(gè)搶答支路，無法再進(jìn)行搶答。這些細(xì)小又不是很難的環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生討論，自行設(shè)計(jì)解決方案，然后上機(jī)實(shí)踐，仿真運(yùn)行，再逐步完善。

應(yīng)該注意的是，這種教學(xué)方法通常要在學(xué)生建立起梯形圖概念、能獨(dú)立完成簡單梯形圖的設(shè)計(jì)并能自行分析控制要求后，才能嘗試運(yùn)用并逐步推廣。

四、適當(dāng)增加實(shí)踐課比例

技校的培養(yǎng)目標(biāo)就是要讓學(xué)生掌握一定的操作技能。若教師上課只是一味地紙上談兵，講解抽象的概念和空洞的理論，而沒有給學(xué)生實(shí)際動手的機(jī)會，那么學(xué)生就無法把理論應(yīng)用到實(shí)踐中去，無法真正掌握操作技能并提高解決問題的能力。因此，教師在授課的過程中應(yīng)該注意理論課與實(shí)踐課的搭配比例，通過學(xué)生自己動手實(shí)踐操作，提高他們發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，為他們學(xué)好PLC 打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而為將來進(jìn)入生產(chǎn)崗位做好準(zhǔn)備。在學(xué)生動手實(shí)踐的過程中，教師應(yīng)巡回檢查指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決學(xué)生在實(shí)踐中遇到的難題，保證教學(xué)效果。