基于工作过程系统化的PLC课程设计与改革探讨

作者简介：黄俊杰（1982-），男，广东省中山市建斌中等职业技术学校机电科专业教师，主要研究方向：电力拖动、PLC自动化设计、机床维修等。

摘要：PLC的教学要跟随时代发展的需要进行改革，基于工作过程系统化的教学方法具有不可替代的优势，传统的教学模式已经被淘汰。遵循“行动领域—学习领域—学习情境”的开发路径进行基于工作过程系统化的课程设计，能使学生的学习兴趣和主观能动性得到提高，真正掌握PLC的应用。

关键词：PLC技能培养；工作过程；教学方法

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2014）06-0042-03可编程序控制器（英文全称Programmable Logic Controller）简称PLC，是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的自动控制装置，它具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱之一。

在传统的PLC教学中，大都以教师为主体，灌输理论知识为主，强调理论知识的正确性和严密性，存在着理论与实践相脱节，学生缺乏主动性和创新意识。因此，采取新的教学方法已经迫在眉睫，而基于工作过程的教学方法，则不失为一个有效的途径。

一、工作过程教学法的优势

在以往的教学中，学生动手实践的机会不多，而且总是在讲完课之后再专门安排实验，人为地造成理论与实践脱节，使学生毕业后很长时间无法独立工作。基于工作过程的教学方法，把PLC的内容融合到每一个工作过程中，让学生在每一个工作过程中，自己发现问题、解决问题，从而增进了对PLC应用的理解，自然地掌握知识。在这个过程中，学生成为了学习的主体，他们不再是强记理论知识，而是主动学习，积极思考。如此的反复训练，学生分析问题、解决问题的能力必能得到有效的提高。

二、工作过程的选择

一个好的工作过程可以增强学生学习的信心，提高学生的学习兴趣。而不恰当的工作过程则会降低学生的学习欲望，比如工作过程过于简单，学生很容易解决，这样就会对课程产生不重视的态度，而工作过程过于复杂，学生长时间解决不了，就会产生倦怠的心理，打击学生的学习积极性。因此选择适当的工作过程的教学中起到重要的作用。

在选择工作过程时，我们必须遵循以下原则。第一，工作过程必须精练。选择的工作过程数量不能多。只需要选择那些高质量的少数典型工作过程。第二，工作过程必须典型。工作过程要能代表对象的特点，必须有针对性，应该针对所讲的教育规律、当前的教育实际和学生的兴趣、爱好和接受能力来选择和编排工作过程。第三，工作过程必须有系统性。在PLC教学中运用的所有工作过程应该相互联系，由简单到复杂，分层次地有序地编排。工作过程整体排列结构的合理化能发挥工作过程教学法最大的教育功效。

本文以三菱FX2N系列为机型进行介绍，以自动运料小车的工作过程为例，学生掌握后可举一反三，触类旁通。

三、PLC控制系统的设计

尽管PLC的内部结构与微机相似，但其接口、编程语言不一致，因此PLC控制系统的设计过程，需要根据PLC本身的特点、性能进行系统设计。设计一个经济、实用、可靠、先进的控制系统要遵循以下步骤：

第一步，根据生产的工艺过程分析控制要求；

第二步，根据控制要求，确定所需的用户输入、输出设备，PLC的I/O点数；

第三步，确定PLC的型号；

第四步，分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图；

第五步，进行程序设计；

第六步，将设计好的程序用计算机输入，进行编辑和检查；

第七步，对程序进行调试；

第八步，保存已完成的程序。

四、PLC基于工作过程的教学实例

按照PLC设计的一般步骤，以工作过程的要求展开教学。

自动运料小车的示意图如图1所示，其控制要求如下：

（1）小车由电动机驱动，电动机正转时小车前进，反转后退。初始时，小车停于左端，左限位开关SQ2压合。

（2）按下开始按钮，小车开始装料。10s后装料结束，小车前进至右端，压合右限位开关SQ1，小车开始卸料。

（3）8s后卸料结束，小车后退至左端，压合SQ2，小车停于初始位置。

（4）具有短路保护和过载保护等必要的保护措施。

图1运料小车示意图

图2运料小车电路示意图

根据上述的要求，学生很难马上设计出正确的程序。但如果将以上小车的工作过程简化为多个小的工作过程，让学生一步一步理解，一步一步设计，则可达到很好的教学效果。具体思路如下：

