可编程序控制器实习教学改革问题探究_专业认知实习教学改革
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2011年全省技工教育和职业培训参评论文
可编程序控制器实习教学改革问题探究
作者姓名： 曹啸雷
单 位： 潍柴高级技工学校
通讯地址： 潍坊市奎文区民生东街89号 邮政编码： 261041
可编程序控制器实习教学改革问题探究
摘要：本文针对技工院校的教学特点，分析了PLC实践教学的现状和主要问题，从理论教学、实习教学和综合实训教学几方面对课程改革进行了探讨和研究并提出了建设性方案。由教学实践证明，该方案取得了良好的教学效果。关键词：PLC；可编程序控制器：课程建设；实践
可编程序控制器以其价格便宜、可靠性高、简单易懂、操作灵活等特点得到了各行业控制领域的认同和推广。随着可编程序控制器在各行业的广泛应用，现代企业对PLC技术人员的需求日益增大。对于广大技工院校学生来说，它已不仅仅是一门课程，而是一项实用性较强的技术，掌握了这门技术，毕业后可直接应用于工作实践。
本文对可编程序控制器的现有教学方法进行了详细分析，并从课程教学设计、课程实习、综合实训设计几方面就其教学进行了探讨和研究，希望能使学生深化理论知识，全面掌握PIC技术，从而达到培养高素质的应用型人才的目的。
一、目前高校可编程序控制器实践教学现状及主要问题
笔者在实际教学中选用的可编程序控制器是西门子公司的PLC S7-200，该品牌在国内的市场占有率比较高，此款装置也具有一定的先进性和实用性。但即便是结合具有推广意义的典型产品进行教学，笔者发现教学中仍有很多需要解决的问题：
1、课程内客教学量多与课时有限之间存在矛盾．教材不适用。目前的PLC课程主要包括两方面的内容：一是低压电器控制，二是可编程控制器原理及应用，另外还可能涉及组态软件设计。教学内容众多，且都是实践性很强的项目，但可供教学的课时数却有限，这就造成了两者之问的矛盾。
2、传统的授课方法造成理论与实践脱节。PLC指令的熟悉与掌握建立在编程练习的基础上，目前的教学方式多是在课堂上讲述指令，之后到实验室去做实验，但实验内容并不一定直接与最近讲授的指令相关。这就造成学生上课没有兴趣，实验时叉由于缺乏理论基础而不会编程的窘境。
3、偏重编程练习．对实际项目缺乏整体认识。PLC本来是理论与实践的结合，硬件与软件的统一，可是在实验中，学生主要是了解PLC的软件编程，常进行不必要的重复性编程练习．对其在工业控制中的地位、作用和用法却缺乏整体认识。
4、综合实训项目单一，与实际工作现场出入太大。综台实训的本来目的是对PLC及其相关内容进行整合，使得学生对PLC控制有一个整体认识，但由于在实训设计中缺乏控制对象，实训项目单一，使得学生的实训在很大程度上变成了一种相对复杂的系统的程序设计。
可编程序控制器作为电气自动化专业的重要主干课程之一，具有知识覆盖面广，更新发展速度快，既强调理论又偏重实践，与实际生产和应用紧密结合的特点。学生掌握后，可将这项技术直接应用于工作需要。可是目前的教学和实践存在上述的诸多问题，严重影响了PLC教学效果。分析PLC课程的特点，对PLC的理论教学和实习教学进行改革，对于促进PLC技术的发展和传授具有重大的意义。
二、可编程序控制器教学改革方案
1、教学环节改革
在前期了解的基础上，笔者经过实际的教学实践和分析，认为在教学中或可实施以下措施或方案。
（1）在理论教学中通过运用多媒体教学手段强化感性认识。可先制作出整个课程的多媒体课件，并在其中运用大量的实物图片，使学生对PLC有直观的认识。在教学中则对程序设计加入现场仿真调试，让学生看到直观的运行状态和结果，这样既介绍了软件又能增强了学生的兴趣。另外．也可将理论教学与实物参观相结合，例如在讲PLC硬件时即可带学生到实验室，结合眼前看到的器件，分析PLC的型号、接口特点和I/O地址分配，可取得事半功倍的效果。
（2）以实际应用为主，在软件编程教学中坚持以案例为教学主线。根据教学目标和教学内容．通过典型而实用的案例，引导学生分析、讨论、设计程序，引发学生的学习兴趣。在案例选择上，应根据当前授课内容的重点和难点，注意案例覆盖的知识面，寻找有代表性的案例。这样通过案例分析，学生能够比较容易地了解指令特点，比较深入地掌握授课内容。
2、实验设计
实验设计的总体思路是以学生为主体，教师充当指导者角色。PLC实验大体分为：验证性实验、程序设计实验、设计性实验三大类。验证性实验是基础实验，主要针对基本编程指令设计，目的是使刚接触PLC的学生能够很好地理解PLC的工作方式和它的基本指令用法；程序设计实验是验证性实验和设计性实验之间的过渡，旨在训练学生阅读、分析程序和调试程序的能力；设计性实验是检验学生对已学知识的综合应用能力，在题目选择上要侧重不同的指令编程方法，避免将这类实验变成对一类指令的重复练习。
（1）在验证性实验中，由于梯形图的编写和理解都比较简单，学生只需选做三个开关量控制实验，即基本位逻辑指奇的练习、定时器与计数器指令的使用、顺序控制实验。
