PLC课程实践教学环节的改革与实践

王越男 张艳丽 田思庆

(佳木斯大学信息电子技术学院 黑龙江佳木斯 154007)

0 引言

PLC是一种专为工业环境设计、以微处理器为基础的工业计算机，融合了计算机技术、自动控制技术和通信技术，具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单方便、功能完善等优点。目前已和机器人技术、CAD/CAM并称为自动化技术的三大支柱。企业对PLC技术人员的需求日益增大。由于PLC应用广泛，PLC课程是电气工程、自动化、过程自动化专业的必修专业课。PLC本身具有很强的实践应用性，是学生就业主攻方向的重要课程［1］，因此在教学环节中不能只注重理论教学，要突出其实际应用性。为此，经过多年对企业的了解和实际工作经验，笔者所在学校的专业教研室对PLC的实验教学和实训环节进行了改革，并进行了一定的实践探索。

1 更新实验内容，最大化利用实验室资源

实验是学生理解、认识、加深理论知识的基础，只有让学生充分认识PLC的应用性，才能让学生喜欢PLC，才能调动学生的学习积极性。因此，教研室充分利用教学实训基地，组织学生参观佳木斯污水处理厂，请技术人员说明污水处理的过程，讲解PLC在污水处理过程中的作用，充分体现PLC的实际应用价值。让学生通过感性认识，达到了解、喜欢PLC的目的，并让他们接触与PLC密切联系的组态软件，理解现场控制和远程控制之间的关系，加深了解所学各门课程之间的联系，开阔学习思路。

1)合理安排验证性实验。PLC是在传统的继电器接触器控制系统上面发展起来的一门集计算机技术、电气控制技术等方面融合在一起的课程。在实验安排上，为体现PLC接线的简单性，首先先让学生做继电接触器控制系统的正反转实验，使学生充分意识到传统接线控制系统“硬接线”的特点，即改变控制要求，如控制要求变为既有电气互锁又有机械互锁时，虽然电气原理图只是增加了两个按钮的常闭触点，但实际中接线中改动还是很大的。这样便于与PLC接线简单形成鲜明的对比。在PLC实验方面，根据已有的实验设备，将实验划分为“验证性实验—设计性实验—综合性实验”三个层次。在教学安排上，做到由浅入深，循序渐进。其中，验证性实验安排了“基本逻辑实验”、“微分、置位复位指令实验”和“位移指令实验”。通过验证性实验，主要让学生掌握指令的使用，外围线路的链接、PLC程序的输入和实验箱的使用等，这些是PLC实验环节的基础。验证性实验内容如表1所示。

表1 验证性实验内容

2)适当增加设计性和综合性实验。针对PLC应用性强的特点，在实验教学中，适当减少了验证性实验，增加了设计性实验和综合性实验。设计性实验激发了学生的创造性、主动性，实验的每个细节(编制程序，PLC外部接线图、程序调试等)都由自己完成，促进了学生对知识认知、巩固和加深，充分体现了学生分析问题、解决问题的能力。设计性实验需学生事先对实验有充分理解，提前做好I/O分配，选择适当的CPU，编写程序，画好端子接线图。由于实验学时有限，可在“传输线控制实验”、“混料罐控制实验”和“天塔之光控制实验”中任选一个。

任何课程都不是相互独立的，PLC与专业中的其他课程联系紧密，如检测与转换、组态和电机拖动等课程，在课程设置上有先后连接关系，在PLC课程结束之后安排了综合性实验-四层电梯设计。

2 加强PLC实训，全方位锻炼学生

1)抓好课设实训，强化简单系统的设计理念。为培养合格的应用型人才，进一步培养学生的创新能力，各专业还安排了为期1.5周的PLC实训。实训教学不仅能够充分调动学生的积极性，还能够让学生掌握实际应用技术，通过硬件连接软件编程，看到实际的控制过程及运行结果。

PLC编写程序比较复杂，需要反复修改程序，进行上机调试。通过实训，可以让学生掌握简单PLC控制系统的组成;PLC是整个控制系统的核心，实训可加强学生程序编制、抗干扰措施的实现;PLC不是单一存在的，整个控制系统中包括各种外围模块，如驱动对象、指示器、输入模块等。实训可全方面的锻炼学生程序设计、系统调试、设备选择和相关维护等能力，培养学生发现问题、解决问题的能力，更能培养学生的团队合作意识。整个过程，教师主要为学生设计思路起到引导作用，整个过程由学生自主完成。实训中共安排十个题目，按照组次可以任意选择。

