以典型案例貫穿PLC課程的教學設計

任 淑

（南京技師學院 江蘇 南京 210033）

以典型案例貫穿PLC課程的教學設計

任 淑

（南京技師學院 江蘇 南京 210033）

如何在技工學校教好PLC這門課程，一直以來都是課程教學改革的關注點。本文以教學實踐為依據，提出了以典型案例為主線，貫穿PLC課程教學過程的教學設計思路、教學特點以及典型案例設計的教學方法。

典型案例；PLC課程；教學設計；案例整合

PLC的應用日益廣泛，技工學校電工、機電一體化類專業大多都開設了PLC課程。如何在技工學校教好這門課程，一直以來都是課程教學改革的重點問題。

PLC的編程控制指令有三種：基本邏輯控制指令、步進順序控制指令和功能控制指令。各種指令又屬具體的門類。大部分教材在各種類控制指令的應用上選擇了各不相同的教學案例，其內容缺乏前后的連貫性，教學效果事倍功半。在教學實踐中，筆者發現選擇典型案例貫穿PLC課程教學，不失為一條事半功倍的教學途徑?，F以《PLC原理與應用》中 “交通燈控制課題”為例，對PLC課程教學設計加以研究。

對PLC課程的教學設計

教材在基本控制指令、步進順序控制指令和功能控制指令三個方面分別闡述了不同的編程思想方法，各種類控制指令是并列關系，而教材在應用案例選擇上的“散”，使得教師往往限于對各個案例功能的剖析，弱化了控制指令應用的教學，而學生在對新控制指令一知半解的情況下，卻要花大力氣弄懂弄通案例本身所要實現的功能，無形中增加了教與學的難度。

在本課程教學上，筆者設計的以“交通燈控制課題”為主線的案例，貫穿PLC的三種控制指令編程教學，讓學生通過分別用三種不同的控制指令編程實現其控制功能，達到一題多解的教學效果。實踐證明，此法使得PLC課程教學的整體性和系統性大幅提升，教學難度有效降低，趣味性和實用性的增強，也使學生的學習熱情得到明顯提高?，F將具體教學設計及過程簡述如下。

交通燈控制要求:設計交通燈白天與夜間的控制程序（見圖1）。

圖1 交通燈時序控制圖

（一）基本控制指令編程

1.引導學生將已具備的繼電控制知識遷移到梯形圖語言，使得學生獲取PLC基本控制指令知識。

2.引導學生編程、接線，實現交通燈控制功能（強調交通燈白天和夜間的控制功能的差異性，為后續步進順序控制指令教學埋下伏筆）。

3.引導學生反思基本控制指令編程存在的問題：（1）工藝動作表達繁瑣；（2）梯形圖涉及聯鎖，關系復雜，處理麻煩；（3）梯形圖可讀性差，難以看出具體控制工藝過程（見圖2）。

圖2 交通燈控制圖

（二）步進順序控制指令編程

1.承上啟下，指出為解決基本控制指令編程存在的問題，引入更為直觀簡便的步進順序控制編程方法，運用程序設計工具——順序控制狀態流程圖來實現，其特點是：（1）將復雜的控制任務或工作過程分解成若干個工序；（2）使各工序的任務明確而具體；（3）使各工序間的聯系清楚，工序間的轉換條件直觀。

2.說明步進順序控制的種類：有單流程順序控制和多流程順序控制。多流程順序控制常見的有選擇性分支與匯合、并行性分支與匯合、選擇性分支與并行性分支的組合等。仍以交通燈時序控制為例，進行分析比較，解決如何分別用單流程、選擇性分支與匯合、并行性分支與匯合、選擇性分支與并行性分支的組合這四種順序控制方法編程實現其控制要求。

3.單流程順序控制編程一體化教學。經過前期對基本控制指令編程的學習，學生已經掌握了交通燈控制功能，無需再對案例本身進行功能解析。此時的教學重點是要教會學生掌握單流程順序控制狀態流程圖設計方法，引導學生將交通燈時序控制過程時序分解成若干個工序，明確各工序中哪些燈工作，找出工序間的轉換條件。突出順序控制編程的六個設計步驟：一是I/O分配；二是將整個過程按任務要求分解，其中，每個工序均對應一個狀態；三是弄清每個狀態的功能、作用；四是找出每個狀態的轉移條件；五是畫出狀態流程圖（SFC圖）；六是對應狀態梯形圖，列出語句表程序；最后引導學生學習SFC圖編程和調試方法，實現交通燈控制功能。

4.選擇性分支與匯合順序控制編程一體化教學。首先引導學生分析上述單流程控制編程的缺陷。缺陷在于夜間控制的實現必須是在執行白天控制以后，不符合實際控制要求，需要改進，進而引入選擇性分支與匯合順序控制。在選擇性分支與匯合順序控制編程教學中，重點突出如何設計交通燈白天、夜間控制選擇分支，其次是選擇性分支狀態的編程方法：從驅動、轉移、匯合三個方面分別闡述。最后引導學生學習SFC圖編程和調試方法，實現交通燈控制功能（見圖3）。

