PLC控制技术在机电专业教学中的教学模式改革探索

朱煜钰 郭晓君

摘要：结合PLC控制技术课程在机电专业课程设置上的基本情况和PLC控制技术课程的特点，针对传统式教学在教學过程中存在的一些问题，提出该课程教学模式改革的必要性，介绍了项目教学法的特点，及其在PLC控制技术课程中的应用，结合项目实例介绍了项目教学法的实施过程。实施效果表明，项目教学法的使用有利于激发学生的积极性和主动性，能够培养学生的实际操作能力和创新能力，使学生的专业素质得到进一步的提高。

关键词：PLC控制技术；教学模式；项目教学法

作者简介：朱煜钰（1982-），女，河南周口人，黄河科技学院工学院，讲师；郭晓君（1983-），女，河南南阳人，黄河科技学院工学院，讲师。（河南 郑州 450063）

基金项目：本文系郑州市工业机器人视觉及其控制重点实验室的研究成果。

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0116-02

PLC控制技术是一种广泛应用于工业领域的控制技术，目前它已成为工业控制的标准化设备，由于其功能强大、可靠性高、使用方便、灵活等优点，PLC控制技术的应用范围也在不断扩大，在工业控制领域的地位也越来越显著。因此，作为工业生产自动化三大支柱之一的PLC控制技术，也是技术人员和相关管理人员必须要掌握的技术。现代工业生产企业对技术人员的要求也比较高，不但要掌握相应的理论知识，还要掌握一些实践性很强的技能，如PLC控制技术、数控技术、CAD/CAM等。具备了这样的技能不但可以保证生产过程的顺利进行，又能对生产过程中出现的一些问题进行及时的解决，使这些专业技能的作用能够在企业生产中充分发挥出来。所以，技术人员对PLC控制技术的专业技能的掌握在工业生产中是非常重要的。

一、教学模式改革的必要性

PLC控制技术是机电专业的一门专业课，是一门实践性很强的课程，总学时只有38学时，其中理论学时仅有36学时，学时很少。如何在较少的学时内让学生掌握PLC控制技术的专业技能，培养出动手能力强的复合型人才，是授课教师非常值得探索的一个问题。由于该课程传统的教学方法重理论，而轻实践，传统的教学方法所培养出来的学生的综合实践能力也有所欠缺，因此，要想提高学生的综合实践能力，培养出生产企业所需要的复合型人才，那么，任课教师必须要进行相应的教学模式改革。项目教学法是以工作任务为依托组织教学内容的一种教学方法，能够有效地解决学生实操能力的锻炼问题，所以，项目教学法是值得借鉴的有效的教学方法。在项目教学法的教学过程中，笔者所制订的每一个项目都让学生经历了一个完整的工作过程，从理论到实践逐步深入，最终学生完成每个项目，做到学以致用，让学生切实感受到理论知识在实际中的应用。因此，项目教学法能够很好地解决理论和实践之间有效结合的问题，可以达到在学中做，在做中学的效果，能够满足现代社会对人才的需求，实现学校对人才的培养目标，因此，项目教学法能够满足对PLC控制技术课程在机电专业教学模式改革的需求。

二、项目教学法的实施实例

项目教学法是以学生为主体，老师为主导，依托于项目的一种教学方法，每个项目共分为确定学习目标、确定项目任务、项目实施方案、项目实施和项目实施效果及评价五个步骤。项目教学法在PLC控制技术课程中的使用有利于激发学生学习的积极性和主动性，有利于培养学生的实际操作能力和创新能力，使学生的专业素质得到进一步的提高。

项目教学法是以实际案例为一个教学课题，在实施教学过程中要注意引导，否则教学效果就会大打折扣，下面笔者以“装料小车运行控制”为例来说明项目教学法。

1.项目目标

进一步熟悉梯形图指令的应用；掌握顺序功能语言的应用；熟练模拟运行并调试。

2.项目内容

装料小车处于后端时，按下启动按钮，小车向前运行。行进至前端压下前行程开关，翻斗门打开装货，7s后关闭翻斗门，小车向后运行。行进至后端压下后行程开关，打开小车底门卸货，5s后门关闭，完成一次动作。

控制要求：装料小车的运行具有三种工作方式，手动操作：用各自的控制按钮来一一对应地接通或断开各负载的工作方式；单周期操作：按下启动按钮，小车往复运行一次后，停在后端等待下次操作；连续操作：按下启动按钮，小车自动连续往复运行。