第一个工作：小车停于左端，按下起动按钮X0，小车开始装料，10s后装料结束。

第二个工作：装料结束后，小车前进至右端，停止前进。

对应这两个工作，程序的输入输出分配关系如表1所示，梯形图如图2所示，从梯形图来看，此程序还是比较简单的，学生可以设计出正确的程序。

表1输入输出关系表（I/O分配表）

启动按钮：X0停止按钮：X1行程开关SQ1：X2行程开关SQ2：X3极限限位开关SQ3：X4极限限位开关SQ4：X5第三个工作：小车停止前进后，开始卸料，8s后卸料结束。

第三个工作的梯形图设计，与前2个工作相比，基本类似，在难度上没有延伸。此时输入输出关系增加了电动机卸料接触器Y2。

第四个工作：卸料结束后，小车左行，并停在最左端。

图3运料小车接线图

此时，程序在输入输出关系中又增加了电机反转接触器Y1。到此，程序设计基本结束。但是，考虑到有可能发生的短路和过载现象，不仅在硬件上我们要采取措施，在软件设计中同样要采取措施，因此对梯形图还要从全局上进行一定的修改，从而完善程序设计。

图4自动往复部分程序

最后按照评分表给每位学生进行评分，达到检测本节课的教学效果的目的。 在整个实施过程中，学生自主学习，是学习的行动主体，教师以行动过程为导向，从知识传授者转化为学习过程中的组织者、指导者、协调者。在教学中教师与学生互动，构建自主、协作、开放、竞争的空间，让学生动起来，让课堂活起来，全面提高了教学质量。总的来说，本专业在这个学期的一个教学班中进行了学习领域课程的示范性教学，一年来取得良好效果。学生在来源于工作实际、理论与实践一体化的学习任务中，在培养专业能力的同时也获得了工作过程知识，关键能力和综合能力得到提高。在这种模式中，学生为了更好地理解所要完成的学习任务，才去学习相关的理论知识，这就调动了学生的主动性和学习兴趣。任务完成后，又激发了学生的职业认同感和责任感，这正是职业教育最应该达到的教学效果。参考文献： ［1］吴银，王金海，温如春.PLC技术及应用课程的教学方法探索与实践［J］.科技广场，2007（12）. ［2］姜大源.当代德国职业教育主流教学思想研究［M］.北京：清华大学出版社，2007.［3］赵志群.职业教育与培训学习新概念［M］.北京：科学出版社，2003.

作者简介：黄俊杰（1982-），男，广东省中山市建斌中等职业技术学校机电科专业教师，主要研究方向：电力拖动、PLC自动化设计、机床维修等。

摘要：PLC的教学要跟随时代发展的需要进行改革，基于工作过程系统化的教学方法具有不可替代的优势，传统的教学模式已经被淘汰。遵循“行动领域—学习领域—学习情境”的开发路径进行基于工作过程系统化的课程设计，能使学生的学习兴趣和主观能动性得到提高，真正掌握PLC的应用。

关键词：PLC技能培养；工作过程；教学方法

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2014）06-0042-03可编程序控制器（英文全称Programmable Logic Controller）简称PLC，是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的自动控制装置，它具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱之一。

在传统的PLC教学中，大都以教师为主体，灌输理论知识为主，强调理论知识的正确性和严密性，存在着理论与实践相脱节，学生缺乏主动性和创新意识。因此，采取新的教学方法已经迫在眉睫，而基于工作过程的教学方法，则不失为一个有效的途径。

