PLC實驗教學中的開放式思維教學法研究

游珍珍

摘要：闡述了一種開放式思維教學法運用于實驗教學中的實例，即在PLC實驗課程中用學校現有的實驗設備，想方設法利用所學知識設計滿足實驗控制要求的不同的梯形圖程序。本文以兩處卸料小車控制系統為例，啟發學生采用兩種不同的設計方法——經驗設計方法和順序設計方法來設計梯形圖程序，實驗結果表明，采用這兩種設計方法都可以設計出滿足控制要求的梯形圖程序。因此，采用開放式思維進行實驗教學可以使學生更好地掌握PLC的理論知識，同時也激發學生的學習興趣，使整體教學質量及教學效果有明顯的提高。

關鍵詞：開放式思維教學法;經驗設計方法;順序設計方法;教學效果

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0106-02

如何上好PLC可編程控制器這門比較新型的課程的實驗，是我一直在摸索和探討的問題，通過這幾年來對PLC理論和實驗教學的經驗，發現在實驗課程時如果能夠利用有限的實驗設備資源，通過選用合理的實驗類型，讓學生在做實驗時發揮他們的獨立思維、創新設計能力[1]，可以激發學生的學習興趣，提高學習PLC的效果。

以往實驗課，在進行PLC理論知識的講授后，為了節省時間，完成實驗數據測量，往往把事先準備好的實驗程序也告訴了學生，甚至直接把現成的指令或梯形圖已儲存在電腦中[2]。學生只要進行簡單的PLC外圍的接線，直接把現成的指令語句導入編程器中就可以調試了。這樣的實驗結果往往是成功的，但這種實驗方法不利于學生能真真切切地掌握PLC的編程調試操作，以及解決PLC調試過程中出現的問題。

一、開放式思維教學法

在此，我嘗試了進行PLC實驗教學的改革。采用開放性思維進行實驗教學，即在實驗課程中用學校現有的實驗設備，想方設法利用所學知識設計滿足實驗控制要求的不同的梯形圖程序，學習PLC的應用方法[3]。然后再進一步要求學生利用已經熟悉PLC的I/O端口的接線，外圍的電源電壓要求，將PLC的梯形圖設計程序導入以及進行操作調試，逐步加深了解可編程控制的實際應用。

PLC有多種程序設計語言，其中最常用的是梯形圖和指令語句表[4]。我系PLC實驗室中采用的是大家比較容易接受同時又容易學會的梯形圖語言。它是以計算機軟件技術為基礎，形成人們習慣使用的繼電器模型，形成一套自己獨特的以繼電器梯形圖為基礎的編程語言。可編程控制器內部各種等效繼電器的觸點和線圈的圖形符號、動作原理和常規繼電器控制中的動作原理完全一致。所以學生只要簡單了解可編程控制器的工作原理和它的編程技術之后，就可進行一定的應用設計，繼而將PLC用于現實的電氣控制系統中[5]。這就要求教師從實際應用的角度出發，去精選各種典型的PLC控制的案例，將案例教學法與開放式思維教學法很好的結合起來，才能達到最佳實驗教學效果[6]。

二、PLC實驗案例教學實例——兩處卸料小車控制系統

本次案例是發生在一次普通的PLC實驗課程中，實驗的項目是進行兩處卸料小車的梯形圖設計，并在實驗臺上用輸出指示燈的點亮和熄滅模擬右行接觸器、左行接觸器、裝料電磁閥、卸料電磁閥的啟動和停止，該項目的控制要求是當小車碰到最左邊的行程開關ST1開始裝料，15秒后裝料完成后右行，碰到中間的行程開關ST2開始卸料，10秒后卸料完成后左行，當小車碰到最左邊的行程開關ST1開始裝料，15秒后裝料完成后右行，直到小車碰到最右邊的行程開關ST3時才卸料，10秒后卸料完成后左行。如此反復。

按照通常的設計方法，學生應該首先進行I/O分配[7]，根據上述控制要求中提及的輸入輸出觸點可以這樣分配。輸入包括：右行啟動按鈕SB1為00000，左行啟動按鈕SB2為00001，停止按鈕SB3為00002，最右邊的行程開關ST3為00003，最左邊的行程開關ST1為00004，中間的行程開關ST2為00005。輸出包括：右行電磁閥01000，左行電磁閥01001，裝料電磁閥01002，卸料電磁閥01003。而I/O分配之后就是按照各個輸出觸電考慮什么情況下使小車右行，什么情況下小車將停止右行;什么情況下使小車左行，而什么情況下小車停止左行，什么情況下小車開始裝料，什么情況下停止裝料;什么情況下使小車卸料，什么情況下小車停止卸料。在考慮清楚這些因素后就可以畫出系統控制的梯形圖了。而這個項目的難點在于小車右行，如何處理奇數次碰到ST2停下來卸料，而偶數次碰到ST2卻不停下來的問題，這都出現在右行過程中，因此在撰寫小車右行的梯形圖程序時應該用一個中間繼電器20000來輔助判斷小車右行的情況，奇數次碰到停下來右行可以用ST2的常閉觸點作為小車右行的停止條件，而當觸碰到ST2時同時將20000線圈啟動，這樣等到偶數次右行時，可以通過20000線圈為ON從而使得小車得以繼續右行，根據這種分析思路可以得到采用經驗設計方法設計的梯形圖程序如圖1所示。

