從實訓設備的開發論PLC教學中典型工作任務的提煉

王章寬

廣東省核工業華南高級技工學校，廣東 韶關 512026

從實訓設備的開發論PLC教學中典型工作任務的提煉

王章寬*

廣東省核工業華南高級技工學校，廣東 韶關 512026

本文從教學實際出發，論述了PLC教學中實訓設備和實訓任務等環節存在的問題，并結合學校情況進行教學設備開發，闡述了設備開發思路和典型工作任務的轉化過程，從而解決了教學中模擬實訓不直觀、不綜合等問題，提高了教學效果和質量。

設備開發；工作任務；轉化

當前很多技工院校都在進行一體化教學實踐，在一體化教學中有一個很關鍵的環節就是典型工作任務的開發，而典型工作任務的載體便是相應的教學設備和場地。有實力的技工院校可以自行購買先進的實訓設備以及校企合作共同開發實訓任務，但也有很多技工院校校企合作不完善或者合作深度不夠，受資金、場地、設備、師資等因素影響，典型工作任務不能完全和企業共同完成，套用別人的任務也不一定適合自己教學，所以各學校還應根據自身的條件和特點開發相應實訓設備，設計出適合自己的典型工作任務。本文以我校為例，論述實訓設備開發的思路以及進行典型工作任務的轉化來進行PLC教學。

一、目前PLC教學存在的問題

(一)模擬教學偏多，實際應用偏少

PLC課程具有實踐性強、應用廣泛等特點，學生學習興趣也很高，但也存在一些問題：1.模擬教學多，學生學習后勁不足。PLC初學者或基礎教學時大多是采用軟件監控、按鈕和指示燈模擬運行等方式，學生雖然能進行程序的編寫，但是沒有直觀的實物控制，對控制技巧以及細節應用不能很好的處理，更不能直接將所學轉化為現實所用，所以在后期教學中學生有時候也很迷茫，知道PLC的用處大，但是具體怎么應用還是不清楚，學習后勁不足。2.PLC教學綜合實訓較少。目前PLC及其相關的自動控制技術已經應用到各行各業，僅在學校里就有較高通用性，例如制冷類專業的中央空調或大型冷庫的智能控制、機械類專業大型的機床設備、樓宇控制專業的電梯等。所以在教學中也應該多專業、多學科綜合實訓，最好讓學生在校就能真正將PLC所學轉化為應用，掌握更全面的知識。

(二)教學設備綜合性不強

目前技工院校實訓設備的來源主要有兩個途徑，一是購買教學儀器廠家生產的設備；二是自己設計并開發實訓設備。很多院校采用的是第一個途徑，但也存在一些問題：1.專業實訓設備少量購買工位不足，不利于教學，批量購買價格較貴，成本較高；2.一般實訓設備是進行PLC、變頻器、觸摸屏等教學，實訓科目單一，對于場地有限的學校來說利用率不高；3.購買的設備不一定能適用自己學校的學生，實用性不強。

所以對于規模較小，場地有限，資金不充足的院校來說，可以采用第二個途徑，即根據學校自身的特點開發出適合自己的實訓設備，最好開發的實訓設備可以多專業、多學科共同使用，這樣既能提高設備和場地的利用率又能進行專業和學科整合，效果更好，最后根據開發的設備提煉出典型工作任務從而開展一體化教學。

二、實訓設備的開發及工作任務的轉化

PLC教學中按照控制對象的不同一般可以分為彩燈控制、接觸器控制、氣缸(氣動)控制、電機控制、傳感器控制等五種典型控制方式，而這些控制對象又在很多專業學科中存在。我校近幾年根據專業發展及課程設置，將電氣自動化、制冷、機械等專業教學資源及教學場地進行整合，學校教師自行設計并開發了相應實訓設備并提煉典型的工作任務用于教學。

(一)智能型中央空調實訓設備

1.設備開發思路

在PLC教學中會遇到很多知識點因為沒有真實的環境和數據而不能很好的開展教學。例如：(1)FX2N-4AD-PT溫度模塊、4DA模擬量轉化模塊等特殊模塊應用；(2)溫度、壓力、流量等常用傳感器的實際檢測；(3)電動機的變頻控制；(4)觸摸屏、PLC、變頻器的綜合應用。以上知識點在傳統教學中大多采用的是模擬教學，有的根本就沒有開展特殊模塊教學，學生學習也得不到真實的實驗數據。

同時這些技能點又在中央空調中得到了很好的應用，所以將電氣自動控制技術和制冷技術整合，設計并開發了智能型中央空調實訓設備。該實訓設備既可以進行制冷專業實訓，也可以進行自動化控制實訓，讓學生擺脫模擬實訓的弊端，進行真實的溫度控制、電機控制、變頻節能調速控制等綜合訓練，將所學及時轉為所用。設備實物如圖1所示，變頻節能系統結構如圖2所示。

圖1 智能中央空調實訓設備

圖2 變頻節能系統結構圖

2.典型工作任務的提煉和轉化

根據設備的實際運行過程可以轉化為不同的實訓任務，能夠進行直觀的、實際的訓練，解決了以往只能模擬運行、仿真實訓的弊端，特別是故障檢測實訓更有針對性和實際效果，可提煉或轉化的實訓任務如表1所示。

