技校PLC課程教學實踐分解

文/鄭龍華

世界上第一臺PLC由美國數字設備公司研制開發并成功用于汽車生產線上，它取代傳統的繼電器接觸器控制后，PLC很快在美國其他工業領域得到推廣應用。隨著PLC與傳感器、變頻器的結合，它的功能越來越強大，應用領域越來越廣泛。當前，PLC自動化控制技術在大多數國家的冶金、礦山、機械、交通、輕工等行業以及日常生活中得到廣泛應用。近年來，許多技校已在機電類專業開設PLC課程。筆者結合教學實踐，提出幾點思考。

一、提高學生學習興趣是關鍵

技校學生普遍存在文化基礎知識差、對理論知識學習不感興趣等問題，在學習專業課時，若遇到英文字母，學生可能看都不看就說自己不行。對于PLC這門課來說，學生在未入門的情況下，往往會有兩個錯誤認識：一是認為該課程與英語（指令表）有關；二是認為該課程與制圖（梯形圖）有關。這些都使得學生在學習PLC課時產生畏難情緒，這就要求教師應當從以下幾方面入手，提高學生的學習興趣。

（一）就業前景激發學習興趣。當今是信息時代、網絡時代，教師應通過各種渠道，獲取與本課程相關的資料，列舉PLC在工業、農業、交通運輸業及日常生活中廣泛應用的例子，并盡可能地給學生提供到企業特別是大型企業實地參觀或與企業員工交流的機會，讓學生了解其就業的大好前景，激起他們的學習興趣，使學生對PLC這門課的認識不再只停留在抽象的概念上。

（二）多媒體教學激發學習興趣。每個教師都知道，所謂的教學難點是指學習者在學習過程中難以理解、掌握的知識點或技能。學生在學習上遇到困難，除學生的主觀原因外，很多時候還來自學生對客觀現象缺乏實際感受，由于感性知識太少，很難完成從感性認識到抽象概念的飛躍。PLC的特點之一是邏輯性、抽象性強。教師在教學中應盡量使用多媒體教學設備，這樣不僅節約了很多時間，而且更直觀、生動，學生更易接受。在條件允許的情況下，我們可以用PS軟件或flash軟件，把PLC要實現的功能用動畫方式生動形象地呈現在學生面前，讓學生能更好地理解PLC要實現的功能，從而設計出可行的梯形圖。三棱PLC自帶動畫軟件，它不僅有詳細的控制要求，而且有一幅幅可以動的畫面，教師在授課時借助它激發學生的學習興趣。

通常新學期的第一節PLC課，筆者不是按教材順序先介紹PLC的硬件、軟件設備及結構等，而是先把學生帶到實訓室，演示幾組常見的適用動畫給學生看（如動感舞臺、車庫自動門控制、小區門口監控感應系統等），用直觀的畫面吸引學生的眼球，激起學生的求知欲，使之變被動學習為主動探究，提高學習興趣。

圖1

三棱PLC自帶動畫軟件中的小區門口監控感應系統模擬畫面和梯形圖。當有人進前時，傳感器X0接到信號，則指示燈Y1點亮，一直到出口傳感器X1感應到人的信號5秒后，指示燈Y1才熄滅。當有車進前時，傳感器X2接收到信號，則指示燈Y4點亮，一直到出口傳感器X3感應到車的信號5秒后，指示燈Y4才熄滅，若車沒有在10秒鐘內通過傳感器X2和X3之間的區域，則紅燈Y3被點亮，而且蜂鳴器Y7接通報警，等到出口傳感器X3感應到車的信號后蜂鳴器停止，5秒后指示燈Y4才熄滅（見圖一）。

教師寫入正確的程序，再演示給學生觀看，學生看到通過教師的控制，畫面不僅能動，而且指示燈能亮、蜂鳴器能叫，學生覺得挺帶勁的，希望自己也能實現這樣的控制，如此就為PLC的學習打開良好的開端。

（三）互動教學激起學習興趣。教學即包含教師的教，也包含學生的學，因此需要教學互動。教學互動可以是師生互動、生生互動、教學內容與媒介之間的互動。課堂上比較常用的是師生互動和生生互動。師生互動可以是簡單的教師問、學生答，學生問、教師答，教師指導、學生實踐，也可以設置根據課堂情況一個場景，師生一同參與、一同探討、最終得出正確結論。生生互動一般是以小組討論、小組競賽、小組合作的方式進行。在學生實踐的環節，更應注意加強互動教學，這個環節不僅是老師傳授給學生編程方法等內容，學生也可以通過老師給出的任務書，從各方面獲取資料，充分發揮自身的創造力去設計、完成指定任務。這樣不僅鍛煉了學生的思維能力，而且在完成任務書的同時，學生不知不覺地學會了解決問題的方法，在這過程中還增強了學生之間的信息交流，培養學生互助合作精神。總之，教師在三尺講臺上要讓每個學生都扮演一定的角色，擔負一定的責任，就能激起學生學習的興趣。

二、建立PLC梯形圖的概念

學生剛接觸梯形圖時會有一種摸不著邊的感覺，如果學生找不到入門點，即使有再高的學習興趣恐怕也只能敗興而歸。因此，筆者認為建立起PLC梯形圖的概念是非常重要的。經驗法是讓學生在短時間內建立起梯形圖概念的行之有效的方法。