一、工作过程教学法的优势

在以往的教学中，学生动手实践的机会不多，而且总是在讲完课之后再专门安排实验，人为地造成理论与实践脱节，使学生毕业后很长时间无法独立工作。基于工作过程的教学方法，把PLC的内容融合到每一个工作过程中，让学生在每一个工作过程中，自己发现问题、解决问题，从而增进了对PLC应用的理解，自然地掌握知识。在这个过程中，学生成为了学习的主体，他们不再是强记理论知识，而是主动学习，积极思考。如此的反复训练，学生分析问题、解决问题的能力必能得到有效的提高。

二、工作过程的选择

一个好的工作过程可以增强学生学习的信心，提高学生的学习兴趣。而不恰当的工作过程则会降低学生的学习欲望，比如工作过程过于简单，学生很容易解决，这样就会对课程产生不重视的态度，而工作过程过于复杂，学生长时间解决不了，就会产生倦怠的心理，打击学生的学习积极性。因此选择适当的工作过程的教学中起到重要的作用。

在选择工作过程时，我们必须遵循以下原则。第一，工作过程必须精练。选择的工作过程数量不能多。只需要选择那些高质量的少数典型工作过程。第二，工作过程必须典型。工作过程要能代表对象的特点，必须有针对性，应该针对所讲的教育规律、当前的教育实际和学生的兴趣、爱好和接受能力来选择和编排工作过程。第三，工作过程必须有系统性。在PLC教学中运用的所有工作过程应该相互联系，由简单到复杂，分层次地有序地编排。工作过程整体排列结构的合理化能发挥工作过程教学法最大的教育功效。

本文以三菱FX2N系列为机型进行介绍，以自动运料小车的工作过程为例，学生掌握后可举一反三，触类旁通。

三、PLC控制系统的设计

尽管PLC的内部结构与微机相似，但其接口、编程语言不一致，因此PLC控制系统的设计过程，需要根据PLC本身的特点、性能进行系统设计。设计一个经济、实用、可靠、先进的控制系统要遵循以下步骤：

第一步，根据生产的工艺过程分析控制要求；

第二步，根据控制要求，确定所需的用户输入、输出设备，PLC的I/O点数；

第三步，确定PLC的型号；

第四步，分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图；

第五步，进行程序设计；

第六步，将设计好的程序用计算机输入，进行编辑和检查；

第七步，对程序进行调试；

第八步，保存已完成的程序。

四、PLC基于工作过程的教学实例

按照PLC设计的一般步骤，以工作过程的要求展开教学。

自动运料小车的示意图如图1所示，其控制要求如下：

（1）小车由电动机驱动，电动机正转时小车前进，反转后退。初始时，小车停于左端，左限位开关SQ2压合。

（2）按下开始按钮，小车开始装料。10s后装料结束，小车前进至右端，压合右限位开关SQ1，小车开始卸料。

（3）8s后卸料结束，小车后退至左端，压合SQ2，小车停于初始位置。

（4）具有短路保护和过载保护等必要的保护措施。

图1运料小车示意图

图2运料小车电路示意图

根据上述的要求，学生很难马上设计出正确的程序。但如果将以上小车的工作过程简化为多个小的工作过程，让学生一步一步理解，一步一步设计，则可达到很好的教学效果。具体思路如下：

第一个工作：小车停于左端，按下起动按钮X0，小车开始装料，10s后装料结束。

第二个工作：装料结束后，小车前进至右端，停止前进。

对应这两个工作，程序的输入输出分配关系如表1所示，梯形图如图2所示，从梯形图来看，此程序还是比较简单的，学生可以设计出正确的程序。

表1输入输出关系表（I/O分配表）

启动按钮：X0停止按钮：X1行程开关SQ1：X2行程开关SQ2：X3极限限位开关SQ3：X4极限限位开关SQ4：X5第三个工作：小车停止前进后，开始卸料，8s后卸料结束。

第三个工作的梯形图设计，与前2个工作相比，基本类似，在难度上没有延伸。此时输入输出关系增加了电动机卸料接触器Y2。

第四个工作：卸料结束后，小车左行，并停在最左端。

图3运料小车接线图

此时，程序在输入输出关系中又增加了电机反转接触器Y1。到此，程序设计基本结束。但是，考虑到有可能发生的短路和过载现象，不仅在硬件上我们要采取措施，在软件设计中同样要采取措施，因此对梯形图还要从全局上进行一定的修改，从而完善程序设计。

