可編程控制器教學改革探索

摘要： 可編程控制器（PLC）是自動化專業中一門應用性很強的專業課程。本文從該課程存在的主要問題入手，對課程教學內容及教學方法的改革進行了初步探討。

關鍵詞： 可編程控制器 教學改革 實踐

引言

可編程控制器（PLC）是以微處理機為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等現代科技而發展起來的一種新型工業自動控制裝置。PLC從誕生至今，得到了異常迅猛的發展，與CAD/CAM、機器人技術一起被譽為當代工業自動化的三大支柱。經過30多年的發展，PLC已經形成了完整的工業控制器產品系列，其功能從初期的主要用于替代繼電接觸器控制，發展到目前的具有接近于計算機的強有力的軟硬件功能。因此，它已經成為自動控制等眾多專業的一門重要的專業課程。

1 課程存在的問題

1.1 教材選取困難

PLC自1969年問世以來，其發展速度十分驚人。據不完全統計，目前世界上有200多個PLC生產廠商，400多種PLC產品。各公司的產品在功能上有相同之處，也有各自的特點。美國各公司的產品功能比較齊全，但在組成中、小系統時，價格比較高；歐美的產品比較注重功能和價格的統一，特別是中型系統的“性能價格比”較好；日本各公司的產品模塊集成度較高，整個系統的價格較低，特別是小型PLC在價格上有優勢。由于PLC產品如此眾多，相應的教材也是種類繁多。這樣就帶來了一些問題，教師在選擇教材時，一方面要考慮不同流派PLC的特點和發展現狀，另一方面又要想到一旦選擇某一品牌的PLC，就必須要有相應的實驗裝置，給教材選取帶來一定困難。

1.2 相關知識欠缺

在學習可編程控制器課程以前，學生首先應掌握一定的電氣控制方面的知識，例如學習過電工學、微機原理等基礎課程。當然，絕大多數的自動控制專業會考慮到這一問題。只是學生在學習基礎課程時，往往由于學習任務重，將主要精力放在基本原理的學習上，而對于一些應用性的內容如繼電接觸器控制不予理睬。這樣，學生在學習PLC這類專業課程時，會對基本概念、設計思想等難以理解，感到很難入門。

1.3 實踐環節薄弱

可編程控制器課程是一門實踐性很強的專業課程，課堂講授的內容需要在實驗中加以驗證和鞏固。而目前的情況是很多學校由于實驗條件、教師水平、經費等諸多因素的限制，難以給學生提供合適的實驗裝置和實驗環境。如果缺乏必要的實踐，電氣控制系統的設計和程序編制就不過是紙上談兵而已。

2 課堂教學的改革

2.1 合理安排教學內容

我們知道，PLC源于替代繼電接觸器控制，因此它與傳統的電氣控制技術有著密不可分的聯系。在制訂教學大綱時，首先應適當加入傳統繼電接觸器控制的內容，介紹一些常用控制電器的結構、原理、使用方法及基本電氣控制電路、控制原理等。對于這一部分內容，教師可以根據學生掌握的電氣控制方面的知識靈活處理。如果學生基礎知識扎實，可縮短課時，但要注意突出傳統繼電接觸器控制的典型電路和設計思想。其次，雖然PLC產品種類繁多，不同型號的PLC結構也各不相同，但它們的基本組成和工作原理卻大致相同。作為一種工業控制計算機，PLC都具有中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口、電源等，對用戶程序進行循環掃描分為輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個階段進行。這些基本問題應首先講解清楚，而在結構形式、性能、容量、指令系統、編程方法等方面，各類PLC不盡相同。由于課時限制，我們介紹編程部分時，只能重點介紹一種型號PLC的指令系統，當然也沒有必要面面俱到，介紹所有類型PLC的編程語言。另外，學生應對目前市場上幾種主流PLC有所了解，如德國西門子公司生產的S7系列、日本三菱公司生產的FX系列等等。各類PLC適用場合各有側重，因此在進行PLC控制系統設計時，合理選擇PLC對于提高PLC控制系統的技術經濟指標起著重要作用。

