ＰＬＣ技術應用及其課程教學模式改革的探討

摘要：近年來，PLC技術（可編程控制器技術）的應用越來越廣泛，社會對相應的技術人才需求也日益增加。文章在PLC技術應用市場狀況調研的基礎上，對人才培養的現狀進行了分析，提出了PLC課程教學模式的改革方案。

關鍵詞：PLC；應用現狀；人才培養；改革與實踐

經過近四十年的發展，PLC技術（可編程控制器技術）不僅能夠進行邏輯控制，而且在模擬量閉環控制、數字量智能控制、數據采集、監控、通信聯網以及集散控制系統等各方面都得到了廣泛應用。近年來，其發展更為迅速，更新換代周期縮短為三年左右。PLC技術的快速發展對應用技術人才提出了更高的要求。高職教育的目的是為社會培養急需的應用技術人才，因此，為使PLC課程教學適應技術市場的要求而進行教學改革成為值得研究的課題。

PLC的應用現狀

（一）我國PLC的市場規模與行業分布

長期以來，PLC始終是我國工業自動化控制的主流產品，為各種各樣的設備提供控制應用，尤其是在離散制造業和混合控制的行業，PLC的應用廣泛而成熟。其中，紡織和冶金行業是應用PLC最多的兩個行業；汽車行業成為廣泛應用PLC的第三大行業；電力、化工、石化是中國的基礎工業行業，其PLC應用規模也較大；食品飲料、電子制造、建筑材料、市政工程在國內都有比較完善的產業基礎和較大的規模，對PLC的需求也很明顯。近年來各行業對PLC的需求量詳見圖1。

（二）PLC品牌市場的份額與競爭格局

總體上，我國PLC市場品牌格局是歐、美、日系列品牌占據市場的主流。其中，西門子以其全系列的工控產品和多年的品牌影響力，在所有應用行業中保持著強大的競爭力，預計在今后數年內，很難有其他品牌能夠取代其在市場中的位置。相應地，其他品牌則依靠細分市場取得一定的份額，如三菱、歐姆龍憑借先入為主、較為完善的分銷網絡在小型PLC市場占據較大的份額；羅克韋爾自動化憑借系統集成網絡在大型高端產品方面獲得優勢；施耐德則憑借在冶金行業的突出表現取得良好的業績。一些后來的品牌依靠獨有的優勢也取得了一些突破，如LG產品依靠低廉的價格，業務有較大的增長。而國內產品占有市場的比例還很小，在已經上市的PLC產品中，還沒有形成規模化的生產和名牌產品，甚至還有一部分是以仿制、進口組裝或“貼牌”方式生產的。

從技術角度來看，國內外的小型PLC差距正在縮小。如無錫信捷、蘭州全志等公司生產的微型PLC已經比較成熟，其可靠性在許多低端應用中得到了驗證；有些國產PLC（如和利時）已經擁有符合IEC標準的編程軟件，布爾指令執行速度優于0.5μs/步，支持現場總線技術（如profibus）等。PLC開發技術上的“瓶頸”隨著技術標準的開放正在不斷地消除。

從市場角度來看，國內的PLC生產企業面臨著規模小、生產成本高、產品利潤少、后續開發跟不上、推廣不到位、渠道不暢通以及品牌建設難等困境，而解決問題的關鍵在于實現技術的產品化和產品的市場化。面對國際廠商數十年的規模化生產和市場管理經驗，國內廠商更多地只停留在小批量生產和維系生存的起步階段，離真正量產、市場化經營乃至創建品牌還有很大的一段距離。同時，隨著國外品牌在中國的投資生產，國產PLC的低價優勢也正在受到新的挑戰。

