憑借西門子智能邏輯控制器實現太陽能自動跟蹤系統在教學中的應用

孫鵬濤 翟慧

摘 要：本文以調試太陽能自動跟蹤系統為學習任務，通過任務書引導學生利用西門子LOGO！控制技術，實現預期的控制要求，從而達到抽象的知識具體化，解決學生對理論知識缺乏理解和應用的教學難點的目標。

關鍵詞：西門子LOGO！ 太陽能自動跟蹤 過程性調試 控制技術

控制技術課程是中等職業學校電氣技術類專業開設的一門專業核心課程。控制技術課程大致包括西門子LOGO！（西門子工業控制計算機的擴展模塊）控制技術、PLC（可編程序控制器）控制技術、變頻器控制技術等內容。本文所講的控制技術課程采用了西門子LOGO！控制技術，結合職業學校教學實際與生產崗位需求，從工程應用的角度出發，突出了知識的應用性和實踐性;以企業典型案例作為素材，突出了技能培養，提高了教學的針對性。通過學習太陽能自動跟蹤裝置系統，學生能夠掌握主機模塊的檢測及調試、軟件和硬件的調試，并通過LOGO！控制器給出指令，實現對太陽方位的跟蹤。

一、中職學生在控制技術方面實驗能力現狀

中職學校培養的是技能型人才，他們除了要掌握過硬的基礎理論知識外，更重要的是要具備很強的實驗能力。多年的教學實踐證明，中職學生的實驗能力較差，主要表現為：基本操作不規范、實驗裝配不熟練、實驗過程中總結歸納能力不強、實驗結果不重視、對理論知識理解能力較差等。

學生實驗能力差的主要原因有：基礎差、底子薄、實驗態度不認真、不注意實驗習慣和科學態度;學時壓縮、實驗課不能正常開足;調試過程不系統、記錄表格不全面;實驗中過程性考核不完善;實驗枯燥、無法貼近實際案例。

二、實驗裝置總體介紹

建議讓學生主動閱讀工作頁內容，并通過教學訓練培養學生獨立分析、思考、解決問題的能力。

一是根據情境導入，對任務實例進行分析，將發現的問題及理由填入表1中。

二是知識鏈接。該實驗裝置主要包括以下幾個部分：光傳感器模塊、太陽能跟蹤控制模塊、LOGO！主機模塊、LOGO！TD模塊等。光傳感器模塊是利用光敏元件將光信號轉換為電信號;太陽能自動跟蹤控制模塊主要實現太陽方位檢測與轉換;LOGO！主機模塊包含LOGO！主板和LOGO！控制器兩部分，LOGO！主板主要實現內外部信號的傳送及運算，LOGO！控制器主要實現太陽能自動跟蹤程序的控制（見圖1、圖2）。

三、西門子LOGO！太陽能自動跟蹤實驗裝置的調試

學生不僅要學會怎么操作，還要懂得為什么這樣操作。通過教學訓練培養學生獨立分析、查找、記錄、解決問題的能力。

（一）LOGO！編程軟件介紹

這里主要涉及“工作頁5：模擬量放大器”。本次“模擬量放大器”實驗，是基于LOGO！軟件實現的。根據模擬量放大器的性能，轉動AI1～ AI4使模擬量輸出可調，最終達到V1～V4的輸出電壓連續可調。

先在LOGO！上編寫功能塊圖。

一是開始編寫電路程序，從輸出開始編寫，直至輸入結束編寫。

二是當程序編輯完成后，就可以在LOGO！上測試了。按下ESC鍵返回到LOGO！菜單模式，有一個START（啟動），點擊OK，就進入了程序運行階段。

三是根據模擬量放大器的性能，轉動AI1～ AI4，使AQ1模擬量輸出可調，最終達到V1～V4的輸出電壓連續可調。

（二）太陽能自動跟蹤裝置自動運行編程操作

這里涉及“工作頁6：裝置自動運行編程操作”。

1.LOGO！顯示屏的編程使用

硬件連接：如圖1所示，先將LOGO！TD的12V電源線，連接電纜同LOGO！主機模塊相應接口進行連接，然后再將LOGO！的編程電纜同電腦相連接，最后24V/2A直流電源同LOGO！主機模塊相連接，并接通電源。

