淺談如何培養學生PLC工程能力

[摘 要]可編程序控制器（PLC）課程是一門實踐性非常強的課程，要求理論與實踐相結合，課程內容與工程應用密切相關，課程內容與實際新產品和新技術發展密切相關。這就要求在授課過程中必須與工程應用實例相結合，在教學中不斷加強對學生工程應用能力的培養。本文從設計能力、動手能力和繪圖能力三個方面，對如何在PLC課程教學過程中對學生進行工程應用能力的培養進行了闡述。

[關鍵詞]可編程序控制器（PLC） 培養 工程 能力

[中圖分類號] G712 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）14-0037-02

一、引言

“卓越工程師教育培養計劃”旨在改變目前高校人才培養和企業需求脫節的現象，建立高校和企業間的制度化聯系。針對“卓越工程師培養計劃”，全國各地高校進行了相應的改革，PLC課程從理論到實踐各個環節都做出相應的改革，旨在促進學生各方面工程能力的提高。

二、PLC課程概述

針對“卓越工程師培養計劃”，PLC課程內容進行了改革，包括繼電器接觸器控制部分、S7-200PLC控制部分和S7-300/400PLC控制部分，每一部分都與一項工程實踐課程相對應。PLC課程所涉及內容是工業控制自動化技術的一個重要方向，與相關實踐課程內容結合緊密，學好PLC要樹立終身學習的信念，注重理論與實踐相結合，以工程應用為目的。

PLC課程的特點有：PLC課程實踐性強，理論課與實踐課程結合緊密；PLC課程內容緊跟工程實際，新技術、新元件層出不窮；PLC課程與學生畢業設計聯系密切，畢業論文題目越來越多；PLC課程與學生就業方向高度相關，是學生將來工作應用的主要技術。

三、工程能力的培養

（一）設計能力的培養

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圖1 PLC理論知識與實踐環節及設計能力的關系圖

PLC理論知識與實踐環節及設計能力的關系圖如圖1所示。以PLC課程為核心，整合相關的實踐課程包括電氣控制與電器裝配工程實踐、PLC控制工程實踐和工業自動化項目設計等實踐課程。PLC課程三部分知識與三個實踐課程內容相對應。

PLC控制系統綜合應用PLC技術、電機控制技術、檢測技術、電力電子技術等先進技術，設計能力具體體現在以下兩個方面：

1.硬件設計能力

硬件設計能力包括系統方案選擇、系統原理框圖設計、系統網絡規劃與設計、硬件原理圖設計、硬件計算與選型、安裝接線圖設計、元件實際位置圖設計、控制面板設計和控制柜工藝設計等設計項目。在理論課程教學過程中，針對上述設計項目進行相關知識貯備。積累了相關知識之后，在實踐環節中進行鍛煉，可使學生更有信心和能力地完成設計工作。PLC設計不單純完成控制功能，PLC設計內容更多方面與安全、環保和質量息息相關。PLC硬件電路中安全保護和控制是同等重要的，沒有安全保證的電路對于控制來說毫無意義，設計中必須為設備安全和產品安全考慮。節能環保是國家未來發展戰略，新型PLC產品在這方面也增加了相關設計。

2.軟件設計能力

軟件設計能力包括控制系統程序規劃、系統程序流程設計、主程序設計、功能子程序設計、中斷設計和組態設計等。在程序設計過程中必須會應用STEP-7編程軟件，在組態設計過程中必須會應用WinCC。上述2項設計能力要有一個循序漸進的過程，要讓學生們從傳統的繼電器接觸器控制系統過渡到PLC控制系統，從S7-200PLC小系統漸漸地過渡到S7-300/400PLC工業自動化網絡大系統。在工業自動化生產的大背景下，讓學生知道將來自己走上工作崗位面對的不只是單臺生產機械，工作中面對的更多是網絡化的控制系統，這也是當今工業自動化發展的必然趨勢。

（二）動手能力的培養

動手能力包括實驗設備操作能力、程序仿真調試能力和控制柜制作能力。

1.實驗設備操作能力

PLC課程實驗是針對S7-200PLC和S7-300PLC兩種PLC的綜合設計性實驗，學生根據實驗課題要求進行方案設計與選擇，確定好控制方案后進行硬件和軟件設計。硬件設計必須在現有實驗條件下進行，這就要求學生根據現有條件進行設計，最大限度地滿足實驗要求。實驗臺上的PLC、觸摸屏、電動機、變頻器和傳感器等器件，學生可根據實驗要求選擇相應器件，不僅限于一個實驗臺，必要時可對多個實驗臺上的器件進行選擇應用。這樣實驗接線復雜了，2臺或3臺步進電機控制程序設計上多樣性和復雜性也增強了，這樣既鍛煉了學生的動手能力，又鍛煉了學生的編程能力。

2.程序仿真調試能力

PLC控制程序仿真調試方面靈活性更大些，現有的仿真軟件可以更好地滿足設計要求。S7-200仿真軟件專門針對于S7-200PLC，PLCSIM專門針對于S7-300/400PLC控制程序仿真。這兩種仿真軟件圖形界面形象，仿真功能強大，在不需要PLC硬件情況下可完成大部分程序的仿真工作。這樣增強了實驗的靈活性和可操作性，學生可不局限于實驗設備而進行大膽的設計，大大提高了學生軟件設計能力。

3.控制柜制作能力

控制柜制作工藝通過多媒體教學方式對學生進行相關知識傳授，待學生有了感性認識之后，在相關實踐環節中加入簡單的控制柜制作訓練。圖2是電機正反轉控制電氣接線圖和位置圖。只有真正理解原理圖、接線圖和位置圖三者的關系，才能做好電氣控制柜的工藝設計，才能制作出適合工程應用的控制柜。

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（1）接線圖 （2）位置圖

圖2 電氣原理圖、接線圖和位置圖

（三）繪圖能力的培養

設計出的各種草圖最終要應用專業繪圖軟件繪制成標準的圖紙。應用AutoCAD繪制結構示意圖、硬件原理圖、元件位置圖、安裝接線圖、控制面板圖和控制柜結構圖。學生繪圖能力關系圖如圖3所示，完成一個完整的PLC控制系統設計工作要學會繪制十多種圖。設計中常用Visio繪制結構示意圖、系統框圖、工藝流程圖和程序流程圖。WinCC繪制組態界面圖，STEP-7繪制程序梯形圖，程序仿真圖由PLCSIM來完成。學生繪圖能力的提高對其將來走上工作崗位是非常有利的，大學畢業生工作之初大多是從最基本的繪圖工作開始的。

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圖3 繪圖能力關系圖

四、結論

隨著科學技術的不斷發展，現代工程問題的綜合性與復雜性也不斷增強。工程專業文化精神的滲透是基于工程教育觀念的一種實質性轉變。本科層次工程師的培養目標是勝任在現場從事產品的生產、營銷和服務或工程項目的施工、運行和維護。本科層次培養的未來工程師應能完全勝任生產一線的各項工作。本文探討了PLC課程教學過程中如何與“卓越工程師培養計劃”相結合，使學生具備一定的設計能力、動手能力和繪圖能力，進而能夠達到“卓越工程師教育計劃”對學生一般性工程能力的要求。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責任編輯：左 蕓]