可编程控制器教学改革探索

来源:用户上传      作者: 丁莉君

　　摘要： 可编程控制器（PLC）是自动化专业中一门应用性很强的专业课程。本文从该课程存在的主要问题入手，对课程教学内容及教学方法的改革进行了初步探讨。
　　关键词： 可编程控制器 教学改革 实践
　　
　　引言
　　
　　可编程控制器（PLC）是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置。PLC从诞生至今，得到了异常迅猛的发展，与CAD/CAM、机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱。经过30多年的发展，PLC已经形成了完整的工业控制器产品系列，其功能从初期的主要用于替代继电接触器控制，发展到目前的具有接近于计算机的强有力的软硬件功能。因此，它已经成为自动控制等众多专业的一门重要的专业课程。
　　
　　1 课程存在的问题
　　
　　1.1 教材选取困难
　　PLC自1969年问世以来，其发展速度十分惊人。据不完全统计，目前世界上有200多个PLC生产厂商，400多种PLC产品。各公司的产品在功能上有相同之处，也有各自的特点。美国各公司的产品功能比较齐全，但在组成中、小系统时，价格比较高；欧美的产品比较注重功能和价格的统一，特别是中型系统的“性能价格比”较好；日本各公司的产品模块集成度较高，整个系统的价格较低，特别是小型PLC在价格上有优势。由于PLC产品如此众多，相应的教材也是种类繁多。这样就带来了一些问题，教师在选择教材时，一方面要考虑不同流派PLC的特点和发展现状，另一方面又要想到一旦选择某一品牌的PLC，就必须要有相应的实验装置，给教材选取带来一定困难。
　　1.2 相关知识欠缺
　　在学习可编程控制器课程以前，学生首先应掌握一定的电气控制方面的知识，例如学习过电工学、微机原理等基础课程。当然，绝大多数的自动控制专业会考虑到这一问题。只是学生在学习基础课程时，往往由于学习任务重，将主要精力放在基本原理的学习上，而对于一些应用性的内容如继电接触器控制不予理睬。这样，学生在学习PLC这类专业课程时，会对基本概念、设计思想等难以理解，感到很难入门。
　　1.3 实践环节薄弱
　　可编程控制器课程是一门实践性很强的专业课程，课堂讲授的内容需要在实验中加以验证和巩固。而目前的情况是很多学校由于实验条件、教师水平、经费等诸多因素的限制，难以给学生提供合适的实验装置和实验环境。如果缺乏必要的实践，电气控制系统的设计和程序编制就不过是纸上谈兵而已。
　　
　　2 课堂教学的改革
　　
　　2.1 合理安排教学内容
　　我们知道，PLC源于替代继电接触器控制，因此它与传统的电气控制技术有着密不可分的联系。在制订教学大纲时，首先应适当加入传统继电接触器控制的内容，介绍一些常用控制电器的结构、原理、使用方法及基本电气控制电路、控制原理等。对于这一部分内容，教师可以根据学生掌握的电气控制方面的知识灵活处理。如果学生基础知识扎实，可缩短课时，但要注意突出传统继电接触器控制的典型电路和设计思想。其次，虽然PLC产品种类繁多，不同型号的PLC结构也各不相同，但它们的基本组成和工作原理却大致相同。作为一种工业控制计算机，PLC都具有中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源等，对用户程序进行循环扫描分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段进行。这些基本问题应首先讲解清楚，而在结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法等方面，各类PLC不尽相同。由于课时限制，我们介绍编程部分时，只能重点介绍一种型号PLC的指令系统，当然也没有必要面面俱到，介绍所有类型PLC的编程语言。另外，学生应对目前市场上几种主流PLC有所了解，如德国西门子公司生产的S7系列、日本三菱公司生产的FX系列等等。各类PLC适用场合各有侧重，因此在进行PLC控制系统设计时，合理选择PLC对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。
