探析《电气控制与PLC》课程实训环节系统设计

游中国+罗晓林+郭凌岑+何莉

摘 要：本文结合多年自身教学实践，从《电气控制与PLC》课程实践教学现状分析出发，到课程实践教学平台的建设、实践教学方法和教学内容的改进，提出了几点意见，并将其尝试性的运用在实践教学中，以观其效。

关键词：电气控制；PLC；实践教学

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.259

《电气控制与PLC》是现代工业自动化控制的重要技术手段，也是机电类专业的一门核心课程，其重要性不言而喻。然而，由于种种原因，课程教学并未取得预期的效果，尤其是在实践环节。因此，如何改善《电气控制与PLC》课程实践教学现状，提高学生的实践能力就显得尤为重要了。

1 课程实践教学现状分析

1.1 教学过程现状

高职高专的学生普遍存在基础相对薄弱、理解能力欠佳的问题。对大多数同学而言，比较容易接受直观、操作感强的知识。如果一开始就要求他们去理解抽象的PLC硬件结构、掌握枯燥的指令和编程结构是非常困难的。以往的教学中，大多采取的是“先理论、后实践”的分段式教学，即理论授课结束后，再进行实践教学。这就使许多学生产生了强烈的不适感，丧失了学习兴趣，实践教学效果自然就无法保证了。

1.2 教学资源现状

目前，我院拥有与本课程相关的实验实训室有2个，分别是电气拖动实验室和PLC实验室。其中，前者主要用于完成电气控制技术相关实践训练的教学，后者则用于完成可编程控制器相关实践训练的教学。由于实验室建成时间较长，随着电气控制与技术的不断发展，虽然现有的实践教学平台仍能够基本满足教学的需要，但是在某些方面也显示出了越来越多的弊端。如：现有的PLC实践教学平台是采用按键、开关来模拟各类传感器的的输入控制信号，用LED发光二极管、指示灯来模拟接触器、电动机等工业控制中的执行机构的运行状态，导致实践平台开放性差，功能单一，且程序运行结果的正确性往往只能通过指示灯的发光来判断，直观性差。

2 课程实训环节系统设计

2.1 实践教学平台的拓展

学校现有PLC实践教学平台是西门子S7-200型可编程控制实验台，集可编程逻辑控制器（CPU226CN）、编程软件（STEP7-Micro/WIN）、PC/PPI编程电缆、功能性实验板于一体，可进行PLC的基本指令练习和有限的PLC实际应用的模拟实验。为了实现更好的实验实训效果，提出以下几个拓展方向。

首先，为了解决实践课时有限，学生只有进入实验室，利用试验平台才能进行程序调试、下载、仿真和观察结果的问题，拓展建设非实验室环境下 PLC软仿真平台。只需在学生的电脑上安装STEP7-Micro/WIN编程软件及S7-200-SIM模拟仿真软件，并通过软件的菜单选项配置所需的CPU型号，即可以构建非实验室环境下PLC软仿真平台。值得一提的是，S7-200-SIM模拟仿真软件还允许用户自定义设置扩展模块，包括开关量I/O模块和模拟量I/O模块，大大增强了系统的开放性和功能性。这样，学生在完成平时作业练习或者案例设计时，就可以在自己电脑上实现PLC程序的编制、调试、仿真，摆脱原有实验平台和实验时间的束缚。从而达到熟悉编程技术、提升实践能力的目的。

其次，实验室可配置一些独立的——即未固定在实验教学平台上的可编程控制器、三相异步电机、步进电机、PPI通信线缆及接头等设备，从而加强电气控制与PLC之间的实践关联性。使学生接触实际设备，不再用指示灯来模拟各种执行机构的运行状态，使得教学更加生动，学生更易接受。

另外，无论是PLC实验室，还是电气控制实验室，都应该更新一些直观性更强、与生产实际联系更紧密的成套实验设备。如：机械手控制实验台、液位控制试验台、电梯控制实验台、物料分拣试验台，甚至自动生产线实验系统。这些设备大多价格不菲，可能在短期内无法配备到位。但是，由于这样的实验平台上除了配置了必需的PLC控制设备外，还配置了各类传感器、电磁阀、电动机等设备，整个系统就是缩小版的实际生产平台。学生通过对实际对象的测试和安装，对控制程序的编写和调试，真正的把系统软、硬件结合在一起，可以在很大程度上提高学生的动手能力，做到与社会需求的无缝对接。

2.2 实践教学方法的改进

教学方法合理得当，往往能够起到事半功倍的效果。结合本课程实践教学的特点，提出以下值得推广应用的教学方法。

2.2.1 现场教学法

充分利用实验室设备，将理论课堂搬到实验现场中去，实现理实“一体化”教学。比如：在讲解接触器的硬件结构及工作原理时，让学生在实验室对接触器进行拆装，真实直观地展示出接触器的构造，进而分析其工作原理，最后再通过将接触器连接在实验电路中，观察接触器的运行情况，从而验证对接触器工作原理分析的正确性。这种教学方法突破了以往理论与实践教学脱节的现象，强调将知识点分布在各个项目中，实现边教、边学、边做。在整个教学环节中，理论和实践交替进行，直观和抽象交错出现，没有固定的先实后理或先理后实，而是理中有实，实中有理，充分调动和激发学生学习兴趣，提高学习效果。

2.2.2 任务驱动教学法

任务驱动教学法则是通过在教学过程中不断地设置“任务”引导学生，根据“任务”的需求激发学生自主学习相关知识，变被动接受为主动探求。根据教学需要，我们设定的PLC实践项目如表1所示。

通过对以上“任务”在实践教学中的实施，每个学生可能会给出不同的解决任务的方案与策略，使得学习成果不是唯一的，而是发散性的，让学生对所学内容掌握得更加系统、深刻。

2.3 实践教学内容优化

目前，PLC技术应用越来越多元化，实践教学内容上也应顺应行业发展，在强调“继电器—接触器”控制的基础上，向PLC技术倾斜。PLC技术在现代工业中的应用，除传统的逻辑控制外，更多是向网络控制、PID复杂控制、触摸屏等智能单元控制等发展。据此，可以进一步考虑设置PPI通信控制实验、PID程序设计实验、触摸屏和组态软件的应用实验等实践训练项目。但是，这都需要更好的实践操作平台作为基础，是未来课程实践建设的发展方向。

3 结语

通过在我校2011、2012级机电一体化专业《电气控制与PLC》课程实践教学环节中对以上几个方面的实施情况来看，效果是明显的。与以往的学生相比，他们具有更好的实践操作能力；同时，对电气控制与PLC技术掌握得更加系统，对相关领域知识的二次学习能力更强。当然，实践教学水平的不断提高是一项长期的工作，只有通过不断探索新的思路，构建科学合理的课程实践教学系统，进一步完善实践教学平台和实践教学方法，才能培养出更优秀的人才。

参考文献：

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[4]王芹.可编程控制器技术及应用：西门子S7-200系列[M].天津：天津大学出版社，2008.

课题项目：2013年南充职业技术学院立项课题“《电气控制与PLC》技能实训环节系统设计与实践”（JYA1306）。

作者简介：游中国（1984-），男，四川安岳人，讲师，研究方向：电气控制技术。endprint