基于實訓設備升級改造后《PLC與HMI創新設計》課程開發與實施的研究

關鍵詞：實訓設備;PLC;觸摸屏;課程實施;

一、引言

近年來隨著人機界面技術的不斷發展，通過人機界面技術實現對整個生產過程的遠程監控，可以使管理人員不在現場也能了解生產系統的實時情況，實現生產系統的自動化運行。觸摸屏是小型的人機界面設備，通過觸摸屏可以實現遠程或現場的設備控制，并且將設備實時狀態直觀地呈現在觸摸屏上，同時通過觸摸屏的按鈕、開關等功能，有效減少了PLC控制系統的硬件，降低系統成本，操作方便維護簡單。目前越來越多的院校開設了PLC和人機界面的課程，但在教學過程中，大多數將兩門課程分開進行實施，先學PLC，再學人機界面。在學PLC時，著重以編程為主，缺乏人機的互動，減低學生的學習興趣;在學人機界面技術時，教師要把PLC的編程溫習一遍，然后依托項目為背景，設計人機界面，這些項目沒有實際控制對象，學生勢必會在人機界面的設計上花費諸多心思，然后進行仿真，造成學生缺乏觸摸屏的實際應用能力，降低了綜合的實踐能力。因此我們從實際的教學出發，對兩門課程進行整合，既增加了課程的趣味性，又加深學生對工業控制中典型的工作任務的理解，有效地提高了課程的教學效果。

二、配套PLC實訓室的現狀

2020年4月前學院西門子PLC實訓室的現狀：（1）PLC設備成舊，落后于工業的應用。2019年底，自動化技術專業對2003級到2016級共14屆畢業生進行畢業問卷調查，從調查的數據中發現，從事電氣系統的開發、設備的維護、安裝與調試仍是畢業生的主要工作崗位。大部分畢業生對PLC的相關課程比較認可，但也有部分學生提出，目前我們學院的PLC基礎實驗室，PLC控制器成舊，仍采用十幾年前的S7-200系列，遠遠落后于工業應用。（2）控制對象老化且數量又少，不能滿足學生的需求。目前PLC基礎實驗室共20套設備，自2006年建成以來，承擔了十幾屆應電、自動化技術、機電一體化專業等學生的實驗實訓和考證任務，實驗室電腦陳舊、設備電路板老化，許多地方接觸不良，造成可用設備和控制對象越來越少，無法滿足學生理論和實踐的需求。

2020年4月后學院對西門子PLC實訓室進行升級改造：從PLC實訓臺的控制器來說，采用現階段西門子公司主推S7-1200PLC來進行實訓臺的開發，可完成PLC基本指令、擴展指令、工藝指令、通信指令的編程;從PLC的控制對象來說，我們遵循由簡到難的認知規律，可完成跑馬燈、十字路口交通燈、四工位小車、物料分揀、溫度控制等項目的開發;從人機界面的設計來說，實驗室配置了西門子公司的7寸觸摸屏，提高了學生觸摸屏的應用能力;從軟件的更新來說，西門子公司的博圖（TIAprotal）軟件整合了PLC編程、人機界面和仿真等功能，集成度高，而且可以在沒有硬件設備的情況下，進行模擬仿真，對于學習者來說是個很好的平臺。綜上所述，目前學院的西門子PLC實訓室的硬件條件完全滿足《PLC與HMI創新設計》課程的實施需求。

三、課程的目標及內容

《PLC與HMI創新設計》是一門自動化技術專業、機電一體化專業的實踐類課程。根據行業專家對電氣自動化技術所涵蓋的崗位群進行的任務和職業能力進行分析，課程的總體目標：通過課程的學習，使學生具備一定人文綜合素質，樹立良好的職業規范，具備獨立完成中等復雜程度的PLC控制系統的硬件選型、電路設計、PLC程序設計、人機界面設計、電路的安裝和系統的調試與維修的能力，畢業后能服務于機電行業一線的高級技能型和應用型人才。

課程以培養學生的PLC技術和人機界面技術的綜合工程應用能力為主線，課程分3個教學項目和1個考核項目進行實施，總學時為60學時，其中教學項目為54學時，考核項目為6學時。教學項目中主要涵蓋了項目的應用背景及控制要求、硬件的選型、電路的設計、PLC程序的常用設計方法、人機界面的設計、電路的裝調與維修等內容。按照PLC控制系統的復雜度和由簡到難的認知規律，3個項目分別為“智能搶答器PLC控制系統設計與調試”、“物料分揀PLC控制系統的設計與調試”和“機械手PLC控制系統設計與調試”，各教學項目均采用項目化進行教學，“學中做、做中學”，始終將理論的學習和動手的訓練貫穿其中。

項目一“智能搶答器PLC控制系統設計與調試”注重鍛煉學生博圖軟件的使用能力，比較指令、傳送指令的應用能力，PLC經驗設計法的使用能力，簡單人機界面的設計能力，PLC控制系統的設計與調試能力;項目二“物料分揀PLC控制系統的設計與調試”注重鍛煉學生傳感器、電磁閥和氣缸在PLC技術中的應用能力;項目三“機械手PLC控制系統設計與調試”注重鍛煉學生步進電機的控制能力，博圖軟件中脈沖發生器的應用能力，主程序調用塊功能的能力，中等復雜程序的PLC控制系統的設計、聯機調試、故障排除的能力。

四、課程的教材及使用平臺

本課程所用的教材，選用本人主編的《PLC與HMI創新設計》指導書，與實驗室配套的HKPLC-2A型網絡型可編程控制器實驗裝置配套使用。另外還在超星平臺上開發了課程的網站，目前已覆蓋了到自動化專科及本科共8個班級。超星平臺的架構以3個項目為主線，設有課程學習任務單、微課、PPT、教案、配套習題、試題庫等內容，以滿足學生課前、課中與課后學習的教學資源需求（圖1、圖2）。

本課程評價采用形成性的考核方式，始終圍繞課程目標開展考核，課程考核主要由四部分組成，具體包括平時成績15%、實踐操作（三個項目）40%、實操考核30%、實訓報告15%。平時成績是由考勤、職業素養和團隊協作精神組成，職業素養主要考查學生的著裝、生產現場和工位整潔衛生，做到及時整理、清理和清掃等。

自《PLC與HMI創新設計》課程的開發及實施以來，得到學院、專業的領導及課程組成員的大力支持，進展基本順利。在課程的調查研究報告中顯示，學生對這門課的認可度是高的，普遍認為該門課程很好地鍛煉了PLC的編程、器件的選型、電路的設計、人機界面的設計、系統的調試與維修等能力，增強了專業的歸屬感，樹立了職業的規范意識，提高了PLC技術和觸摸屏技術的實際工程應用能力，為今后就業打下了堅實的基礎，課程實施效果好。

參考文獻：

[1]李龍唐思均張一.PLC與人機界面結合的課程教學模式研究《教育教學》，2017

[2]杜娟.觸摸屏在PLC實踐教學中的應用《探索與觀察》，2019

[3]魚敏英.基于電氣專業綜合實踐中《PLC與觸摸屏控制技術》課程研究《信息化教學》，2019

作者簡介：

葉紅芳（1981-）女，浙江金華人，金華職業技術學院，碩士學位，實驗師。現從事自動化技術專業的教學與實驗室管理工作。

項目來源：2020年校內教改課題《PLC實訓設備升級改造后的課程資源開發和信息化教學的研究》（20205A718）