PLC發展初期是沿用設計繼電器電路圖的方法來設計梯形圖，即在已有的繼電器電路圖的基礎上，根據對被控制對象的控制要求，不斷地修改完善成梯形圖。這種方法沒有普遍的規律可以遵循，設計者一定要掌握繼電器控制線路基礎知識，通過設計者對繼電器的控制的經驗，把設計繼電器控制思維轉化為PLC梯形圖設計思維。特別是在PLC入門學習的時候，這種方法能夠很快讓學生建立起梯形圖的模型。例如，教師可以從電動機的連續運行控制開始（見圖2），先分析其工作原理，當按下正轉啟動按鈕SB2時，接觸器KM1線圈得電，其輔助常開觸頭閉合自鎖，主觸頭閉合，電動機連續運行，若要讓電動機停止運行，只要按下停止按鈕SB1，接觸器KM1線圈失電，主觸頭和輔助常開觸頭復位，電動機失電停止。

圖2

第二步講解PLC內部各類等效繼電器的線圈和觸點與繼電器線圈和觸點的圖形符號比較（見圖3）。

圖3

第三步把上面的電路轉化為梯形圖（見圖4），并上機仿真運行、分析，學生就能看到，當按下開關X2時，Y1得電，當松開X2時，Y1仍得電，實現連續運行；當按下開關X1時，Y1失電，電機停止運行。學生覺得這與繼電器控制原理相似，比較容易接受。

圖4

在連續運行的基礎上，提出問題，如何用PLC控制，讓電動機能正轉也能反轉？學生根據接觸器正反轉控制電路很快就能設計出反轉控制梯形圖（見圖5）。

圖5

如此一來，學生覺得梯形圖并不是那么抽象和難以設計的，這時再給學生補充梯形圖的組成部分和畫圖的注意事項等知識，加深學生印象，梯形圖的概念就建立起來了。

應該注意的是，經驗法是在繼電器電路基礎上轉移而來的，因此就要求在機電類專業排課時《PLC》與《電力拖動》不能在同一學期同時開課，曾經有一學期，學生沒有繼電器控制電路基礎知識，學起PLC來非常費勁，這樣就很難達到預期效果。

三、合理采用課題式教學法

課題式教學是將學習、設計和研究貫穿于課堂教學的一種教學模式，其主要是學生在教師的指導下開展的學習、研究、討論和設計，把教、學、實踐三者有機地結合在一起。課題式教學法在PLC教學過程中比較適用，PLC這門課主要培養學生的設計思路，而不是讓學生死記硬背某個梯形圖。在教學過程中，教師可以把某一個要研究的課題，分解成多個已經學習過的、比較簡單的小任務，并且預先分析好難點所在，做好引導工作，使課題的設計思路清晰地呈現在學生的腦海中，然后讓學生討論、研究、動手實踐，最終成功完成整個課題。如搶答器的控制程序，就可以分成“分臺指示燈”控制、“搶答時限”控制和“主控臺”控制三個小程序，設計好每個小程序的梯形圖后，再按題目要求把它們有機結合在一起就可以形成完整的梯形圖。

（一）設計各分臺指示燈梯形圖（X1、X2、X3為各分臺搶答按鈕，Y1、Y2、Y3為各分臺指示燈符號）：這一塊的難點在于怎樣實現當某一個搶答按鈕被按下后，其他各個分臺上的按鈕再按下則為無效信號。老師可以讓學生自己思考解決問題的方法，也可以提醒學生在電動機的正反轉運行中，怎樣實現正轉和反轉不同時得電，這樣學生很快就能想到解決問題的辦法（用觸頭聯鎖），然后完成，梯形圖（見圖6）。

圖6

（二）搶答時限控制梯形圖（10秒鐘的搶答時間）：這一塊的難點在于怎樣設定10秒的搶答時間，即在10秒鐘內按下搶答按鈕為有效搶答，且定時器不再計時，若在10秒鐘內無人按下搶答按鈕則顯示自動撤銷信號，之后再按下搶答按鈕為無效搶答。老師可以提示學生：①用分臺指示燈的觸頭作為定時器的停止開關，②用定時器的觸頭作為自動撤銷信號的啟動開關。學生就能很快設計出可行的梯形圖（見圖7）。

圖7

（三）設計總電源和搶答開始/復位的梯形圖：這一塊主要要設計總電源和指示燈及搶答開始/復位的梯形圖（見圖8）。

圖8

把三個部分的梯形圖組合在一起就形成完整的搶答器控制梯形圖，形成完整的梯形圖（見圖9）。

圖9

在幾個程序的有機結合時，要考慮題目的總體要求和要實現的功能。如圖9中的最上面一部分為“分臺指示燈”控制的梯形圖，這一部分與之前的圖6基本相同，但不是完全相同，還要加三個Y4的常閉觸頭。其作用是要滿足題目要求：“若在10秒鐘內無人按下搶答按鈕則顯示自動撤銷信號，之后再按下搶答按鈕為無效搶答”。即一旦Y4燈亮，則切斷三個搶答支路，無法再進行搶答。這些細小又不是很難的環節可以讓學生討論，自行設計解決方案，然后上機實踐，仿真運行，再逐步完善。

應該注意的是，這種教學方法通常要在學生建立起梯形圖概念、能獨立完成簡單梯形圖的設計并能自行分析控制要求后，才能嘗試運用并逐步推廣。

四、適當增加實踐課比例

技校的培養目標就是要讓學生掌握一定的操作技能。若教師上課只是一味地紙上談兵，講解抽象的概念和空洞的理論，而沒有給學生實際動手的機會，那么學生就無法把理論應用到實踐中去，無法真正掌握操作技能并提高解決問題的能力。因此，教師在授課的過程中應該注意理論課與實踐課的搭配比例，通過學生自己動手實踐操作，提高他們發現問題解決問題的能力，為他們學好PLC 打下堅實的基礎，從而為將來進入生產崗位做好準備。在學生動手實踐的過程中，教師應巡回檢查指導，及時發現、解決學生在實踐中遇到的難題，保證教學效果。