工業機器人應用與維護專業“PLC技術”課程教學研究

唐翠翠

（深圳技師學院中德智造學院，廣東 深圳 518112）

1 引言

近年來，隨著工業機器人在工業事業中的蓬勃發展，PLC技術在工業機器人控制系統中的應用十分重要[1]，因此，在培養技工院校工業機器人類專業學生的時候將“PLC技術”作為重要的專業基礎課，與傳統的教學方法所不同的是，課程采用小班制教學，20人左右1個班，2人1個組，采取項目教學法，實行過程考核的方式對學生進行評價，基于PLC選用3個不同的硬件平臺作為教學載體，重在培養學生分析問題與解決問題的能力、動手能力，小組合作和自主學習能力，為進一步學習后續專業課程及畢業后從事專業相關工作打下堅實的基礎，接下來將對該課程在教學中的應用進行分析與探討。

2 PLC選型

市場上PLC各大生產商的產品差異較大，編程指令、軟件不通用，由于學校的經費、實訓場地、學生教學時間等的限制，不可能引進眾多不同類型的PLC設備，這也是目前教學中面臨的主要問題。前幾年三菱的PLC在筆者所在地區市場占有率較高[2]，學校引進三菱的產品，但隨著企業的更新換代，它的占有率降低，西門子的產品占據了大部分市場，學校培養的學生要適應市場的需求，另外西門子的產品官方網站上免費的資料庫很全，便于學生自學，這是其他公司所無法比的，因此本課程選擇主流的西門子PLC作為教學內容。西門子PLC有很多型號，之前市場應用比較多的是S7-300/400，但也逐漸進入退市階段，S7-1200/1500是新一代PLC，其中S7-1200具有很高的性價比，價格實惠，功能強大，應用廣泛，其開發平臺是TIA Portal，具有直觀、高效、可靠的特點，深受用戶喜愛[3]，因此，在教學過程中采用西門子S7-1200。

3 項目設置

基于實訓室建設的本課程平臺，網孔板上安裝有西門子S7-1200、開關量輸入輸出拓展模塊、觸摸屏、電源等外圍硬件，控制的對象有3種類型：①控制盒。具有8個開關8個指示燈。②帶有傳送帶的簡約版沖床。③小型自動化生產線。該系統具有供料、加工、搬運和分揀產品功能，由供料單元、正孔加工單元、旁孔加工單元、循環送料轉臺單元、分揀單元組成。基于這3種控制對象設置項目任務，從認識PLC，了解它的內部結構、外圍硬件接線，到TIA Portal軟件的應用，包括參數配置、基本功能塊指令、特殊功能模塊等。通過項目任務對PLC的編程流程，指令應用，按鍵開關、指示燈、傳送帶正反轉、傳感器的控制方式，沖床工作流程，機械臂動作的工藝流程，氣動、步進電機的控制過程有所掌握。

4 教學設計

根據課程設置3個大項目，在具體實施過程中，大項目里面再分小項目。

項目一中，通過認識網孔板上元器件、電氣接線，控制盒的內部電路，讓學生了解實訓平臺硬件電路，并對電路進行基本的檢測與排故；接著掌握梯形圖的組成、會識圖、設計圖，再到讓學生學習TIA Portal軟件平臺的基本應用，教師現場演示，并將相應操作視頻共享給學生。然后編寫簡單的程序來對硬件進行檢測，排除故障。在此過程中學生對PLC的外圍電路接線、排故會有所掌握。硬件一切就緒之后，就可以針對控制盒上的8個燈8個按鈕設置不同的來源于生活的小任務，讓學生在設計、調試程序的過程中知道PLC的奇妙。設置的任務有雙控燈的控制，搶答器、電機星三角啟動，燈按不同順序點亮、停車場控制，小車往復循環運動，十字路口交通燈的控制等。

項目二中，學生了解了簡約版沖床。首先，認識沖床的組成部分，了解沖床的工作原理及輸入輸出接口，對電路進行檢測、排故；然后編程對沖床進行控制，設置的小任務有傳送帶自動循環往返，沖床自動循環往返，物品檢測，帶有物品檢測、傳送、沖壓功能的綜合控制等，讓學生在此過程中掌握傳送帶的控制方式及沖床的工作過程。