2.LOGO！控制太陽能自動跟蹤裝置運行編程操作（手動）

硬件連接：如圖1所示，將主機模塊用24針數據電纜相連接，然后再將LOGO！的編程電纜同電腦相連接，最后24V/2A直流電源同LOGO！主機模塊相連接，并接通電源。

提醒：在LOGO！主機模塊上將六個黑色的撥盤開關撥至“D”的位置，將I1～I8八個紐扣開關置于中間“零位”;太陽能自動跟蹤裝置如圖2所示，將撥動開關1和撥動開關2撥向“右邊”位置，同時將電機轉速調節旋鈕逆時針旋到底。

控制要求：當按下LOGO！TD上的“F1”按鈕時，太陽能光電池板逆時針旋轉。 當按下LOGO！TD上的“F2”按鈕時，太陽能光電池板順時針旋轉。

在光電傳感器的輸出信號電壓發生偏差時開通電壓和關斷電壓，即輸出信號電壓5.02V， 開通電壓和關斷電壓為0.2V。在LOGO！顯示屏上顯示輸出信號電壓5.02V，開通電壓和關斷電壓為0.3V。

注意：請再次核對實物現象，并填寫表格。

3.太陽能自動跟蹤裝置自動運行編程操作

硬件連接：與（手動編程操作）上文相同。

控制要求：在實驗室內，當遮光罩罩住上面的光電傳感器時，太陽能光電池板順時針旋轉。當遮光罩罩住下面的光電傳感器時，太陽能光電池板逆時針旋轉。當天氣好、陽光充足時，學生可以在戶外進行太陽能自動跟蹤裝置實驗。

四、課程特色與亮點

一是系統性強。控制技術最大的特點在于應用，但是這一特點常常會在教學中被忽略。 所以要在西門子LOGO！教學中將硬件安裝、電子板檢測、軟件編程及整機調試等知識和LOGO！理論知識進行密切的融合，最終設置一些具有實際意義的應用項目，使學生從中得到鍛煉。

二是連貫性強。將涉及的每個知識點通過一個實際項目貫穿始終。例如在進行設計的過程中，學生應用了LOGO！編程進行仿真調試，不但能夠畫出電器接線圖、接線、調試、運行，而且還能對其中遇到的問題進行分析、解決。

三是習慣滲透。為學生制定適合學情的工作頁。工作頁不僅可以幫助學生快速理解內容，還可以將理論知識和操作技能轉換為書面成果，讓學生養成良好的記錄習慣。

四是角色轉變。本次教學模式的另一個創新之處是教師的角色發生了轉變，教師由傳統的傳授者成為學生的協助者、促進者，對整個教學過程進行設計和組織。所以，教師應引導教學過程，從可控課堂向自由課堂、構建學習轉變， 并建立切實有效的過程性評價機制。

參考文獻：

[1]楊清學，周江.基于西門子LOGO！的智能太陽能跟蹤系統[J].電子技術與軟件工程，2016（6）.

[2]楊晟.基于S7—200 PLC的太陽能電池自動跟蹤實訓系統[J].現代電子技術，2013（21）.

[3]王航宇.基于S7-200PLC在太陽能跟蹤控制系統中的應用[J].電子設計工程，2012（20）.

[4]林青.過程性評價在高校教學管理評價中的踐行[J].山東農業工程學院學報，2015（9）.

[5]萬里瑞.太陽能電池自動跟蹤系統的設計[J].機械工程與自動化，2008（3）.

（作者單位：孫鵬濤，上海信息技術學校

翟慧，上海電子信息職業技術學院）