基于PLC 運料小車制作反觀課程改革

崔少軍，王 聰，苗 鵬，王 艷

（汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 汕尾 516600）

PLC 應(yīng)用技術(shù)課程有編寫運料小車控制程序的案例，實際教學(xué)中通過仿真或LED 燈顯示等方法來驗證程序，但缺乏真實的運料小車工作情景，因此利用學(xué)生畢業(yè)設(shè)計完成運料小車教具設(shè)計與制作。設(shè)計過程中需運用電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子技術(shù)等課程內(nèi)容，但學(xué)生很難靈活運用課程知識解決實際問題。現(xiàn)有課程教學(xué)內(nèi)容（教材）與實際應(yīng)用銜接太少，尤其是專業(yè)基礎(chǔ)課，高職教育課程改革勢在必行。

1 PLC 運料小車模型設(shè)計

為了簡化設(shè)計，將運料小車模型所運的“料”用“水”代替，右邊為儲料箱，左邊為用料，小車在平臺上左、右循環(huán)運料，采用PLC 循環(huán)控制往返運行，構(gòu)建起運料小車的工作模型。

制作運料小車實物模型。放料裝置由儲料箱（PVC 材料）和放料電磁閥（洗衣機進水閥改制）構(gòu)成；運料車采用PVC 材料，內(nèi)部安裝卸料電磁閥；牽引裝置采用低速電機驅(qū)動，左右兩邊各固定一個滑輪，牽引線（用松緊帶）連接運料車，同時左右兩邊各安裝一個限位開關(guān)（燃氣熱水器中的微動開關(guān)）；平臺與支架用輕便的膠合板搭建。該運料車輔助電路包括定時顯示、報警、電源、PLC連接電路及到位自動放料電磁裝置等（見圖1）。

2 PLC 運料小車硬件設(shè)計

圖1 PLC 運料小車實物模型

2.1 出料電磁閥設(shè)計

本系統(tǒng)儲料下方的出料電磁閥不能直接用洗衣機進水閥代替。原因有兩個：一是電壓太高（220V交流電）不安全；二是水槽水壓不同于自來水水壓，水壓太小閥門不開啟。解決方案是重新纏繞線圈，采用12V 直流驅(qū)動。根據(jù)“電路基礎(chǔ)”知識，先估算電源功率，確定電流I 小于0.5～0.1A 為宜，由歐姆定律算出漆包線電阻取值范圍在24～120?，根據(jù)匝數(shù)估算長度，再由電阻定律算出漆包線的線徑，確定0.35～0.14mm，根據(jù)漆包線線徑與電流、線徑與電阻對照表，確定線徑和長度，纏好的電磁閥接上12V 電源，通電測試幾分鐘摸線圈不過熱便可（實際工作設(shè)定10 秒出料）[1]。

2.2 小車左行到位卸料系統(tǒng)設(shè)計

在運料小車運行過程中，如何實現(xiàn)運料車碰到左邊限位開關(guān)自動停止同時自動放水的問題，設(shè)計中采用小車內(nèi)的電磁閥接9V 電池與干簧管串聯(lián)，干簧管處于常開，小車運行到左邊碰到限位開關(guān)停止，同時干簧管靠近電磁鐵（固定在支架上，左限位開關(guān)接通電磁體電源），干簧管吸合，小車內(nèi)9V 電源電磁閥開啟卸料，實現(xiàn)完全自動化。此電磁鐵采用 “]”磁芯（老式電視機行輸出變壓器磁芯），選用漆包線的參數(shù)，纏繞方法同上[2]。

2.3 顯示系統(tǒng)與報警系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計采用三菱FX1S-14MT8 入6 出的PLC控制器件，出料、卸料定時顯示的數(shù)碼管都采用PLC 驅(qū)動。因輸出端口不夠故數(shù)顯模塊采用單片機控制。工作結(jié)束報警電路用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中提到的555 音頻振蕩器即可解決此問題[3]。