項目三是學習小型自動化生產線的控制。首先，學生先了解各單元的結構，找到對應的傳感器、電磁閥等對應的PLC輸入輸出點，對線路進行檢查，I/O對照編程測試，進行信號確認和電路排故；然后按照生產線的生產流程對送料、轉臺、孔加工、機械臂各個單元進行編程調試，最后編寫一個具有黑白物料檢測加工搬運的自動化生產線綜合控制程序。通過項目三讓學生對自動化生產線的工作流程有了很清晰的認識，能對其進行編程調試。完成每一個大項目之后，讓學生進行總結匯報。

5 教學實施

本課程在教學中始終按照學生的認知過程，從易到難層層遞進，讓學生既有成就感，又感覺成就來之不易。教學過程采用“以行動為導向，以工作任務為驅動”，讓學生在做中學，學中做[4]。教師的角色是引路人，當學生已經熟悉軟件的基本應用，外圍硬件的結構組成和調試方法，教師就是布置任務，巡查指導，檢查評分，針對共性問題集中講解，學生通過小組討論、編程實踐，獨立完成任務。對于完成速度快、質量高的小組給予高分，其他組以此類推，這樣大部分學生間就存在競爭，學習氛圍很好。

課程采用小班教學，20人左右，分為10組，在分組的時候先了解學生的特點和以往的成績，小組成員強弱搭配，互幫互助。任務設置有通用任務和拓展任務，有的做的快的學生可以做拓展任務，它屬于加分項，可以激發學生的積極性，同時讓課堂任務比較充實。

教學過程中應用學校引進的教學云平臺，根據項目的特點，布置預習作業、課堂作業、課后作業、小組任務、在線測驗，上傳并且共享教學資源，線上批改作業等，學生用手機從學校官方微信公眾號就可以進入云平臺，不需要另外安裝APP軟件，操作非常方便，學生比較喜歡。在題目設置方面盡量都是以選擇題之類的形式呈現，這樣學生用手機操作比較方便。

完成每一個大項目之后，安排實操考試，單人單工位考，檢驗學生的掌握情況，同時也可以激勵學生的上進心，對于本項目考試不理想的學生可以在下一個項目的學習中更加努力。另外，會安排項目匯報，以小組形式進行，每個小組匯報自己的小組情況、成果展示、經驗交流，尤其是故障檢測和排故、編程思路的經驗分享，各小組可以互相借鑒。課程成績由考勤、實訓室6S、課堂表現、平時任務成績、實操考試成績、理論考試成績、項目匯報多項內容匯總構成。

6 教學效果與反思

該課程實施比較順利，效果不錯，學生的積極性、小組合作能力、發現問題解決問題的能力得到了提升，課程內容充實，能滿足不同學生的需求，學生快樂地收獲知識。云平臺理論知識的布置，讓學生理論知識得到了提升，服務于課堂教學，在保證安全的情況下，教師盡量放手讓學生自己做，讓他們在做中學，學中做。當遇到共性問題時教師再集中講解，會更加吸引學生的注意力。學生相互學習的能力很強，只要有學生會了，他們會相互請教相互學習，共同進步。但在教學過程中也發現了一些不足之處，例如，一個班有兩三個學習能力比較弱的學生跟不上節奏，即使組員已經很用心地在教他了，但還是有些力不從心，他們的成績不太理想，對于這些學生還是需要再想想策略；實訓平臺有的設備由于經常被使用，出現某些功能不全的情況，個別小組要借用其他組的設備進行調試，影響小組的進度和積極性。

7 總結

綜上所述，在“PLC技術”課程的教學過程中，教學內容、教學平臺的選用及教學任務的設置十分重要，配合適合學生的教學方法，因材施教，教師授之以漁，才能達到預期的教學效果，讓學生學有所用，對軟硬件知識都有所掌握，服務后續專業課程，適應社會崗位需求。