以概念为契机探讨《可编程控制器及其应用》课程教学

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　　摘要：可编程序控制器作为一种现代信息技术和工业生产发展的产物，为适应工业发展和学生职业需求，因其具有高可靠性、操作方便、实用经济等优点，成为职业学校电类专业不可缺少的具有代表性的理论实践一体化教学科目。本文将以 PLC概念为契机，着重以理论基础知识为主线，在对教材知识安排的全局性、整体性、直观性、逻辑性、结构性等多个方面的分析和教学实践组合考虑的基础上，重点从基础知识的理论性、相关性、应用性、技能性等方面，对学生必须了解和掌握的重点内容、主要分析步骤和具体教学方法简单总结阐述，旨在体现现代信息技术的职业需求和发展方向。
　　关键词：可编程控制;计算机基础 ;自动控制;结构化程序设计
　　中图分类号：TP311     文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2020）02-0156-02
　　随着现代信息技术的发展与应用，职业教育改革和发展得到了高速有效地推动，为了更好地适应中等职业技术学校电工类专业的教学要求及岗位和教学实践的需求变化，根据就业岗位对技能型人才所具备的能力要求，体现“做中学”“学中做”的教学理念，人力资源和社会保障部在确定学生应该具备的能力与知识结构的基础上，使得《可编程控制及其应用》（PLC）课程成为中等职业技术学校电工类专业必不可少的具有代表性的理论实践一体化教学科目之一。因为就可编程控制器 （PLC）本身而言，它是在继电-接触器控制和计算机控制基础上发展起来的一种工业自动控制装置，是计算机技术在工业控制领域的具体应用，它所具有的高可靠性、强抗干扰能力、直观编程、较好的适应性、较强的接口功能等特点，更适合中职学校学生的能力和就业要求;加之，现代信息技术中的多媒体技术、虚拟仿真技术、网络通讯技术平台等若能较好地应用于可编程序控制技术课程教学，便可以大大增加教学的趣味性和信息量，增强教与学的交互性、自主性、开放性、安全性、仿真性和互动性等，可以使得职业教育的教与学理念进一步得到提升与体现。因此，可编程控制也在更广泛的行业得以发展，也被越来越多的工业领域所青睐，同时也被推崇为现代职业教育电类课程教学内容的重要组成部分。因此，下面我将从实际教学出发，以PLC概念为契机以正常的教学内容安排为基础，略谈一下自己对于《可编程控制及其应用》这门课的教学观点和思考方法。
　　1 以理论基础知识为教学主线，着重把握课程内容的整体性与全局性
　　可编程控制器是随着科学技术以及计算机硬件飞速发展起来的产物，是一种为适应工业控制而设计的自动控制装置，实属计算机。从整体概念考虑主要总结为以下几个方面：
　　（1） 可编程控制器它是以微处理器（CPU）为基础——突出硬件的重要组成部分，实質为计算机的核心组成部分（包括运算器、控制器……）;
　　（2） 综合计算机技术、自动控制技术和通讯技术（3C技术）——突出涉及的三大主要科学领域;
　　（3） 用面向控制过程、面向用户的“自然语言”即梯形图（LAD）、指令语句表和顺序流程控制图（SFC）编程——指出控制过程的主要实现方法。
　　主要应用和特点：
　　可编程控制器被广泛应用于自动化控制的各个领域，与数控技术、工业机器人技术并存，成为现代工业控制的三大支柱之一，是一种可靠性高的新一代通用工业控制装置。
　　（1） 主要应用有：①开关量逻辑控制;②模拟量控制;③运动控制;④数据处理;⑤通信及联网。
　　（2） 主要特点有：①软件简单易学、编程简单、操作方便;②使用和维护方便，具体包括：A.硬件配置方便，有丰富的I/O接口;B.安装方便;C.使用方便;D.维护方便;③运行稳定可靠、使用灵活;④设计周期短等。