图1是小车定位控制系统的接线图。该控制要求为:小车在4个光电开关位置左右直线运动，用四个按钮进行控制，实现自动选向、自动定位控制。四个按钮的编号位置与四个光电开关编号的位置相对应，当某一按钮按下时，小车运动到与其标号对应的位置停止，同时显示小车所在的光电开关位置。

2)充分理论校外实训基地，达到理论联系实际。校内的实验室对于学生能力的培养毕竟有限，与实际的工作场所还是有一定区别。因此，为了培养合格的应用性人才，系里选择贴合自动化专业特点、设备先进的佳木斯污水处理厂作为实训基地。污水处理厂具有先进的PLC设备，专业的组态软件，成套的电气装置，完全符合专业课程的设置。通过三周的实地学习，完善了实践教学环节，通过企业的技术和工人的指导，提高了学生的现场经验，丰富了理论教学内容，更拓展的知识面，从而保证了教育质量与社会需求的紧密结合。

图1 小车定位控制系统接线图

3 应用组态软件，全真模拟PLC实践教学环节

工业自动化在企业应用日趋广泛，计算机在企业的应用也越来越多，目前的工业控制系统通常采用上位机和下位机进行控制:下位机对现场数据进行采集和就地控制，上位机则负责工厂生产状况的监控和处理现场生产数据，这就要求有一种能适用于各种控制设备和过程监控装置的工业控制软件。组态软件作为监控一级的软件，使用灵活简便、监控形象直观，具有工业过程动态可视化、数据采集和管理、过程监控报警等基本功能，这使得组态软件大量应用与工厂企业中。

鉴于此，在PLC实验和实训中，积极利用PLC与组态软件相结合进行实验教学，即模拟实际企业生产控制，采用PLC作为下位机完成控制功能［2］，采用组态软件在PC中完成对控制过程的仿真监控。这样既实现了学生直观地观察工业现场PLC控制生产设备的运行状况［3］，做到了学校—企业之间的“无缝链接”，又满足了实验室设备受限的问题，最大化利用了实验室的现有设备。此外，所用到的组态、监测等内容本身也是很有价值的实训内容。

以验证性实验-圆盘旋转计数、计时控制实验为例，该实验的控制要求为圆盘电机起动后，旋转一周(对应光电开关产生8个计数脉冲)后，停1秒，然后再转一周……以此规律重复，直到按下停止按钮时为止。首先根据实验要求，分析输入、输出数据，绘制I/O分配表，并编写出梯形图，在根据组态软件提供的元件图库或现有的元件库绘制监控界面，根据I/O分配表在组态软件中建立数据对象，并对组态的动画属性进行设置［4］，最后组态软件与PLC设备进行连接并完成调试。图2和图3是学生组态设计中的动画属性设置和监控界面。

图2 设置动画属性

图3 圆盘正反转监控界面

4 结束语

实践教学环节是高等教育重要组成部分，是培养高级技术人才不可缺少的训练。通过近几年的改革，提高了学生理论课的学习热情，强化了实际动手能力，能充分做到实验课前自觉编好程序、实验中修改完善程序，提高了PLC的教学质量。另外，组态软件的使用较好地模拟工程实践情况，直观地看到实际控制效果，在教学中能解决实验、实训设备不足的局限，并提高了学生知识应用能力，更培养了学生在利用控制系统软、硬件方面的综合能力。

［1］ 马秀坤，等.PLC实践教学在应用型人才培养中的探索与创新［J］.科学技术与管理，2011(3):228-231.

［2］ 朱建红.组态软件在PLC电气控制实训教学中的应用［J］.中国科技信息，2008(6):127-129.

［3］ 俞海珍，史旭华，蓝林花.基于组态技术的PLC实验教学平台设计与实现［J］.宁波大学学报:理工版，2010(1):42-45.

［4］ 郑则炯.基于组态技术与PLC在交通灯控制系统中的应用［J］.广西轻工业，2010(2):49-50.