機(jī)電專(zhuān)業(yè)《PLC原理》課教學(xué)的幾種方法

【摘要】筆者從按教科書(shū)編寫(xiě)順序教學(xué)存在的問(wèn)題、嘗試教學(xué)方法一——在讀圖中學(xué)習(xí)原理和指令、嘗試教學(xué)方法二——課題式教學(xué)“七步法”三個(gè)方面分析了機(jī)電專(zhuān)業(yè)《PLC原理》課教學(xué)的有效方法，從學(xué)生的實(shí)踐能力印證了這是一個(gè)行之有效，快速培養(yǎng)學(xué)生成材的方法。

【關(guān)鍵詞】PLC原理 教學(xué)模式 教學(xué)方法

《PLC原理及應(yīng)用》課程具有多變性、綜合性、典型性、實(shí)踐性和實(shí)用性五大教學(xué)特點(diǎn)。如果教師進(jìn)行“填鴨式”的教學(xué)，教學(xué)效果肯定不佳。改變自己的教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀(guān)能動(dòng)性，往往會(huì)收到更好的效果。

一、按教科書(shū)編寫(xiě)順序教學(xué)存在的問(wèn)題

PLC教材一般是按照：工作原理、基本指令、應(yīng)用指令、實(shí)例介紹、實(shí)訓(xùn)操作等分成幾個(gè)章節(jié)。教學(xué)要考慮有利于學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程來(lái)教學(xué)。如果按照教材的順序進(jìn)行教學(xué)，就得將基本指令學(xué)習(xí)完畢，再學(xué)習(xí)典型電路和基本編程。由于基本指令和典型電路的學(xué)習(xí)要占用很長(zhǎng)的一段時(shí)間，學(xué)生學(xué)習(xí)后會(huì)產(chǎn)生遺忘混淆的現(xiàn)象。到基本編程時(shí)，又得重新對(duì)所涉及的指令進(jìn)行學(xué)習(xí)，效率低。教學(xué)效果不好。

二、嘗試教學(xué)方法一——在讀圖中學(xué)習(xí)原理和指令

為了克服上述弊端，我曾經(jīng)嘗試過(guò)一種新的教學(xué)模式。即開(kāi)始就講解典型的電路。將PLC的工作方式(循環(huán)掃描，串行輸出)、原理和電路中涉及的指令蘊(yùn)涵在每一個(gè)電路中進(jìn)行講授。由于每個(gè)電路涉及的指令不多，學(xué)生容易掌握，由于能看到PLC的具體應(yīng)用，容易產(chǎn)生興趣。又由于將枯燥的工作原理融入到具體電路中，學(xué)生在潛移默化中便輕松地了解了PLC的工作過(guò)程。為此，我總結(jié)了40多個(gè)典型的控制電路，所涉及的指令多數(shù)為常用的基本指令和應(yīng)用指令。我欣喜地看到，學(xué)生的讀圖能力大大增強(qiáng)了，最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以大大縮短了課時(shí)，使學(xué)生在較短時(shí)間便可達(dá)到一個(gè)較高的水準(zhǔn)。

三、嘗試教學(xué)方法二——課題式教學(xué)“七步法”

1.基本順控程序的傳授

首先。講解由“起-保-停”典型控制電路所組成的順序功能控制程序。在程序中介紹PLC的“循環(huán)掃描，串行輸出”的工作方式，著重介紹最簡(jiǎn)單的基本指令。掌握程序的結(jié)構(gòu)(開(kāi)啟條件，自鎖條件，關(guān)斷條件，通過(guò)輔助繼電器的間接輸出)，通過(guò)實(shí)際操作驗(yàn)證，最終達(dá)到熟記的程度。通過(guò)一個(gè)非常典型的順控程序，學(xué)生掌握了很多知識(shí)。教學(xué)中，我只使用了2課時(shí)。學(xué)生感到簡(jiǎn)單易學(xué)，有興趣。

2.設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的順控工程

隨后，根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)，我給出了很多具有順序功能控制的課題。比如，“天塔之光，藝術(shù)彩燈，液體混合，自動(dòng)配料／四節(jié)傳送帶，水塔水位控制。星一角啟動(dòng)，十字路口交通燈，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，軋鋼機(jī)，洗鹽控制”等。通過(guò)這一階段的強(qiáng)化練習(xí)。學(xué)生雖然具有很少的順序控制的知識(shí)。但已經(jīng)能夠編寫(xiě)很貼近實(shí)際的控制工程了，不僅使學(xué)生PLC在工業(yè)和民用領(lǐng)域的應(yīng)用有了一定的認(rèn)識(shí)，更重要的是學(xué)生有了獨(dú)立設(shè)計(jì)程序和調(diào)試程序的能力。這一點(diǎn)讓我非常地欣慰。學(xué)生長(zhǎng)知識(shí)。教師也輕松，只是給出控制要求，必要時(shí)給出一點(diǎn)建議，學(xué)生動(dòng)腦的時(shí)間增多了。尤其是在設(shè)計(jì)“天塔之光”時(shí)，學(xué)生編制了很多的花樣，產(chǎn)生了濃厚的興趣。

3.設(shè)計(jì)復(fù)雜的順控工程

為了使學(xué)生能夠掌握較復(fù)雜的順序功能控制程序，比如，帶有選擇性分支，并列性分支，跳轉(zhuǎn)，循環(huán)功能的程序，我選擇了以下的課題訓(xùn)練學(xué)生的編程能力。例如，“大小球的分揀(選擇性分支)，全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制(選擇性分支，循環(huán)功能)。交通燈(并列性分支)，化工產(chǎn)品的合成(并列性分支)”等。學(xué)生已經(jīng)具備了編寫(xiě)復(fù)雜順序功能控制程序的能力，其調(diào)試程序的能力大大加強(qiáng)。這一期間，學(xué)生經(jīng)常能提出很多有實(shí)際意義的問(wèn)題，在討論中完善了自己的程序。