　　2 以原有的知识体系结构为基础，分析知识之间的相关性、统一性，并能注重把握、区分新特性
　　具体而言，可以结合学生原有的知识结构——以计算机应用基础和继电器控制原理为理论知识基础，在课程未进行之前，先对课程的总体结构安排做到心中有数，再在课程进行期间对细节方面进一步扩展，牢牢把握课程安排主线，利用专业理论认真分析，切实注意知识领域之间的相关性，在理论讲解方面注意联系计算机应用基础知识理论，沿用计算机应用理论基础知识的学习和分析方法，认清讲解思路，注意应用流程，把握讲解主线，突出重点难点，再以可编程控制器的基本概念为契机，从其产生背景、发展阶段、具有的特点特性入手，然后结合它们的软硬件系统基本组成结构，密切联系基本应用实际，按照从整体到部分、从全局到细节、逐步扩充、逐层细化，使两者有机结合，相互对比、相互区分、求同存异、注重相似点、相关点，搞清实质、注意甄别、把握关键。如可编程控制器的定义就是主要围绕计算机的系统组成这条主线，详细通过计算机的硬件体系结构——硬件的五大主要组成部分（运算器+控制器+存储器内存+输入部件+输出部件），再结合软件系统组成（主要包括系统软件和应用软件）和设计，使软硬件系统有机结合，突出各自的基本功能的，且旨在体现了以下几个重要知识点：
　　（1） 突出实质——以CPU（运算器+控制器+内存）为基础，是数字计算机操作的电子系统，实际为计算机;
　　（2） 采用存储程序控制方式，控制功能通过存放在存储器内的程序实现;
　　（3） 数字量或模拟量输入/输出控制，输入/输出电平可与外部装置直接相连，易于控制系统联成一体，体积小、重量轻、功耗低;
　　（4） 使用面向用户指令——编程方便，用程序代替硬件连线，通用性强，控制程序可变，编程简单，使用方便，容易掌握，功能强，适应面广，减少了设计及施工的工作量，控制功能修改只需要改变软件指令——即硬件控制的软件化;
　　（5） 突出功能特点：条件控制、定时控制、计数控制、步进控制、数据处理、通信和联网以及对控制系统的监控; 　　（6） 用计算机代替继电控制盘，维护方便，可靠性高，抗干扰能力强，结构易于扩展，专为工业环境下的应用而设计……
　　3 注重基础与关键知识的直观性、顺序性、逻辑性，并能够使用清晰的分析思路、便捷的处理过程，突出重点、把握关键问题和疑难问题的主要解决方案
　　为突出要点、解决疑难，采用直观教学方式，教学过程中采取实物演示与模拟实验环境对比操作突出客观事物控制过程中实物的存在感、使用户与学习内容的交互性、学习者学习过程的自主性、应用软件的仿真性、实验环节的开放性、具体项目实施的针对性和安全性等方面都得到具体体现。
　　1） 从具体实物的直观性原则出发，通过具体实例观察理解PLC的外部特征，并能按照从整体到部分，从全局到局部、从概貌到细节，全面把握可编程控制器的硬件外观的各个组成部分和功能。
　　即大体上从外观上看主要组成包括以下五个主要部分：①接线端子：输入/输出端子（X/Y）、电源端子（直流AC/交流三相L、N、PE）、公共接口端子（COM）;②输入/输出状态指示（IN/OUT）;③运行状态指示（POWER、RUN/STOP、ERROR）;④外转设备接线插座（RS-422或端子排等）;⑤扩展单元、扩展模块、特殊功能模块接线插座等）。
　　2） 从外观和结构出发，结合具体的控制问题，以简单控制过程为例，按照从简到繁、由易到难逐步扩充的方法，详细分析具体的实验环节的各个部分，把握关键过程、方法和主要执行步骤，注意送电/停电的顺序和安全操作规程，在保证安全的前提下，具体实践可按以下几方面进行：
　　（1） 硬件安装。主要包括：A.列I/O地址分配表;B.连接原理图;C.设计程序。