圖3 選擇性分支與匯合順序控制狀態流程圖

5.并行性分支與匯合順序控制編程一體化教學。首先，從交通燈時序控制角度說明東西向、南北向信號燈是滿足交通時序條件要求同時執行的兩個并行分支，引導學生比較上述單流程控制、選擇性分支與匯合順序控制編程，會發現將東西向、南北向信號燈設計在一個流程中，容易引起混淆。指出須用一個更為合理的編程方法——并行性分支與匯合順序控制，從而引入并行性分支與匯合順序控制編程教學。在并行性分支與匯合順序控制編程教學中，首先，突出如何設計東西向、南北向信號燈分支；其次，采用比較法強調并行性分支、匯合狀態、轉移條件的編程與選擇性分支、匯合狀態、轉移條件編程的區別，以及并行性分支與匯合的驅動、轉移、匯合編程方法；再次，引導學生掌握區別于選擇性分支與匯合的并行性分支與匯合的編程、調試方法，實現交通燈控制功能（因與組合流程順序控制相近，故此程序圖略）。

6．組合流程順序控制編程一體化教學。引導學生綜合比較上述各編程方法的優劣，采用選擇性分支與并行性分支的組合編程、調試，實現交通燈時序控制功能（見圖4）。

從這里看出，僅在步進順序控制指令教學設計中，交通燈時序控制編程就達到一題四解。（參見表1及圖4）

表1 I/O地址分配表

圖4 組合流程順序控制狀態流程圖

（三）功能控制指令編程

通過以上基本控制指令、步進順序控制指令編程教學，學生對PLC編程已經入門，但對于復雜的控制系統，則需要運用功能指令和功能模塊共同完成教學。在學到傳送比較指令及其應用時，引導學生掌握以觸點比較指令編程、調試，實現交通燈控制。接下來鼓勵學生積極思考用傳送指令編程，實現交通燈控制。

通過這段教學，讓學生進一步體會到PLC是一種數字運算操作的電子系統，PLC的控制方式是存儲邏輯，是一種專為在工業環境下應用而設計的一種計算機。從而激發學生進行更高層次學習的積極性，為后續學習各類功能指令打下良好的基礎（見圖5）。

圖5 觸點比較指令實現交通燈控制程序圖

以典型案例為主線貫穿PLC課程教學特點

（一）引導學生進行建構性學習

以典型案例貫穿課程教學，從而實現知識構建梯次、整合教學內容，營造學習情境、引導學生進行建構性學習。

通過選擇“交通燈時序控制”這樣一個生活中常見的課題，能夠激起學生的學習興趣，帶動學生積極思考，主動探索。通過應用該典型案例貫穿課程教學，能夠達到三個教學目的。一是實現學生知識構建上的從繼電控制的邏輯控制指令入門，到步進順序控制指令編程的簡便直觀，再到功能控制指令實現的循序漸進、由繁到簡，最后深入提高的過程。二是從簡單到復雜層層引導，加強了控制指令之間應用的有機聯系，促進了學生的理解，保證了學生學習思維的連貫性和學習內容的系統性，使學生通過教學不斷地發現問題、提出問題、解決問題，在比較中學習，在比較中鑒別，在比較中掌握，在比較中融會貫通，在循序漸進中提高，培養學生的獨立精神，通過教學使學生具有判斷能力、行動能力和自發的繼續學習能力。三是使學生初步掌握了基本控制指令、步進順序控制指令、功能控制指令的編程方法。

需要指出的是，以典型案例貫穿課程教學只是實現了教學的基本目標：領會掌握不同的控制指令的編程方法。在其后的教學中還要完成教學大綱的總體要求，即拓展到其他案例，引導學生針對不同案例的控制要求，運用恰當的控制指令編程，做到各個擊破，分步掌握。

（二）教學案例內容典型化

教學案例內容的典型化，可以盡量多地涵蓋知識點，實現多種控制指令編程，達成一題多解，有助于達成教學目標，提高學生的綜合能力。

《PLC原理與應用》教材提供的主要案例有工作臺自動循環控制，Y-△降壓啟動，雙速電動機控制、三速電動機控制、帶式輸送機、彩燈控制、液體混料、工業洗衣機、恒壓供水控制等。在教學設計上，需要將教學案例進行整合。如將工作臺自動循環控制、Y-△降壓啟動、雙速電動機控制、三速電動機控制等歸為一類，在教學中設計要求分別采用基本控制指令、單流程順序控制指令、傳送比較功能控制指令編程。另外，應盡量設計貼近生產實際的案例，這樣的案例具有綜合性特征，從而也使得編程必須具備綜合性。如設計帶式輸送機案例在原有順序啟動傳送功能基礎上，增加當其中任一電動機發生故障情況下均能合理逆序停止的控制要求，達成將原本只需要用單流程順序控制指令編程的單一功能案例，提升到必須要用組合流程順序控制指令來完成的復雜功能案例，這樣可以有意識地鍛煉提高學生綜合分析問題和解決問題的能力。

仍需要指出的是，典型案例的設計整合，必須根據教學目標要求，側重能力培養和實際應用。本課程主要培養學生掌握PLC在電氣控制工作領域的應用，案例內容必須與實際應用技術的發展水平相適應，具有控制電路技術革新與改造的特征。

以典型案例貫穿教學，一定要讓學生在“任務驅動”下手腦并用，學做合一，梯次完成操作訓練、進行控制功能實現的驗證和先后學習成果的比較，真正實現以“學生為中心”和“在評價中學習”。

[1]肖明耀.PLC原理與應用[M].北京：中國勞動出版社，2007.

[2]班華.中學教育學[M].北京：人民教育出版社，1994.

[3]張萬忠.可編程控制器應用技術（第2版）[M].北京：化學工業出版社，2005.

[4]張運剛，宋小春，郭武強.從入門到精通——三菱FX2N PLC技術與應用[M].北京：人民郵電出版社，2007.

G712

A

1672-5727（2010）12-0095-03

任淑（1957—），女，江蘇南通人，南京技師學院高級講師，研究方向為工業電氣自動化。