4.多程序組合，實(shí)現(xiàn)程序的連接

順序功能控制程序常常工作在多種工作方式下，為了使學(xué)生掌握這一特點(diǎn)，我指導(dǎo)學(xué)生在“天塔之光”程序的基礎(chǔ)上，實(shí)施單步工作方式的實(shí)現(xiàn)，單周期工作方式的實(shí)現(xiàn)。連續(xù)運(yùn)行工作方式的實(shí)現(xiàn)，手動(dòng)工作方式的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)為了將這些工作方式有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，我適時(shí)的講解了幾個(gè)常用的程序流控制指令。運(yùn)用程序流指令將多種工作方式編制成為獨(dú)立的子程序，然后在主程序中設(shè)置子程序的入口地址，便輕松實(shí)現(xiàn)了這一控制功能。

5.自動(dòng)過(guò)度到狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的學(xué)習(xí)

由“起-保-停”典型控制電路所組成的順序功能控制程序占用的PLC內(nèi)存空間比較大，執(zhí)行速度慢，編寫(xiě)周期長(zhǎng)。容易出錯(cuò)。但編程邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，容易理解掌握。由于每種PLC都有自己的步進(jìn)指令，比如，三菱PLC的STL步進(jìn)接點(diǎn)指令是專(zhuān)門(mén)用來(lái)設(shè)計(jì)順序功能控制程序的。并且采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(SFC圖)設(shè)計(jì)程序后可以直接轉(zhuǎn)化為梯形圖邏輯，編寫(xiě)工作十分簡(jiǎn)化，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，效率很高。在前面指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)程序時(shí)，都是先畫(huà)控制功能圖，然后再根據(jù)功能圖編寫(xiě)程序，這樣做學(xué)生不易出錯(cuò)，頭腦思路清晰，同時(shí)也是為將來(lái)學(xué)習(xí)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖打下一個(gè)很好的鋪墊。

6.水到渠成設(shè)計(jì)大型課題

綜合前面的學(xué)習(xí)內(nèi)容。我給出了一個(gè)大型的課題設(shè)計(jì)一一“具有多種控制方式的機(jī)械手”。機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)：

(1)原點(diǎn)歸零的程序設(shè)計(jì)；(2)轉(zhuǎn)盤(pán)啟動(dòng)和報(bào)警的程序設(shè)計(jì)；(3)啟動(dòng)機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)；(4)物料分揀的程序設(shè)計(jì)；(5)手動(dòng)程序的設(shè)計(jì)；(6)單周期方式運(yùn)行的程序設(shè)計(jì)；(7)單步方式運(yùn)行的程序設(shè)計(jì)；(8)連續(xù)方式運(yùn)行的程序設(shè)計(jì)。

7.進(jìn)一步培養(yǎng)讀圖能力

我在后續(xù)階段為學(xué)生講解了48個(gè)具有典型控制功能的程序。包括：“點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行控制、連續(xù)運(yùn)行控制、三地‘啟動(dòng)一停止’控制、脈沖發(fā)生器、閃光控制、定時(shí)控制、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后定時(shí)停止控制、兩個(gè)定時(shí)器接力延時(shí)30秒、電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、順序控制、失電延時(shí)控制、雙延時(shí)定時(shí)器(延時(shí)接通，延時(shí)斷開(kāi))、通斷比相同的閃光控制電路、閃光控制、單按鈕‘啟一停’控制、使用計(jì)數(shù)器定時(shí)10000分鐘、計(jì)數(shù)器擴(kuò)展(700 ×800)、二分頻控制(待分頻的信號(hào)加在X001端)、定時(shí)器與計(jì)數(shù)器配合延時(shí)4000秒、單穩(wěn)態(tài)控制、計(jì)數(shù)控制、順序啟動(dòng)控制電路、互鎖控制、用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)單按鈕‘啟一停’控制、‘啟-保-停’控制(停止優(yōu)先)、‘啟-保-停’控制(啟動(dòng)優(yōu)先)、順序定時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)、由兩個(gè)定時(shí)器組成的長(zhǎng)定時(shí)控制、三相異步電動(dòng)機(jī)‘Y—△’降壓?jiǎn)?dòng)控制、三組燈循環(huán)點(diǎn)亮、倒計(jì)時(shí)程序、不用計(jì)數(shù)器的單按鈕‘啟-停’控制、二分頻器(接通1秒，斷開(kāi)1秒)、采用跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)擋位的切換(電動(dòng)機(jī)星形一三角形啟動(dòng)控制)、采用調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)擋位的切換(電動(dòng)機(jī)星形一三角形啟動(dòng)控制)、利用時(shí)間中斷子程序產(chǎn)生斜坡信號(hào)、由外部輸入中斷子程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)數(shù)控制、由增量式凸輪順控指令實(shí)現(xiàn)交通燈控制、由增量式凸輪順控指令實(shí)現(xiàn)交通燈控制、由主控指令和跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)和手動(dòng)控制、總控與單獨(dú)控制、多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制、由主控指令MC實(shí)現(xiàn)的順序控制、帶有總啟動(dòng)和總停止的順序控制、由步進(jìn)指令STL實(shí)現(xiàn)的順序控制、由主程序，調(diào)用子程序，外部中斷子程序構(gòu)成的帶有啟動(dòng)和停止的彩燈順序控制、雙線(xiàn)圈輸出”等。

筆者稱(chēng)該方法為“七步法”。從學(xué)生的實(shí)踐能力中，我看到，這是一個(gè)行之有效，快速培養(yǎng)學(xué)生成材的方法。