表1 中央空調實訓設備可提煉的實訓任務

(二)衛生間智能沖水系統

1.設備開發思路

我校教學樓修建時間較早，公共衛生間結構是傳統的槽式蹲位便池，沖水裝置原先采用定時直沖方式，由于水壓和廁所結構的原因，常常出現沖不干凈、異味很大和浪費水的情況。為解決以上問題，并結合專業知識設計開發了衛生間智能沖水裝置，需滿足的功能有：(1)采用PLC和觸摸屏控制，能進行分樓層、分時段在入廁高峰期進行自動沖水；(2)能進行正常上課、夜晚、假期三種模式相互切換，在夜間和假期人少時少沖或者不沖，節約用水用電；(3)能隨時進行手動和自動運行模式切換，方便檢修和調試。設備實物如圖3所示。

圖3 智能型衛生間沖水裝置控制箱

2.典型工作任務的提煉與轉化

設備的開發除了解決學校實際問題之外，也進行了教學任務的轉化，為教學服務。該設備有24個彩色指示燈和24個繼電器，對應控制6個樓層24個沖水電磁閥，既有模擬輸出又有實際動作，學生學習基本指令、比較指令、SFC圖、時鐘指令等知識點時可以進行很好的實際應用。可提煉的任務如表2。

表2 智能沖水裝置可提煉的實訓任務

(三)PLC與變頻技術工作島

1.設備開發思路

我校傳統的PLC與變頻器教學設備采用的是板件式，即PLC和變頻器安裝在板件上，并配有按鈕、指示燈及電動機，由于結構簡單，功能單一，PLC與變頻器也不能進行通訊，導致實訓內容較少，不利于PLC新技術以及一體化教學，實訓板件和教學模式都處于被淘汰的邊緣。為了更好的進行PLC與變頻器基礎教學，結合一體化教學改革，開發設計了PLC與變頻器技術工作島實訓設備，并進行一體化實訓室改造。

實訓設備為六邊形不銹鋼結構，每島6工位，實訓室共九島54工位。每臺設備配有PLC、變頻器、電動機各三臺以及電腦6臺，能進行分組分任務一體化教學。設備及實訓室如圖4、5所示。

2.典型工作任務的提煉和轉化

PLC與變頻技術工作島配有較多按鈕、指示燈、電動機，后續升級后每島又增加了三臺觸摸屏，對于PLC基本指令、步進指令、SFC圖、應用指令的訓練以及觸摸屏、變頻器的綜合操作等都可以完成，能夠滿足中、高級課程教學。設備可開展的實訓任務如表3所示。

圖4 PLC與變頻技術工作島 圖5 PLC與變頻技術實訓室

表3 PLC與變頻器技術工作島可提煉的實訓任務

(四)氣動挖掘機實訓設備

1.設備開發思路

機械類課程和電氣自動化課程如何結合一直是機電一體化專業研究的重點，但也存在一些問題，例如：(1)傳統的數控銑課程所加工的零件最后都成為了擺飾品，并沒有進行二次應用；(2)液壓與氣動課程實訓也沒有很好的設備，購買專用設備利用率也不高；(3)PLC控制實際的氣缸和機械動作不多，學生學習不夠直觀。基于以上問題，設計開發了DIY氣動挖掘機實訓臺，如圖6所示。

圖6 DIY氣動挖掘機實訓臺

2.實訓任務的轉化

設備模擬的挖掘機選用的是氣動驅動，區別于實際的液壓控制，因為不考慮較大系統負載和機械動作控制精度，液壓和氣動控制原理和效果相差不大，且氣動元件拆卸和清潔方便，便于學生操作。其中挖掘機鏟、挖掘機手臂、駕駛艙、挖掘機底座、控制箱和面板上的動作雕刻圖都是學生在數控銑實訓課程中的產品，進行了二次利用。該設備采用PLC控制，可以實現挖掘機手動、自動、多角度動作，真正實現機電一體化專業綜合實訓教學。可提煉的實訓任務如表4所示。

表4 氣動挖掘機實訓設備可提煉的實訓任務

三、結束語

教學設備的開發和典型工作任務的提煉既要結合學校實際又要聯系生產生活實際，本文結合學校自身特點開發教學設備，進行專業和學科整合，充分提高實訓設備和場地的利用率，并進行工作任務的轉化，投入到實際教學中去，提高教學效果和質量，對其他技工院校來說也具有一定的參考價值。雖然設備的開發在精度、工藝美觀度、技術先進性等方面還存在不足，典型工作任務的提煉還不夠完善和系統，但是對學校目前的教學、教師的能力提升、成果積累等各方面都有很大的幫助，也為以后的繼續發展打下了堅實的基礎。

[1]何紹鵬，練偉新.基于PLC控制的智能沖水系統開發與教學應用[J].廣東技工教育研究，2014.3.

[2]吳振東，王璐.技工院校專業教學設備研發體制研究[J].廣東技工教育研究，2014.4.

[3]吳振東.特色氣動挖掘機綜合實訓臺設計研發[J].廣東技工教育研究，2014.4.

王章寬，廣東省核工業華南高級技工學校，一級實習指導教師，研究方向：機電一體化教學。

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