图4自动往复部分程序

最后按照评分表给每位学生进行评分，达到检测本节课的教学效果的目的。 在整个实施过程中，学生自主学习，是学习的行动主体，教师以行动过程为导向，从知识传授者转化为学习过程中的组织者、指导者、协调者。在教学中教师与学生互动，构建自主、协作、开放、竞争的空间，让学生动起来，让课堂活起来，全面提高了教学质量。总的来说，本专业在这个学期的一个教学班中进行了学习领域课程的示范性教学，一年来取得良好效果。学生在来源于工作实际、理论与实践一体化的学习任务中，在培养专业能力的同时也获得了工作过程知识，关键能力和综合能力得到提高。在这种模式中，学生为了更好地理解所要完成的学习任务，才去学习相关的理论知识，这就调动了学生的主动性和学习兴趣。任务完成后，又激发了学生的职业认同感和责任感，这正是职业教育最应该达到的教学效果。参考文献： ［1］吴银，王金海，温如春.PLC技术及应用课程的教学方法探索与实践［J］.科技广场，2007（12）. ［2］姜大源.当代德国职业教育主流教学思想研究［M］.北京：清华大学出版社，2007.［3］赵志群.职业教育与培训学习新概念［M］.北京：科学出版社，2003.

作者简介：黄俊杰（1982-），男，广东省中山市建斌中等职业技术学校机电科专业教师，主要研究方向：电力拖动、PLC自动化设计、机床维修等。

摘要：PLC的教学要跟随时代发展的需要进行改革，基于工作过程系统化的教学方法具有不可替代的优势，传统的教学模式已经被淘汰。遵循“行动领域—学习领域—学习情境”的开发路径进行基于工作过程系统化的课程设计，能使学生的学习兴趣和主观能动性得到提高，真正掌握PLC的应用。

关键词：PLC技能培养；工作过程；教学方法

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2014）06-0042-03可编程序控制器（英文全称Programmable Logic Controller）简称PLC，是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的自动控制装置，它具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱之一。

在传统的PLC教学中，大都以教师为主体，灌输理论知识为主，强调理论知识的正确性和严密性，存在着理论与实践相脱节，学生缺乏主动性和创新意识。因此，采取新的教学方法已经迫在眉睫，而基于工作过程的教学方法，则不失为一个有效的途径。

一、工作过程教学法的优势

在以往的教学中，学生动手实践的机会不多，而且总是在讲完课之后再专门安排实验，人为地造成理论与实践脱节，使学生毕业后很长时间无法独立工作。基于工作过程的教学方法，把PLC的内容融合到每一个工作过程中，让学生在每一个工作过程中，自己发现问题、解决问题，从而增进了对PLC应用的理解，自然地掌握知识。在这个过程中，学生成为了学习的主体，他们不再是强记理论知识，而是主动学习，积极思考。如此的反复训练，学生分析问题、解决问题的能力必能得到有效的提高。

二、工作过程的选择

一个好的工作过程可以增强学生学习的信心，提高学生的学习兴趣。而不恰当的工作过程则会降低学生的学习欲望，比如工作过程过于简单，学生很容易解决，这样就会对课程产生不重视的态度，而工作过程过于复杂，学生长时间解决不了，就会产生倦怠的心理，打击学生的学习积极性。因此选择适当的工作过程的教学中起到重要的作用。

在选择工作过程时，我们必须遵循以下原则。第一，工作过程必须精练。选择的工作过程数量不能多。只需要选择那些高质量的少数典型工作过程。第二，工作过程必须典型。工作过程要能代表对象的特点，必须有针对性，应该针对所讲的教育规律、当前的教育实际和学生的兴趣、爱好和接受能力来选择和编排工作过程。第三，工作过程必须有系统性。在PLC教学中运用的所有工作过程应该相互联系，由简单到复杂，分层次地有序地编排。工作过程整体排列结构的合理化能发挥工作过程教学法最大的教育功效。