（三）PLC市場應用分析

我們采用問卷形式對蘇州及周邊地區的PLC市場應用進行調查，被調查者全部來自各個單位的技術工程師或技術主管。從2006年6月至12月，共收到有效答卷103份，按用戶所屬行業進行統計，主要分布在機械制造、電力、冶金、化工、電子制造、食品與飲料、汽車、水處理、紙漿與造紙以及紡織等行業。其中，行業分布情況、品牌市場份額分布情況以及機型應用分布情況詳見圖2、圖3和圖4。

對國內產品選用意向的調查顯示，用戶在決定是否選用國產品牌時最關注的是產品的可靠性、生產廠家的技術實力以及應用業績。此外，用戶選型存在的心理障礙還有國產品牌形象差、推廣不夠、售后服務不到位等。

從市場調研獲悉，在未來幾年內，各被調查企業都會不同程度地追加PLC投資金額。另外，隨著世界制造業基地的進一步擴大和本地國有企業、民營企業設備的自動化改造，PLC在蘇州及周邊地區的市場將進一步擴大，前景更加廣闊。估計在未來幾年內，PLC市場規模將按10%的年增長率遞增。

PLC技術的人才需求與培養現狀

目前，很多企業在機械設計、軟件開發、自動控制、市場營銷等方面的人才很充裕，而在PLC應用技術方面的人才很緊缺。很多PLC應用技術人員在解決PLC順序邏輯控制方面的問題時基本能夠勝任，但在解決PLC的復雜控制，如通訊技術、現場總線技術、分布式控制系統、人機界面技術等方面的問題時則顯得力不從心，因此，市場對PLC應用技術人才的需求量很大。以蘇州為例，2006年第三季度對PLC應用技術人才的需求量在500名以上，僅次于數控技術和模具設計的人才需求量。

下面考察一下我國PLC技術人才的培養狀況。在20世紀70年代末期，隨著機電設備的引進，開始逐步接觸PLC技術，部分高校于80年代中期開始在電氣自控類專業開設PLC課程，到80年代末才在機電類專業以選修課的形式開展PLC應用技術的教學。隨著改革開放的進一步深入以及國外先進制造技術與控制技術的引進，PLC作為一種先進的自動控制設備得到了廣泛應用。各高校也逐步以專業課的形式開設PLC教學課程。然而，PLC課程的教學主要仍以PLC工作原理、程序設計等理論教學為主。隨著我國高等職業教育的興起，PLC應用技術在各高等職業院校中普遍以專業技術課程的形式出現。在教學過程中加大了PLC的實踐教學內容，但是，很多高職院校限于教學資源，大部分PLC實踐教學仍然停留在教學演示和一些簡單的邏輯控制實訓階段，和當前PLC技術的飛速發展的現實存在著嚴重的脫節，使很多學生進入企業后對眼前的PLC控制設備不知所措，不能夠很快地融入企業生產的實踐過程，于是不得不重新開始學習PLC控制新技術。

再看看蘇州的情況。蘇州作為最大的世界制造業基地之一，云集了西門子、阿爾卡特、松下、三星等世界500強企業中的80多家。這些頂級外資企業的入駐在給蘇州帶來大量經濟產值的同時，也給蘇州帶來了最先進的生產力。數控機床、機器人、電路板封裝線、MPS柔性生產系統等自動化程度極高的先進設備得到了大量的應用，而這些先進設備絕大部分都使用了PLC控制。PLC控制設備已經成為蘇州先進生產設備的大腦，對企業的生產能力具有不可忽視的作用。近年來，蘇州在努力提高本地人才培養能力的同時，大量引進了國內外的高層次人才。即便這樣，人才“瓶頸”的問題仍日益突出，尤其是機電行業。PLC技術人才已經成為各大公司追逐的緊缺人才。