（2）读程序和修改程序。复杂的系统，学生下载程序到PLC后能够看到直观的运行教果，又很容易找到程序的症结所在，自然对修改它产生了兴趣。另一方面，学生也能
通过这类程序借鉴他人编程的思路，也为自己日后独立设计程序打下基础。
（3）设计性实验。设计性实验所占比例较大，在实验的选择上，要注意实用性、典型性，同时每个实验针对不同的指令或不同的编程方法．又需要各具重点。教师在实验前，可给予学生适当的提示或给出基本的设计思路或提出程序设计中需要注意的问题，而程序的主体由学生独立完成。
(4)仿真实验。受实验室硬件设备和条件限制，为了给学生提供更多的实践机会，可以指导学生利用仿真软机设计和调试程序。目前大多数公司的产品都提供仿真软件，它不需要实际的硬件设备，就可以扩展教学实验范围，学生学会后也可在自己的电脑上做编程练习和完成习题，从而提高学生的研发能力。
实践证明，采用上述实验方法能明显提高实验课堂效果、学生学习的积极性和主动性。例如在“五相步进电机控制的模拟”的实验中，在修改了实验指导书上的控制要求、给出设计思路后，95位同学做实验，3位同学较早完成了但并没有离开实验室，而是帮助其他同学分析和调试系统。下课时多数同学都实现了控制求，而且从程序来看，各有千秋，总体来说出现了三种完全不同的设计思路。
3、综合实训设计
通过PLC的实验，学生可以掌握PLC的基本编程方法和I/O接口的接线方法，但对于提高学生对实际项目的整体认识，深入了解PLC在控制系统中的作用和用法，它的收效明显不足。而进行综合实训设计，则在这方面具有很好的效果。
(1)设计思路和内容。综合实训设计的总体思路是使学生对控制系统从项目建立、项目分析、项目设计、项目施工到相应电气文档的建立作一个全面的接触和了解。实训内容主要包括：项目分析及项目选择、系统设计、软件分析与设计、项目施工设计、图纸绘制、安装调试、上位机监控界面设计与调试。
(2)实验项目的选择。在实训项目的选择上，既要兼顾不同能力和掌握程度学生的要求，又要兼顾系统的全面性和典型性。经过分析和研究，选定三个课题：交通灯控制系统、电机的顺序启动、停止设计、双容水箱控制系统，这三个系统在电气线路、程序设计上各具特点：交通灯控制系统的电气控制线路相对简单，控制柜小，但程序复杂，涉及定时器的使用，顺序控制的实现、LED数显的驱动等方面内容；电机的顺序启动、停止设计不只涉及PLC课程内容本身，还设计低压电器控制方面的知识，控制柜和控制线路相对复杂；双容水箱控制系统要用到模拟量输入／输出扩展模块的使用和传感器的使用，控制对象真实、直观。
(3)实训教学过程安排。以交通灯控制系统为例，设计整个实训过程。
控制要求：信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持2O秒。到2O秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持3O秒。南北绿灯亮维持25秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。南北向交通灯配有LED倒计时器，自动对交通灯状态进行倒计时。
实训内容：
① 对控制系统进行分析，理清设计思路，查阅资料，手工绘制PLC控制原理草图。②分析控制要求，设计控制程序，并利用实验室PLC实验台和实验挂箱调试程序。调试好后将程序下载到PLC并保存程序。
③ 使用绘图软件绘制学生设计的PLC原理图；将PLC程序进行处理，插入到WORD文档中。
图1 PLC控制系统原理图
④ 发元件布置图和接线图，根据布置图安装各器件到相应位置。
⑤根据接线图进行接线。要求：没根线的两端均要套线号套，并写好线号；用压线钳等工具将接线端头要到线上，要牢固；根据接线图进行接线，线要求尽量走线槽、布
线要美观，线的长短要合适；检查接线，无误后用捆扎带将线捆成束，盖上线槽盖。
⑥经教师检查后，供电，调试。
⑦ 撰写论文，鼓励学生通过“中国期刊全文数据库”查阅相关资料。⑧ 答辩。
对于部分能力较强掌握程度较好的学生，可要求他们利用MCGS制作组态界面，实现远程监控，使得整个控制系统更完善。
图2交通灯控制系统远程监控界面
综合实训的设计不再遵循传统的重点在于程序设计的思路，而是模拟一个项目建立的全部过程，程序设计只是其中的一个环节。通过以上综合实训，学生对整个控制系统进行了图纸设计、安装调试、程序设计，加强了电气控制系统的整体了解，与此同时，对于项目建立过程中的图纸绘制、电子排版、查阅资料、论文书写也有了一次培训经历，对于学生今后的毕业设计和工作都会有相当大的助益。
三、结束语
PLC是一门实践性强的教学课程，找到PLC教学的症结所在，对于提高教学质量，提高学生对所学知识的综合运用能力，加强学生动手和实践能力等都有重要的意义。而通过对PLC教学的设计，主要是实验环节的设计，可使PLC的理论基础和实验内容很好地结合到一起，提升PLC实验室的实验层次，从单一的位逻辑控制走向了多层次、多方向的综合性设计，也为其他专业课程的实践教学提高了参考。
参考文献：
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