3.相关知识引导

在程序设计时，除了基本指令的使用之外，还会用到顺序控制指令。顺序功能图（SFC）编程语言是基于工艺流程的高级语言，顺序控制指令（SCR）是基于顺序功能图的编程方式，它由被控对象的顺序功能图进行编程，将控制程序进行逻辑分段，从而实现顺序控制。用SCR指令编制的顺序控制程序，清晰明了，同一性强。

（1）顺序控制指令。1）装载顺序控制指令LSCR。装载顺序控制指令LSCR用于表示一个SCR段，即状态步的开始。其梯形图符号是。2）顺序控制转移指令SCRT。顺序控制转移指令SCRT用于表示SCR段之间的转换。SCRT有两个功能，一个是使当前激活的SCR程序段的S位复位，以使该SCR程序段停止工作；另一个是使下一个将要执行的SCR程序段的S位置位，以便下一个SCR程序段工作。其梯形图符号是。3）顺序控制结束指令SCRE。顺序控制结束指令SCRE用于表示一个SCR段的结束。每一个SCR段的结束必须使用SCRE指令，该指令无操作数。其梯形图符号是。

（2）在使用顺序控制指令时需要注意一些问题：第一，顺序控制指令只对状态元件S有效。为了保证程序的可靠运行，驱动状态元件S的信号应采用短脉冲。第二，当需要保持输出时，可用置位S/复位R指令。第三，在SCR段不能使用跳转指令和标号指令，也就是说，不允许跳入、跳出或在内部跳转，但可以在SCR段附近使用这两个指令。

4.制订项目方案

每个项目的实施分小组进行，每个项目小组成员里不但有基础好的学生，也有基础相对较差的学生，这样的小组成员搭配不但可以保证每个项目小组的任务能够按时完成，又可以加强小组成员之间的知识沟通，这样有利于基础相对较差学生对知识的掌握。每个项目小组根据项目内容及要求，结合所学知识经过讨论后制订实施方案，经过老师审核后，得到最终的项目实施方案。

5.项目实施

每个项目小组首先应根据项目内容及要求，进行输入/输出地址分配，画出PLC的外部接线图，而后将PL C的I/O接口分别与相应的外部设备连接好。其次，项目小组结合分配地址和控制要求进行程序设计，程序包括手动程序和自动程序两大模块。再则，在断电状态下，学生连接好PC/PPI电缆，打开PLC的前盖，并将PLC的运行模式调到STOP模式下，此时PLC处于停止状态，或者用鼠标点击工具栏中的STOP按钮，在作为编程器的PC上运行STEP7 Micro/WIN32编程软件，进行程序编写。用菜单命令新建一个新项目，还可修改项目的名称；而后还要用菜单命令设置PLC的型号；设置通信参数；编写程序；用鼠标单击工具栏中的“编译”按钮或“全部编译”按钮来编译输入的程序。然后将编译好的梯形程序下载到PLC里，将运行模式选择开关拨到RUN位置，或者用鼠标单击工具栏的RUN（运行）按钮使PLC进入运行方式。最后，学生通过相应的按钮进行连续操作、单周期操作或者手动操作，观察到位后翻门和底门打开是否正常；如果正常，小车的运行状态是否符合要求，进而完成整个项目。在项目调试的过程中要求学生进行观察和思考，这样能够使学生独立分析问题的能力和解决问题的能力得到有效的培养。在实施过程中，系统如果出现了问题，小组成员进行讨论解决，当有解决不了的问题时老师引导解决。这样既可以提高学生的学习积极性，又能培养学生的组织能力和团队协作能力。

6.项目实施效果及评价

在项目完成之后，采用答辩的形式进行项目考核，评委由老师和其他小组学生组成。首先让项目小组代表现场进行系统演示，看系统是否可以实现手动、单周期和连续三种工作方式的运行。其次，说明该项目的完成情况和该项目在实施过程中的设计思路，这样学生之间既可以交流自己的经验和体会，也可以互相提问，挖掘项目中的问题。最后，由答辩小组对项目做出综合评价，定出成绩。

三、总结

项目教学法是一种教育理念比较新的教学方法，这种教学方法不但能够激发学生积极主动地进行思考和回答问题，还能够培养学生的实际操作能力和创新能力。在整个教学过程中，大多数同学都能够完成项目任务，有些同学对知识的理解更为深入。通过项目教学法的实施可以看到，项目教学法非常适合应用于专业课程中，但是要想把项目教学法应用好，还需要做很多工作，比如：课程内容要整合好；每个项目选择要合适；对任课老师的要求等。只有把这些工作都做好了，才能够把项目教学法的特色充分发挥出来。

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（责任编辑：王意琴）