基于“任務驅動法”PLC 及應用課程內容優化研究與實踐

王琰琳

（安徽新華學院，安徽 合肥 230088）

1 研究背景

PLC 目前廣泛應用于目前的工業控制領域，以其編程語言簡單、可靠性高、功能修改簡單等一系列優于傳統繼電-接觸器電路的特點， 基本取代了傳統繼電-接觸器大型裝置， 在當前生產生活過程中占有非常重要的地位。

PLC 及應用這門課程是自動化、電氣工程及其自動化等相關專業的核心課程，具有實踐操作性強的特點。 教學過程中已經采用了“理實一體化”的教學方式，將理論和實踐同步穿插進行，具有良好的教學效果。 然而在實際的教學中，存在學生對應用環境理解和被控任務分解不佳的問題，為了改善現狀，提出了基于“任務驅動法”的課程內容優化方案，以提高學生對課程的掌握程度。

2 現狀分析

當前PLC 相關教材根據內容主要分為兩類。一類完全介紹PLC 知識，包括PLC 的指令、通信、監控等；另一類則在PLC 相關之前加入電氣控制線路以引導學生從電路實現邏輯到程序實現邏輯。

在當前教學中，PLC 的教材內容主要分為五大部分：低壓電器、電氣控制線路、PLC 基本知識、PLC 指令、PLC 通信組網， 旨在讓學生了解低壓電器的基礎上，用低壓電器搭建控制電路完成控制目的，其后用PLC 編程取代電路搭建的邏輯，以實現系統功能的復雜化和智能化。

在實際教學過程中發現，以教師講解為主，按照章節依次進行，學生存在將電氣控制線路和PLC 基礎知識孤立的現象。 于是就出現在學習PLC 部分時，學生完全集中學習指令的格式、指令的用法上，不明白上低壓電器和電氣控制線路知識與PLC 之間的關聯意義，且PLC 課程相關實驗也存在偏生活化，缺少對工廠背景下的各種環境的結合。 針對這種現象，提出基于“任務驅動法”的PLC 及應用課程內容優化方案，將低壓電器和電氣控制線路部分與PLC 部分結合穿插進行，以“任務驅動”的方式，從電氣控制線路的邏輯關系搭建一步步到PLC 程序邏輯的編寫，從而使學生更好地將所學知識融會貫通，從而觸發學生積極聯系實際，解決問題。

3 方案擬定及實施

改進后的PLC 課程內容將電氣控制電路與PLC控制程序穿插進行，對于每一個知識點的講解都分為三步，即提出控制要求、用電氣控制線路完成控制要求、用PLC 完成控制要求，如圖1 所示。

以三相異步電機點動控制為例，在傳統教學方法中，該內容是在講解完所有的低壓電器之后才進行教學，并且采用的是灌輸式教學，即告訴學生用什么。 此時學生已經對之前學習的低壓電器有所遺忘，只能通過強制記憶和回憶來聽懂課堂內容。 在改進了教學內容后，在課程伊始，帶領學生復習三相異步電動機的基本原理之后，即按照以下步驟來進行教學。

圖1 任務驅動步驟

（1）提出控制任務

首先，提出如何控制低功率三相異步電機的直接起動和停止，引導學生思考，通電則啟動，斷電則停止。 其次提出三相交流電如何在電機上加入或取消，引入低壓電器和電氣控制線路的講解。

（2）低壓電器及電氣控制線路講解

學生在第一步中，已經明確了需要有開關來控制電機通斷電。 以此為線索，引導學生結合房間的燈、風扇等設備的控制，明確需要配電電器、控制電氣、保護電氣等。 從而引入刀開關、接觸器、熱繼電器和熔斷器等常用低壓電器的講解，并逐步用實物組成主電路并在PPT 上演示。

其次，在掌握了常用低壓電器并搭建出控制電機起停的主電路，分析主電路明確接下來的控制任務即控制主電路中的接觸器的主觸頭閉合，從而結合接觸器的原理，引入控制線路，從而完成了電氣控制線路的主電路和控制電路的設計。

再次，分析所設計的電路，提出點動的概念，為后續的長動的概念的提出打下基礎。 從而采用電氣控制線路完成了對電機的起停控制。

（3）PLC 相關指令及控制要求的實現

首先，明確電機在主電路里，要控制的仍然是電機的起停，所以主電路不變。 需要改變的則是控制電路，將原本用電氣控制電路搭建的對主電路進行控制的邏輯，改為用PLC 來實現，本質上還是去控制接觸器線圈的得電。

其次，講解PLC 相關指令，即常開、常閉、輸出線圈指令， 并帶學生在STEP7 MICRO/WIN 軟件上查找相關指令并熟悉使用軟件并在實驗箱上完成輸入輸出口的硬件連接。

再次，帶領學生編寫程序，完成程序的下載，并在實驗箱上觀察現象， 即按下SB1 按鈕，Q0.0 輸出口有輸出，松開則無輸出。 若將Q0.0 連接的模擬小燈換成接觸器的線圈，則可以取代電氣控制線路，采用程序實現對主電路控制的邏輯，具有靈活性、易修改的特點。

4 改革成效

將比賽引入教學， 在枯燥的理論知識中加入實踐，充分提高了學生的興趣和積極性，將學生從被迫做實驗變成主動做實驗。 在傳統教學模式下，學生不能直接觀察現象，不易發現問題，很少進行提問，這也就意味著學生很少進行深入的思考。 而改革之后，在日常的教學中，學生提問明顯增多，并且在發現問題的時候，能夠主動思考如何去解決問題，而不是遇到問題僅依靠教師解決。 此外，由于實踐能力的提高，學生對學科競賽、 大學生創新項目等產生了濃厚的興趣，項目數量、成果數量和參賽成績也呈現逐年向好的趨勢。

5 結語

采用任務驅動的方式， 并且將電氣控制線路和PLC 控制部分結合，優化教學內容后，學生在學習的過程中，可以不斷帶著問題去思考。 通過理論與實踐相結合的教學方式，使學生能夠在學習后，及時地在實驗箱上完成驗證。 采用任務驅動的方式，讓學生切實體會到低壓電器在控制系統中的作用和如何選用以及PLC 來取代傳統電氣控制線路的優越性。特別是在采用以上方法進一步的完成電機的長動控制、連鎖控制、 互鎖控制等一系列控制要求的過程中，PLC 的優勢逐漸彰顯， 隨著控制要求復雜程度不斷提高，學生也習慣于逐步采用PLC 來代替傳統電氣控制線路來實現控制邏輯。