本文以三菱FX2N系列为机型进行介绍，以自动运料小车的工作过程为例，学生掌握后可举一反三，触类旁通。

三、PLC控制系统的设计

尽管PLC的内部结构与微机相似，但其接口、编程语言不一致，因此PLC控制系统的设计过程，需要根据PLC本身的特点、性能进行系统设计。设计一个经济、实用、可靠、先进的控制系统要遵循以下步骤：

第一步，根据生产的工艺过程分析控制要求；

第二步，根据控制要求，确定所需的用户输入、输出设备，PLC的I/O点数；

第三步，确定PLC的型号；

第四步，分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图；

第五步，进行程序设计；

第六步，将设计好的程序用计算机输入，进行编辑和检查；

第七步，对程序进行调试；

第八步，保存已完成的程序。

四、PLC基于工作过程的教学实例

按照PLC设计的一般步骤，以工作过程的要求展开教学。

自动运料小车的示意图如图1所示，其控制要求如下：

（1）小车由电动机驱动，电动机正转时小车前进，反转后退。初始时，小车停于左端，左限位开关SQ2压合。

（2）按下开始按钮，小车开始装料。10s后装料结束，小车前进至右端，压合右限位开关SQ1，小车开始卸料。

（3）8s后卸料结束，小车后退至左端，压合SQ2，小车停于初始位置。

（4）具有短路保护和过载保护等必要的保护措施。

图1运料小车示意图

图2运料小车电路示意图

根据上述的要求，学生很难马上设计出正确的程序。但如果将以上小车的工作过程简化为多个小的工作过程，让学生一步一步理解，一步一步设计，则可达到很好的教学效果。具体思路如下：

第一个工作：小车停于左端，按下起动按钮X0，小车开始装料，10s后装料结束。

第二个工作：装料结束后，小车前进至右端，停止前进。

对应这两个工作，程序的输入输出分配关系如表1所示，梯形图如图2所示，从梯形图来看，此程序还是比较简单的，学生可以设计出正确的程序。

表1输入输出关系表（I/O分配表）

启动按钮：X0停止按钮：X1行程开关SQ1：X2行程开关SQ2：X3极限限位开关SQ3：X4极限限位开关SQ4：X5第三个工作：小车停止前进后，开始卸料，8s后卸料结束。

第三个工作的梯形图设计，与前2个工作相比，基本类似，在难度上没有延伸。此时输入输出关系增加了电动机卸料接触器Y2。

第四个工作：卸料结束后，小车左行，并停在最左端。

图3运料小车接线图

此时，程序在输入输出关系中又增加了电机反转接触器Y1。到此，程序设计基本结束。但是，考虑到有可能发生的短路和过载现象，不仅在硬件上我们要采取措施，在软件设计中同样要采取措施，因此对梯形图还要从全局上进行一定的修改，从而完善程序设计。

图4自动往复部分程序

最后按照评分表给每位学生进行评分，达到检测本节课的教学效果的目的。 在整个实施过程中，学生自主学习，是学习的行动主体，教师以行动过程为导向，从知识传授者转化为学习过程中的组织者、指导者、协调者。在教学中教师与学生互动，构建自主、协作、开放、竞争的空间，让学生动起来，让课堂活起来，全面提高了教学质量。总的来说，本专业在这个学期的一个教学班中进行了学习领域课程的示范性教学，一年来取得良好效果。学生在来源于工作实际、理论与实践一体化的学习任务中，在培养专业能力的同时也获得了工作过程知识，关键能力和综合能力得到提高。在这种模式中，学生为了更好地理解所要完成的学习任务，才去学习相关的理论知识，这就调动了学生的主动性和学习兴趣。任务完成后，又激发了学生的职业认同感和责任感，这正是职业教育最应该达到的教学效果。参考文献： ［1］吴银，王金海，温如春.PLC技术及应用课程的教学方法探索与实践［J］.科技广场，2007（12）. ［2］姜大源.当代德国职业教育主流教学思想研究［M］.北京：清华大学出版社，2007.［3］赵志群.职业教育与培训学习新概念［M］.北京：科学出版社，2003.