PLC實驗教學三部曲

范小蘭 趙春鋒 何志苠 陸善婷

[摘 要] 該文分析論證了PLC實驗教學三部曲：學生基于模塊化的實驗設備進行連線和編程，對PLC快速入門;建立一個完整的PLC控制系統，增加學生設計和制作PLC系統的工程意識;最后通過電梯仿真實驗設備使學生對PLC的編程有突破性的掌握。實踐證明，經過這三個步驟的錘煉，學生不僅會對PLC控制系統有一個全面認識，而且能較好地掌握其編程方法。

[關鍵詞] PLC;實驗教學;電梯仿真

[基金項目] 2018年度上海工程技術大學教學建設項目（X201824001）;金課培育計劃

[作者簡介] 范小蘭（1968—），女，山西晉中人，碩士，上海工程技術大學工程實訓中心副教授，主要從事電工電子技術教學與研究。

[中圖分類號] TP273? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）23-0387-02? ? [收稿日期] 2019-11-11

一、引言

“可編程控制器”（PLC）是專門為工業環境下應用設計的，具有體積小、功能強、可靠性高的特點。因此，在工業控制領域應用越來越廣泛，相關的課程是電氣自動化專業的一門專業課，甚至很多非電類專業的工科學生也都在學習這門課程。由于該課程實踐性很強，必須借助實驗環節來使學生理解和掌握PLC的應用。為了達到良好的實驗效果，我們在實際教學中不斷進行摸索，總結出了行之有效的可編程控制器實驗教學三部曲，能夠比較理想地達到實驗教學目的。

二、實驗三部曲

PLC課程教學，一般都是先理論后實踐。通過教師在課堂上的講解，學生已經了解了PLC的結構、原理和簡單程序的編寫。但如果想讓學生理解和掌握PLC的輸入、輸出點的分配乃至接線、復雜程序的編寫以至整個PLC控制系統的設計等方面，必須要通過后續循序漸進的實驗。

（一）初識PLC

對于從未接觸過PLC的學生來說，利用實驗室現有的用指示燈模擬顯示PLC控制對象的實驗教學設備，如圖1所示。在眾多的實驗模塊中，學生可以選擇其中一個來接線并完成程序的調試。從圖1看出，每個模塊主要包括了按鈕和指示燈。按鈕為輸入，指示燈模擬控制對象。當輸入PLC中程序，用導線把按鈕或開關、指示燈與PLC的輸入輸出點連接，然后啟動程序，那么指示燈會模擬PLC控制對象的工作。與實物模型相比，這個實驗臺的優點是成本低，但實驗對象比較單一，不具備良好的人機界面。

（二）對PLC系統的認識

在對PLC參數、指令有了初步認識后，大多學習者對于PLC還是處于似懂非懂的狀態。這主要是由于前面基于模塊的實驗中，輸入輸出電路是完全現成的電路，且這些電路大多是封閉不可見的。只有讓學生從選型、設計、接線、編程到調試進行一個完整的系統設計和調試過程，才能具有對PLC系統的整體認識和掌握。為此，我們讓學生利用創新活動制作了電梯實驗裝置，如圖2所示。與實際電梯裝置比較，這個實驗裝置缺少平層傳感器來感受電梯位置，電梯的上下運行也只是靠指示燈模擬，仍然存在不夠直觀的缺點。但輸入系統、輸出系統與PLC的連接一覽無余，能給學生一個清晰的系統認識。學生能夠通過其明白輸入電路和輸出電路是如何設計并與PLC連接的。

（三）PLC編程水平的提高

為了使學生能更好地掌握編程技巧，讓學生直觀感受到控制對象是如何在自己編寫的程序下對控制對象進行控制的，我們借助了實驗室購買的電梯仿真實驗裝置，圖3為電梯仿真軟件主界面。在計算機屏幕上，電梯的動作直觀，開門、關門、上、下等動作與實際電梯接近。學生下載自己編寫的程序，觀察電梯的動作是否達到自己的預定要求，實驗興趣極大。

本著從簡到難循序漸進的原則，我們讓學生先編寫相對簡單的四層電梯控制程序。在對單部四層樓層電梯的控制了然于胸后，逐步增加難度，嘗試編寫更復雜的程序來控制畫面中的多部電梯和不同樓層數的電梯控制，這樣對PLC的各種指令就有了全面的了解。另外，從圖3不難看出，為了節省硬件資源，這套實驗裝置借助了Profibus-DP通訊模塊來實現PLC與仿真對象的連接，還可以使學習者增加了通訊軟、硬件方面的知識。

三、教學成果

實踐教學的重點是培養學生的高素質工程應用能力。為了檢驗學習成果，我們在實驗中注意選拔優秀學生，鼓勵他們參加一年一度的“西門子杯”中國智能制造挑戰賽。雖然我們是從非電類專業的學生中選出參賽選手，但學生們卻在比賽中取得了令人滿意的成績，其中合理的PLC實驗教學三部曲功不可沒。

四、結束語

實踐證明，經過這三個實驗過程，基本上使學習者對PLC的硬件連接和軟件設計有了全面完整的認識。在這三個過程的實施中，以學生為中心，學習者由淺入深地了解`PLC，既有硬件的學習，又有軟件的深入，是基于成果導向（OBE）的教學過程，是激發學生主動學習和有效學習，教學過程突出學生深度參與、與實踐體驗的實驗教學。

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Three Steps of PLC Experimental Teaching

FAN Xiao-lan，ZHAO Chun-feng，HE Zhi-min，LU Shan-ting

（Engineering Training Center，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China）

Abstract：This article analyzes and demonstrates the three steps of PLC experimental teaching.Based on modular experimental equipment，students can quickly get a rudimentary grasp of PLC by connecting circuit and programming.Then they can analyze a complete PLC control system，which helps increase their engineering consciousness of designing and making PLC system.Finally，students can have a breakthrough grasp of PLC programming by elevator simulation experimental equipment.Practice has proved that with the three steps of learning，students will not only have a comprehensive understanding of the PLC control system，but also have a better grasp of its programming methods.

Key words：PLC;experiment teaching ;elevator simulation