《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程中啟發(fā)式教學(xué)的探討

摘 要:可編程序邏輯控制器功能不斷增強，該專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容多與有限教學(xué)時間的矛盾，本文以該課程中搶答器設(shè)計這一經(jīng)典教學(xué)案例為例，提出了在課堂教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、探究問題，從而提高學(xué)生解決問題能力的教學(xué)改革思路。

關(guān)鍵詞:PLC專業(yè)課程教學(xué)啟發(fā)式學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)

中圖分類號:G642.2文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0192-01

可編程邏輯控制器(Programming Logic Controller，PLC)是結(jié)合傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)為一體的通用自動控制裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣闊的應(yīng)用前景，被譽為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱(PLC技術(shù)、機器人、計算機輔助設(shè)計和制造)之一。各高校電氣自動化及相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了PLC課程。但目前市面上的PLC，來自不同的生產(chǎn)廠家，品種繁多，外觀性能各異。即使同一廠家的PLC，也是型號品種多，功能差異大。如何在有限的專業(yè)課程教學(xué)中，讓學(xué)生掌握PLC的一般原理并能應(yīng)用于具體的系統(tǒng)設(shè)計，是該課程授課老師需要思考和解決的問題。本文以搶答器系統(tǒng)設(shè)計為例，談?wù)剢l(fā)式教學(xué)在PLC教學(xué)中的應(yīng)用，這也是作者從事多年P(guān)LC教學(xué)的方法與經(jīng)驗的總結(jié)，希望能與各位同行進行交流，從而在PLC教學(xué)過程中探索出更好、更有效的方法。

1 圍繞實例提出問題

搶答器系統(tǒng)的設(shè)計是PLC中一個經(jīng)典的教學(xué)案例，幾乎所有PLC教材或?qū)嶒炛v義中都會反復(fù)引用此例。文本為簡單起見，設(shè)計一個三路搶答器，對于路()搶答器，讀者可以依此簡單擴展。首先引導(dǎo)學(xué)生思考:三路搶答器最少需要多少I/O點數(shù)？經(jīng)同學(xué)的討論與分析，搶答選手每人或每組需要一個搶答按鈕，搶答的開始與結(jié)束需要主持人給出相應(yīng)的命令，這樣至少需要5個輸入點。對搶答結(jié)果的輸出，有指示燈或者數(shù)碼管顯示，這里先采用最直觀的指示燈，若選手搶答成功，對應(yīng)的指示燈在規(guī)定的時間點亮，超時自動熄滅或者由主持人復(fù)位。這樣可以得出如表1輸入輸出表。

由于篇幅有限，PLC外部接線圖就省略了。下面就從基本的梯形圖設(shè)計開始逐步啟發(fā)學(xué)生完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。

2 逐步啟發(fā)完成梯形圖設(shè)計

梯形圖設(shè)計一般都會從最基本的“起-保-停”電路開始的。本設(shè)計中，一方面，當(dāng)主持人按下開始按鈕時，定時器開始計時;另一方面，當(dāng)某一路按下按鈕時搶答成功時，對應(yīng)的指示燈亮。因為按鈕是短信號，需要自鎖。這樣，“起-保-停”基本電路就能躍然紙上。同時，某一路搶答成功后，其他兩路選手再按下按鈕無效。顯然，各路之間需要互鎖。這樣很容易得到如圖1所示的梯形圖。

這樣基本的功能就實現(xiàn)了。很多的教材或?qū)嶒炛v義中的搶答器設(shè)計也到此為止了。但根據(jù)PLC循環(huán)掃描的工作方式，當(dāng)某兩路，如果1、2路選手同時按下?lián)尨鸢粹o時，先掃描到Q1線圈為ON，將Q2、Q3鎖住，不能輸出。這不符合公平競爭的原則，如何改進？