　　2.2 努力改进教学方法
　　可编程控制器课程实践性很强，因此，其教学方法与基础理论课有很大差异。学生在理解基本概念的基础上，应具备较强的动手能力。这就要求我们不能一味地采用“教师讲，学生听”的传统授课方式。首先理论知识的讲解应与实验相结合。在介绍PLC结构、工作原理时，可以在实验室对照实物讲解，并演示PLC的工作过程。此外，可以带领学生到工业现场参观，了解PLC的工作环境。这样在课程开设初期就可以使学生产生浓厚的学习兴趣，从而调动他们的学习积极性。其次，对于PLC指令系统，由于学生难以在学习的初级阶段接受全部指令，可重点介绍基本指令和常用的功能指令，其余部分学生在处理具体问题时可自行查阅。对编程方法的掌握重在练习，因此这一部分内容需要学生多动脑编程、多上机调试。另外，课堂上教师可以借助多媒体向学生介绍一些具体的PLC控制系统及其设计方法，如从简单的PLC在三相异步电动机控制中的应用，到复杂些的PLC用于液体混合装置、温度监测控制系统等。多了解具体的控制系统，可以使学生能够逐渐将硬件设计和软件开发结合在一起，提高设计可用于实际的PLC应用系统的能力。
　　
　　3 实践教学的改革
　　
　　3.1 安排好实验内容
　　在课堂教学中，虽然我们强调了培养学生理论与实践相结合的能力，但这种能力只是处于理性的阶段。要使学生真正具备一定的实践能力，必须让他们在实验中得到锻炼。在实验内容上，应首先安排一次继电接触器控制系统的实验，让学生亲自体会这种传统的控制方式。一般情况下，在电工实验室的实验板上都能完成较简单的继电接触器控制实验，如三相异步电动机的起停和正反转控制。其次，PLC实验部分分为基础性实验和综合设计性实验。基础性实验能够巩固和加深理解PLC的基本指令，掌握PLC的操作方法，分析实验结果并按要求撰写实验报告。这一部分实验是整个PLC实验的基础，但从培养学生的综合能力这一角度出发，其内容偏于简单，由于课时有限，不能安排的数目过多。综合设计性实验主要是培养学生设计PLC控制系统的综合能力。教师可先公布若干实验题目，提出实验要求，给出必要的提示。学生自行选定题目后，根据已学过的知识和参考相关教材，在预习阶段设计方案、选择仪器设备，编制程序。实验课上，学生根据自拟的实验步骤进行操作。在整个实验过程中，学生有充分的自主权，可以尽可能地发挥自己的想象力。对同一个题目，不同的学生会有不同的设计方案，因此，实验室应尽量提供可能涉及的实验器材，教师可进行必要的指导。
　　3.2 组织好课程设计
　　课程设计是PLC课程教学中的一个重要环节，可以培养学生解决课题的综合能力。教师可布置几个课程设计的题目，如PLC用于电梯控制、用于电镀专用行车、用于交通信号灯自动控制等等。学生可以根据自己的兴趣自由选取题目。在设计过程中，学生首先要明确设计任务和要求，然后选定PLC、完成输入/输出定义号的分配及硬件图的设计、进行内部继电器分配及软件设计和调试。我们教师在指导学生完成课程设计题目时，不但要帮助学生巩固理论知识、增强动手能力，而且要培养他们严谨的科研作风，使他们终身受益。
　　
　　4 结语
　　
　　当今工业技术的发展日新月异，新理论、新工艺不断涌现，与任何一门课程一样，可编程控制器课程的改革是一项复杂的工程。我们每一位教师只有及时更新观念，积极投入教学改革，才能不断提高教学质量，培养出更多更好的适应时代发展要求的建设人才。
　　
　　参考文献：
　　［1］吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用［M］.北京：机械工业出版社，2004.
　　［2］高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例［M］.北京：人民邮电出版社，2004.
　　［3］史增芳，姜岩蕾.《可编程控制器及应用》教学改革探索［J］.机械职业教育，2006，（1）.

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