基于项目教学法的机电传动控制课程设计探讨

杨旭东

【摘 要】机电传动控制课程设计是机电专业实践教学中一个重要组成部分，该课程设计以PLC控制系统为核心，将机电传动系统的各个部分有机联系到一起。因此该设计的质量对于培养学生实际设计控制系统的影响较大。针对现在的课程设计教学过程中存在的一些问题，从课程设计题目的选择、课程设计的指导和课程设计考核评价进行了理论探索与实际训练，取得了较好的教学效果。

【关键词】PLC；机电传动；课程设计

机电传动与PLC是机械类专业的一门专业基础课，是培养学生掌握机电传动控制能力的核心课程。学习理论课后，通常安排一到两周的课程设计环节，课程设计是理解和掌握该门课程非常重要的实践性环节。搞好课程设计教学对培养学生综合应用能力和创新能力具有非常重要的意义。设计的基础是理解各种电气控制元件的工作原理和应用，以及常用电气控制线路和 PLC控制技术。然后综合进行相关题目的设计，目标在于培养和提高学生独立工作的能力，加强对基础知识的理解，以及创造性应用专业及基础知识的能力、解决实际生产过程中问题的能力。因此课程设计的效果将对学生的实际工作能力产生深远的影响。

项目教学法是指学生在指导教师的指导下，设计和实现一个完整的工程项目。项目都是来自于生产实践或实际研发项目。在教学过程中，整个项目是指根据客户需求，构思一套控制系统，详细设计、工艺实现、运行调试等，它要求学生积极主动的查找资料，提出问题，分析问题和解决问题，以及提高团队合作能力。在具体的工程应用中解决实际问题。在完成项目任务的过程中，学生会遇到很多困难，只有兴趣和成就感才能克服各种困难来完成整个项目，学生得到真正的锻炼，提高了自信心。

1 传统课程设计模式存在的问题

课程设计教学环节的设置是为了培养学生独立思考，真正理解并且灵活运用所学相关理论知识的能力。通过实际项目的设计，可以培养学生机电工程师思维的训练。通常课程设计的题目是设计可编程序控制器自动控制系统。设计地点在教室或者机房。方式仍然类似于课堂教学，是由老师给出题目和参考资料。学生主动参与的机会不多，在被动设计的情况下，学生的创造力和积极性没有得到发挥。随着高等教育改革的推进， 国家目前大力提倡建设创新型国家，培养创新型人才，改变粗放型发展模式。人才的培养目标从理论研究型的精英教育向实用创新型的方向发展，以适应创新型社会发展需求。原有的设计方式将不能适应社会发展的要求。

目前机电传动控制课程设计中存在具体两方面问题：第一，创新性不够，雷同度高。由于很多工科院校都有机电传动与PLC课程，很多题目都已经使用多年，由于网络的发达，学生可以很容易得到现成的设计结果。学生实际设计缺乏成就感，没有设计积极性。第二，指导教师仍然采用灌输的教学模式，理论性强，难免流于纸上谈兵。学生初次进行电气控制，如果还是和课堂教学一样，照本宣科，学生很难产生兴趣。本课程设计需要设计报告，和电气原理图。从需求分析，到方案设计，从原理图设计到电气元件选型，从程序设计到安装调试，如果认真设计，学生要付出很大的努力。如果主动性不高，积极性不够，最终难免造成千篇一律现象，涉及报告大同小异，缺乏创造性。

2 基于项目教学法的教学模式

首先，是选题。PLC应用非常广泛。在冶金化工、机械制造、石油石化、轻工纺织、建筑建材等几乎各个工业领域都有广泛应用。现代服务业也有很多场合应用。所以课程设计的题目可选择的工程项目很多，只要提前布置，完全可以让学生通过实际调研后自主选择。这样学生有兴趣，能够发挥主观能动性，学生在实际工程背景下进行设计受到的训练要比纸上谈兵好很多。学生自信心增强了，学习专业的劲头更浓，为将来的就业打下很好的基础。设计时间比较短，选题应该题量适当，让每一个学生通过努力能够按时保证质量完成设计。指导教师提供选题参考意见，经过审核后才能确定。题目知识点太多、太难，学生很难完成；知识点太少、太简单，达不到设计水平的要求。设计题目最好应用于实际生产，具有很强的实用性；既可以让学生得到锻炼提高，又可以在实验室模拟接线安装调试。