2.4 電源及電機控制

基于上述各硬件模塊的設(shè)計，除單片機用5 V以外，其余均采用12 V 電壓，采用“模擬電子技術(shù)”課程中的直流穩(wěn)壓電源知識完成電源電路設(shè)計。本設(shè)計選用10 W左右的220V/12V小型變壓器，以7812、7805 為輸出模塊設(shè)計電路即可。運料小車往返運行，即電機能正反轉(zhuǎn)問題，可以結(jié)合“電力拖動技術(shù)”課程中的電機正反轉(zhuǎn)控制技術(shù)進行設(shè)計，本控制通過PLC 分別控制兩個小型直流12 V 繼電器便可實現(xiàn)[4]。

2.5 平臺與支架設(shè)計

支架、儲料盒、運料小車的設(shè)計，運用“機械制圖”課程中的三視圖知識不難完成相關(guān)設(shè)計。支架選用膠合板，儲料盒、運料小車選擇有機玻璃較好，剩下就是裁剪、粘合、組裝技術(shù)。

3 反觀課程教學(xué)內(nèi)容改革

基于上述PLC 運料小車各部分硬件系統(tǒng)設(shè)計可知，解決每個問題的知識、技能都源于已學(xué)的專業(yè)課程，但學(xué)生不能較好地運用所學(xué)課程知識解決實際問題。翻閱現(xiàn)有教材，內(nèi)容還是以傳授知識體系為主。要想學(xué)生學(xué)以致用，在實際教學(xué)過程中應(yīng)面向工作崗位要求，將課程要求的知識、能力的培養(yǎng)融入一個個實訓(xùn)項目中進行教學(xué)。

例如，繼電器、電磁閥等在電路中經(jīng)常遇到，有必要添加到課程教學(xué)中來。如上述運料小車使用的兩種不同電磁閥，有了這方面知識就可自制完成；電容、電感串并聯(lián)諧振內(nèi)容放到高頻電子技術(shù)課程中講授；電路的基本定理、定律與分析方法，直流激勵下的一級動態(tài)電路等知識可在電路基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)課程中通過驗證性實訓(xùn)項目來完成；元器件選用、測量、裝配，電路分析、故障診斷，儀器儀表的使用維護等能力的培養(yǎng)可嵌入到電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)課程的實訓(xùn)項目實施教學(xué)。

經(jīng)過多年教學(xué)實踐，對電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子技術(shù)等課程進行有益的探索和改革，總結(jié)梳理了課程對應(yīng)的知識、能力清單及所對接的實訓(xùn)項目（見表1～4）。

在教學(xué)過程中，通過實訓(xùn)項目將課程各章節(jié)知識有機結(jié)合，學(xué)生更容易接受，可有效提高專業(yè)基本能力，遇到諸如上述PLC 運料小車等電子產(chǎn)品綜合設(shè)計制作，學(xué)生也有能力解決。

表1 電路基礎(chǔ)課程知識、能力、實訓(xùn)項目內(nèi)容對接[5]

表2 模擬電子技術(shù)課程知識、能力、實訓(xùn)項目對接 [6]

4 小結(jié)

由于篇幅所限，本文僅以部分電子類專業(yè)課程為例，淺析了教學(xué)中如何將課程的知識、能力、實訓(xùn)項目有效對接實施教學(xué)，并對課程改革進行了積極的思考和探索。在實際教學(xué)中，不能一本教材講到底，課程內(nèi)容應(yīng)隨新產(chǎn)品、新技術(shù)的出現(xiàn)以及授課對象的不同及時更新實訓(xùn)項目實施教學(xué)，學(xué)生知識、能力、素養(yǎng)的形成最終落腳點還是課程教學(xué)，所以課程改革永遠在路上。

表3 數(shù)字電子技術(shù)課程知識、能力、實訓(xùn)項目對應(yīng)表[7]

表4 高頻電子技術(shù)課程知識、能力、實訓(xùn)項目對應(yīng)表[8]