因此，高等職業技術學校培養出來的學生應滿足地區對PLC應用技術人才的需求，為企業集團提供技術支持。可見，對于PLC應用技術相關課程教學模式的改革刻不容緩。

PLC應用技術教學的改革與實踐

為提高應用型高技能人才培養的針對性和有效性，我校課題組在多年教學實踐基礎上，以“強化實踐，重在應用”為指導思想，選擇以三菱FX2N系列為主線產品，重新審視了教學內容、方法與手段，自編了貫穿項目教學理念的校本教材，自制了實驗裝置，加強了實驗基地建設，并取得了一定的實效。

確定教學目標，整合課程內容根據社會發展對掌握PLC技術人才的需求，在為地方經濟建設服務的宗旨下，該課程應當體現以培養具有實際技術應用能力為主的課程教學目標，強調打牢基礎，強化實踐技能的培養，更新教學方法和手段，增強學生的動手能力，提高學生的實際應用能力。根據課程的教學目標，我們以項目應用為主線，優化組合教學內容，將課程內容調整為電氣控制、PLC基本原理與應用、SFC編程法、功能指令應用、系統設計與維護五部分，重新制定了完善的課程教學大綱和實訓大綱，編寫了授課計劃和典型教案等教學文件。

改進教學方式，增強教學實效得當的教學方法是激發學生學習熱情的關鍵。我們把PLC教學課堂由原先的教室授課改為實訓室授課，把PLC課程內容的五部分結合五個實際工程項目進行講授，教學過程以項目教學的形式實施“五步”教學法，即提出項目任務、分析項目任務、講解相關知識、制定解決方案以及進行歸納總結。學生的學習過程是按照要解決什么問題、用什么知識來解決以及怎樣解決的思路進行的，并且在邊學習邊上機驗證的過程中實施教學，最后，教師通過以組態模擬演示畫面進行總結。學生通過項目驅動、感性認識和理性思維，最終實現對知識的真正掌握，同時，學生的實際動手能力得到了鍛煉，解決實際問題的能力也得到了提高。

重視實訓條件，強化實踐環節結合課程內容的改革和新技術發展的需要，我們組織教師和學生以組態理念和模塊化結構動手制作完成了PLC綜合實驗裝置。實驗裝置配合教學內容，每部分教學內容都有相關實驗的練習要求，學生在完成每一個部分的內容學習后，通過實驗強化對于知識的掌握。實驗裝置的導線連接采用插頭、插座式連接結構，可反復插拔，經久耐用，尤為適合學生的練習使用。PLC綜合實驗裝置使學生得以動手操作，從而提高了教學水平和培養質量。

改革考核形式，體現能力為主加強對PLC的考核，特別是對于實踐能力的考核，將有助于學生對于PLC的學習。我們把PLC成績分成三個部分：一是筆試成績，側重于對PLC基本知識的考查，這一部分占總成績的40%；二是基本實驗的考核，讓學生從做過的實驗中隨機抽取一個進行單獨考核，側重對學生PLC基本操作能力的考核，這一部分占總成績的20%；三是給學生布置一項綜合大作業，讓學生完成硬件配置、軟件設計和最后調試的全過程，側重對PLC綜合應用能力的考核，這一部分占總成績的40%。以上三個部分成績的總和將作為學生PLC課程的總成績。

參考文獻：

[1]徐昌榮.對國產PLC產業化的幾點思考[J].自動化博覽，2005，（3）.

[2]裴有為.對構建以能力培養為核心的教學模式的研究與實踐[J].當代教育論壇，2006，（1）.

[3]孔垂謙，穆學玲.情境認知學習理論與高職人才培養模式的變革[J].教育與職業，2004，（26）.

[4]江劍.可編程控制器實驗工程化的探索和實踐[J].實驗技術與管理，2005，（4）.

作者簡介：

陶亦亦（1963—），男，江蘇蘇州人，碩士，蘇州市職業大學機電工程系副教授，研究方向為機電控制、高職教育與教學。

陸春元（1979—），男，江蘇蘇州人，蘇州市職業大學機電工程系教師，江蘇大學在職碩士研究生，研究方向為計算機輔助設計、計算機控制工程。