　　（2） 系统调试。主要包括：A.具体软件环境下，控制程序的编写使用：Ⅰ.创建工程运行软件;Ⅱ.新建程序文件;Ⅲ.编写控制程序;Ⅳ.程序转换;Ⅴ.程序下载;B.编程、传输程序测试（检查）;C.PLC外部硬件接线：主要包括①电源+24v、COM;②I/O接线;D.“运行RUN”程序/“监视”程序……
　　3） 从软件设计的逻辑性、顺序性、层次性和结构化程序设计（任何复杂的算法，都可以由顺序结构、选择（分支）结构和循环结构三种基本结构组成）思想的关键点出发，突出理论基础，把握PLC主要编程语言，最常用的是梯形图和指令语句表。具体而言：
　　（1） 梯形图  主要包括以下几点：①梯形图的由来以及与控制电路之间的关系：梯形图是从继电器控制电路图转化而来的，形式上与继电器控制电路很相似，读图方法和习惯也相同;②梯形图的定义：梯形图是用图形符号将继电控制电路图中的相互关系用表示控制逻辑的图形符号表示出来的编程语言，梯形图是通过连线，将许多功能强大的PLC指令的图形符号连在一起，以表达所调用的PLC指令及其前后顺序关系的，也是目前最常用的一种可编程控制器程序设计语言;③梯形图的组成、一般分析方法和原则：在所有梯形图中都有左母线、右母线和逻辑行，逻辑行由各种等效继电器的触点串并联后和线圈组成。画梯形图时必须遵守：梯形图应该按照从左到右、从上到下的顺序画;④梯形图逻辑行中元素组成规则：左母线只能直接连接各类继电器的触点，右母线也只能连接各类继电器的线圈。
　　（2） 指令语句表  指令语句表类似于计算机汇编语言的形式，用指令的助记符进行编程，指令助记符直观易懂，编程简单，通常把每个控制功能由一个或多个语句组成的程序来表示，面条语句规定可编程控制器中CPU如何工作，一般指令由助记符（为每一条指令的符号，指明操作功能）和操作元件（指操作對象）组成……
　　4） 要注重3C系统组成中，在具体问题设计时，不同的控制过程中各个组成部分的相关性和统一性。
　　在问题设计时，各个硬件接口组成部分和元器件、软元件等它们之间存在一一对应的相互映像关系。具体体现在：①控制电路部分的输入元件（各种开关）/输出元件（各类继电器线圈）与PLC输入/输出接口之间;②可编程控制器两种主要的编程语言梯形图和指令语句表之间;③控制电路部分的输入元件/输出元件与梯形图和指令语句表中各个符号以及软元件之间均存在一一对应关系……
　　总之，不管教学过程中使用什么样的方法和手段，教学内容如何变化，一般情况下对于可编程控制及其应用教学，大体可以PLC的基本概念为契机，突出一个中心（以CPU为中心）、两种基本程序设计方法（梯形图和指令语句表）、三大领域（计算机技术、自动控制技术和通讯技术）和三种基本的程序设计结构（顺序、选择和循环）、五个应用领域（逻辑控制、模拟量控制、运动控制、数据处理、通信和联网）为主要内容，按照以下几个主要的基本操作步骤：①根据控制要求，确定分析控制程序的操作步骤和要求;②确定分配PLC输入和输出点，画PLC接线图，列输入/输出接点分配表;③硬件连线;④设计程序与系统调试;安全检查，分析实验结果……以具体实例为教学实体内容进行，加以具体的处理问题的方法和结构化设计思想，使现代信息技术发展的方向性和高效性得以体现。
　　参考文献：
　　[1] 杨忠杰， 主编.全国中等职业技术学校电工类专业通用教材《可编程控制器及其应用》：第三版[M].中国劳动和社会保障出版社.
　　[2] 侯敏，主编.全国中等职业教育课程改革国家规划教材《计算机应用基础》：第五版[M].
　　[3] 胡寿松，主编.普通高等教育课程改革国家规划教材《自动控制原理》：第六版[M].
　　[4] 伦洪山，主编.全国职业技术学校规划教材《电气控制技术基础》[M].
　　【通联编辑：李雅琪】
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