2.2 努力改進教學方法

可編程控制器課程實踐性很強，因此，其教學方法與基礎理論課有很大差異。學生在理解基本概念的基礎上，應具備較強的動手能力。這就要求我們不能一味地采用“教師講，學生聽”的傳統授課方式。首先理論知識的講解應與實驗相結合。在介紹PLC結構、工作原理時，可以在實驗室對照實物講解，并演示PLC的工作過程。此外，可以帶領學生到工業現場參觀，了解PLC的工作環境。這樣在課程開設初期就可以使學生產生濃厚的學習興趣，從而調動他們的學習積極性。其次，對于PLC指令系統，由于學生難以在學習的初級階段接受全部指令，可重點介紹基本指令和常用的功能指令，其余部分學生在處理具體問題時可自行查閱。對編程方法的掌握重在練習，因此這一部分內容需要學生多動腦編程、多上機調試。另外，課堂上教師可以借助多媒體向學生介紹一些具體的PLC控制系統及其設計方法，如從簡單的PLC在三相異步電動機控制中的應用，到復雜些的PLC用于液體混合裝置、溫度監測控制系統等。多了解具體的控制系統，可以使學生能夠逐漸將硬件設計和軟件開發結合在一起，提高設計可用于實際的PLC應用系統的能力。

3 實踐教學的改革

3.1 安排好實驗內容

在課堂教學中，雖然我們強調了培養學生理論與實踐相結合的能力，但這種能力只是處于理性的階段。要使學生真正具備一定的實踐能力，必須讓他們在實驗中得到鍛煉。在實驗內容上，應首先安排一次繼電接觸器控制系統的實驗，讓學生親自體會這種傳統的控制方式。一般情況下，在電工實驗室的實驗板上都能完成較簡單的繼電接觸器控制實驗，如三相異步電動機的起停和正反轉控制。其次，PLC實驗部分分為基礎性實驗和綜合設計性實驗?；A性實驗能夠鞏固和加深理解PLC的基本指令，掌握PLC的操作方法，分析實驗結果并按要求撰寫實驗報告。這一部分實驗是整個PLC實驗的基礎，但從培養學生的綜合能力這一角度出發，其內容偏于簡單，由于課時有限，不能安排的數目過多。綜合設計性實驗主要是培養學生設計PLC控制系統的綜合能力。教師可先公布若干實驗題目，提出實驗要求，給出必要的提示。學生自行選定題目后，根據已學過的知識和參考相關教材，在預習階段設計方案、選擇儀器設備，編制程序。實驗課上，學生根據自擬的實驗步驟進行操作。在整個實驗過程中，學生有充分的自主權，可以盡可能地發揮自己的想象力。對同一個題目，不同的學生會有不同的設計方案，因此，實驗室應盡量提供可能涉及的實驗器材，教師可進行必要的指導。

3.2 組織好課程設計

課程設計是PLC課程教學中的一個重要環節，可以培養學生解決課題的綜合能力。教師可布置幾個課程設計的題目，如PLC用于電梯控制、用于電鍍專用行車、用于交通信號燈自動控制等等。學生可以根據自己的興趣自由選取題目。在設計過程中，學生首先要明確設計任務和要求，然后選定PLC、完成輸入/輸出定義號的分配及硬件圖的設計、進行內部繼電器分配及軟件設計和調試。我們教師在指導學生完成課程設計題目時，不但要幫助學生鞏固理論知識、增強動手能力，而且要培養他們嚴謹的科研作風，使他們終身受益。

4 結語

當今工業技術的發展日新月異，新理論、新工藝不斷涌現，與任何一門課程一樣，可編程控制器課程的改革是一項復雜的工程。我們每一位教師只有及時更新觀念，積極投入教學改革，才能不斷提高教學質量，培養出更多更好的適應時代發展要求的建設人才。

參考文獻：

［1］吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應用［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［2］高欽和.可編程控制器應用技術與設計實例［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

［3］史增芳，姜巖蕾.《可編程控制器及應用》教學改革探索［J］.機械職業教育，2006，（1）.