其次，是课程设计的步骤。在设计PLC控制系统时，第一步，必须详细理解控制系统的应用场合，控制对象的特点， 实际考察生产设备的使用情况，以及各种需要控制的参数。明确生产现场的控制过程和使用人员的操作要求，熟悉加工工艺流程，要特别细心严谨，体现出工程意识。因为只有准确描述控制要求，才能设计出符合用户要求的系统，应画出工作流程图，与用户详细交流，得到确认后，才开始进行下一步。第二步进行系统的硬件设计，硬件设计主要包括主电路的设计、PLC 控制电路设计，各种电气元件的选择，强电设备的安装布线等。通过对生产过程控制要求的详细了解，确定控制对象与PLC之间控制信号。输入信号包括按钮、行程开关、接近开关、光电开关等开关量信号或温度、压力等模拟量信号，它们是从控制对象输入到PLC。这些信号与 PLC 输入口如果不匹配时，需要进行处理后才能输入PLC，或者采用特殊功能模块。输出信号也需要考虑，输出模拟量信号还是数字量信号，输出信号与执行机构如果不匹配，还需要进一步处理。然后由学生根据控制系统要求，通过网络或者电话、也可以亲自去电子市场，访问各产品经销商进行资料查询，按所要求的数字量和模拟量模块进行配置，根据性价比来确定容量、性能都符合要求的PLC。然后分配需要的PLC的I/O 点，并且画出PLC的外部接线图。在分配 PLC的I/O端口时，尽可能将同一类型的信号集中安排，地址号按照顺序连续进行排列。目前，主流的PLC包括欧美厂家和日本厂家应用比较多。但随着我国国产PLC的不断发展，将来，物美价廉的国产PLC应用将越来越多。第三步进行系统的软件设计。软件设计要先画出状态转移图或顺序功能图，然后再转化为梯形图。编程时规范简洁的设计程序，一定要加上注释。程序完成后，进行子程序调试、软硬件联调、系统调试。在控制系统设计和整个设备完成后，就可进行机电联调，若不符合要求，可修改完善系统的硬件和软件，如此反复，直到实现控制要求。主要难点在于调试软件，调试的过程就是不断修改完善程序和参数的过程，一定要非常认真，软件程序出现任何差错都会影响进度，调试很辛苦，但也很有成就感。待全部调试结束，写出详细的设计说明书。

3 项目教学法实施的效果

在传统的教学模式中，学生是被动地学习，被动地设计，积极主动参与的兴趣不大。实用的控制系统通常是较为复杂的，通常包括机械、电气、液压和气动等多方面的内容，初次设计时，学生会感到非常困难，如果没有积极性和热情是不会加班加点完成任务的。改变方式后，学生能亲眼看到自己设计的控制系统能够正常运行，感受到巨大的成就感，增强了自信心，积累了经验，提高了水平。虽然比以前辛苦很多，但是收获很大。

实际的工程项目通常比较复杂，仅仅依靠一个人的努力是不够的。复杂些的控制系统可以由指导老师指定学生小组分工合作，也可以学生自由组合，可以充分发挥学生的积极性。这样就可以锻炼学生的团结合作能力。有的学生能力强，有的弱一些，如何充分发挥每一个学生的能力，也是非常不容易的。通过实际项目的训练，学生的合作能力得到提高，但是考核成绩也要考虑每个学生的贡献大小。也就是说评价要客观一些。

4 总结

本文探讨了机电传动控制课程设计的教学方法，希望能够为企业培养出具有理论扎实和实践能力强的创新型人才。只有不断提高课程设计质量，才能培养出具有工程设计意识和富有创造力的社会需要的人才。通过实际工程项目提高学生的综合应用能力和团队合作能力，才能符合创新型社会和高科技企业对高等教育的要求。

【参考文献】

[1]王少刚.课程设计是培养学生创新能力的重要途径[J].中国大学教学，2007（8）.

[2]张光斗.高等工科院校要培养工程师 [J].高等工程教育研究，2004（3），8.

[责任编辑：杨玉洁]