而在該實驗中有一個學生做出的設計卻讓我感到該學生遇到問題時能夠脫離常規教師的引導，利用自己已學的內容去解決實際問題的綜合實踐能力很強，他考慮用到理論課上學過的順序控制設計方法來設計這個項目，他覺得小車這整個過程滿足順序控制的特點——規律性強、時序清晰，可以用如圖2來描述其整個控制過程。

如果這樣就不需要考慮小車右行時兩次碰到中間的行程開關ST2該如何處理了，并且可以通過I/O分配后畫出功能表圖，然后根據功能表圖轉換成梯形圖，這樣設計起來同樣可以滿足控制要求，而且更容易讓人理解該梯形圖設計。

該學生進行的I/O分配如下：輸入包括：最左邊的行程開關ST1為00001，中間的行程開關ST2為00002，最右邊的行程開關ST3為00003，啟動按鈕為00004，停止按鈕為00005;輸出包括：右行電磁閥01000，左行電磁閥01001，裝料電磁閥01002，卸料電磁閥01003。

根據剛剛的控制過程可以將分為從20000步到20008步，20000步是初始等待步，它的啟動條件是PLC通電后或碰到最左邊的行程開關，等啟動按鈕00004按下而停止按鈕00005沒有按下時，進入到20001步，即裝料，等到裝料定時時間到時進入20002步，即右行，等碰到中間的行程開關00002時進入20003步，即卸料，等到卸料定時時間到時進入20004步，即左行，等到碰到最左邊的行程開關00001時進入20005步，即裝料，等到裝料定時時間到后進入20006步，即右行，等到碰到最右邊的行程開關00003時進入20007步，即卸料，等到卸料定時時間到后進入20008步，即左行，等碰到最左邊的行程開關00001時回到20000步初始等待，如此反復。

將上述I/O分配結合控制流程圖，可以得到功能表圖。根據功能表圖轉換成梯形圖的原則[8]，可以將上述功能表圖轉換成如圖3所示的梯形圖。

將該學生設計的梯形圖程序放到西門子step7 micro win v 4.0 sp3中去，經過編譯后，下載到PLC主機中，發現程序運行結果與前面常規設計的梯形圖程序的運行結果相同。

三、總結

通過以上實驗案例，可以發現，PLC課程設計的程序幾乎沒有固定的答案，不存在標準答案。在教學過程中，教師要鼓勵學生自由探索、大膽質疑[9]，及時提出自己的看法和見解，只要學生分析的有道理，就應該嘗試去做，并對這種想法予以肯定。

總之，采用開放式思維進行實驗教學在PLC實驗教學過程中起到很重要的作用，已起到較好的教學效果。它不僅使學生更好地掌握PLC的理論知識，同時也激發學生的學習興趣，使得更多的學生能開動腦筋積極地參與，強化了動手能力，培養了學生分析問題、解決問題的綜合能力，使整體教學質量及教學效果明顯提高[10]。同時，在教學過程中我們要科學地綜合多種教學方法，這樣的教學才能以有效的方式向學生傳遞教學內容，才能調動學生的實驗學習的積極性。

參考文獻：

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[2]梅文.PLC實驗教學法的應用[J].西部科教論壇，2010，（3）.

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[4]劉曼，萬嵩.“教—學—做”一體化教學法在《PLC應用技術》課程中的應用[J].成人教育，2011，（10）：95-96.

[5]李海波，徐瑾瑜.PLC應用技術項目化教程[M].北京：機械工業出版社，2012.

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[8]周忠，彭小平.電氣控制與PLC應用技術（理實一體化項目教程）[M].北京：機械工業出版社，2013.

[9]余慧卿，徐紹芬.電氣控制與PLC技術實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2005，（24）：240-241.

[10]張婕，徐武.設計性實驗教學與案例分析[J].實驗技術與管理，2007，11（24）：129-130.

（責任編輯：劉翠枝）