3 啟發(fā)中理解工作原理

PLC采用循環(huán)掃描的工作方式來執(zhí)行程序，只有掃描到“線圈”或觸點，經(jīng)過邏輯運算得到相應(yīng)的結(jié)果先存于中間映象寄存器中，掃描周期的最后集中刷新輸出，這種工作方式稱為“串行”工作方式。一般教材上有詳盡的流程圖和文字描述，授課老師一般也會重點講解，但學(xué)生還是不容易理解。在圖1的梯形圖中，先掃描到I1常開觸點閉閉合，Q1線圈得電吸合，對應(yīng)的常開觸點閉環(huán)，自鎖;接著掃描到I2常開觸點閉合，由于Q1常閉觸點斷開，Q2線圈不能得電。這樣結(jié)合實例的講解，學(xué)生很容易理解和掌握PLC的工作原理了。

4 啟發(fā)中完善功能

如何在兩路同時按下?lián)尨鸢粹o時，都能輸出？自然想到，可以借用PLC內(nèi)部輔助繼電器單元先存儲搶答結(jié)果。將圖1轉(zhuǎn)變成圖2這樣當(dāng)SB1、SB2同時按下時，內(nèi)部輔助繼電器M1、M2都得電，記錄了兩路同時搶答成功的過程，在掃描周期結(jié)束時，Q1和Q2同時輸出。問題似乎解決了。但再次引導(dǎo)學(xué)生分析第二次掃描周期結(jié)束時，仍然只有Q`1指示燈亮，這也是PLC循環(huán)掃描工作方式的再次說明。顯然還需進一步改進。將圖2稍作調(diào)整，圖3的梯形圖就能實現(xiàn)公平搶答的功能了。當(dāng)SB1、SB2同時按下時，M1、M2得電自鎖，第一次掃描周期結(jié)束Q1和Q2同時輸出;第二個周期內(nèi)掃描到Q1、Q2的常閉觸點斷開，但由于自鎖，M1、M2仍得電，不影響Q1、Q2的輸出。至此，問題便解決了。當(dāng)然，一般競賽規(guī)則中，兩路同時搶答應(yīng)該視為無效。按照統(tǒng)計學(xué)的原理，這也屬于小概率事件，但還是有可能出現(xiàn)的。常規(guī)處理是主持人按下復(fù)位按鈕，重新開始下一輪的搶答。

5 啟發(fā)式指令講解

PLC的指令系統(tǒng)越來越豐富，設(shè)計人員而言，有很多選擇可以根據(jù)自己的喜好來選取使用哪一類或哪一條指令。對授課教師而言，龐大的指令系統(tǒng)往往無從講起。另大多數(shù)PLC教材，都是從指令開始講解，枯燥晦澀，很激起同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。本例中，僅幾條基本指令就解決基本問題。進一步啟發(fā)學(xué)生，如果要用數(shù)碼管來直觀地顯示搶答成功選手號，應(yīng)該怎樣改進程序？七段數(shù)碼管是最基本的顯示元件，采用基本I/O單元指令SDEC，就能把指定數(shù)字中的十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的7段顯示碼，并把它存入到指定目標(biāo)字中高位或者地位。這是學(xué)生很容易想到的，但有效搶答結(jié)果中輸出通道只是某一位為ON，不是十六進制。進一步啟發(fā)學(xué)生，需要把對應(yīng)此位位號找出來。自然引出數(shù)據(jù)編碼指令DMPX指令來。有編碼，與之對應(yīng)的譯碼指令MLPX也可在此對比進行講解。找出的位號，是BCD碼需要轉(zhuǎn)換成二進制，于是轉(zhuǎn)換指令BIN就派上用場了，其它轉(zhuǎn)換指令的使用留給學(xué)生去分析。通過這樣連續(xù)啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生不斷地思考，不斷地領(lǐng)悟更新，提高學(xué)習(xí)的效率。

6 結(jié)語

本文通過對一個簡單三路公平搶答器系統(tǒng)的設(shè)計過程，介紹了啟發(fā)式教學(xué)在PLC課程中應(yīng)用。這是作者多年P(guān)LC教學(xué)經(jīng)驗和心得的總結(jié)，是一些零碎的觀點和方法的探討，而非一種教學(xué)方法的系統(tǒng)論述。PLC作為一門應(yīng)用技術(shù)，其功能不斷的發(fā)展，對應(yīng)的教學(xué)方法也應(yīng)該不斷地深化和調(diào)整，這是一個漫長的動態(tài)過程，需要各位同行不斷進行交流和探討，尋求該課程更適合的教學(xué)方法。

參考文獻

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