可编程序控制器课程案例教学法创新

张军涛 邓蕾

摘 要：可编程序控制器是中职学校机电一体化专业一门很重要的专业课程，该课程具有较强的理论性和实践性。在传统教学中，先讲解基本指令，再根据动作要求编制程序。学生无法验证所编程序的正确与否，且不能与实际工程相联系，教学质量和教学效果无法得到保证。笔者在给机电专业讲可编程序控制器课程时，引入了案例教学法，通过教学案例，结合平面软件和立体软件的应用，使教学方法得以创新。

关键词：可编程序控制器 案例教学法 教学创新

近年来，在工业自动化、机电一体化及传统产业技术改造方面，采用了较为先进的可编程序控制器控制方法。可编程序控制器简称PLC，它可通过软件来改变控制过程且编程较为简单，所以PLC在工业控制中占据了主导地位。PLC技术是中职院校机电专业开设的专业课之一，教材版本以三菱FX2N系列PLC的基本指令应用为主。由于本课程涉及的知识点较多，传统教学方法是先讲基本指令再讲程序编制软件，在无PLC硬件时无法通过设备的运行来验证程序，因此，这种传统的教學方式大大降低了教学实效。为了让学生更好地掌握PLC理论知识和操作技能，笔者在机电专业可编程序控制器课程中采用了案例教学法，就是在PLC课程教学中引入立体软件（三维动画仿真软件）的实际案例。利用案例中可能用到的基本指令，结合实习教学，让学生体会PLC在平面软件（GX编程软件）中的应用，还能让学生在三维动画立体软件中看到动作的结果。通过这种教学方法，充分调动了学生的主动参与性，培养了学生处理实际问题的能力。

一、中职学生PLC学习现状

1.学习兴趣不高

中等职业学校的学生普遍存在基础差、学习动力不足、缺乏学习激情的问题，若再采用传统的“填鸭式教学”，老师照本宣科，学生做笔记，课堂教学变成了一言堂，学生的学习兴趣无法被激发出来，更不用说让学生始终保持对PLC的学习兴趣了。

2.掌握知识程度不够

对书本知识，学生靠死记硬背，顶多知道点皮毛而已，对知识的理解深度远远不够。笔者认为敢于对书本、标准答案甚至老师的讲解提出质疑，用贴近实际任务的思维来掌握知识，是提高学生理解能力的重要途径，但实际的情况是学生学习的能力很差，鲜有学生能这样做。

3.职业能力不足

一名合格的PLC技术人员要具备理论与实践相结合的综合能力，但是很多刚毕业的学生在适应职场和真实工作环境方面面临诸多困难。

二、案例教学法

案例教学法是通过一个具体的教学情境的描述，引导学生对这些特殊情景进行讨论的一种教学方法。在分析过程中，学习者自己提出问题，并自己找出解决问题的途径和手段，从而培养独立分析问题和解决问题的能力。

案例教学法在能力、素质培养，特别是思维的培养方面，有着成功的经验。根据实际教学应用，案例教学法非常适合中职院校机电专业开设的PLC课程教学。学生在学习PLC这门课程中将涉及很多指令，而教师不可能面面俱到。因此，通过创新思维，将教学内容富有创造性地渗透到PLC案例教学过程中，培养学生的综合分析能力和实际操作能力。

GX Developer软件是三菱公司开发的具有梯形图仿真的编程软件，其特点是功能强、适用于现场设备的编程调试，必须与控制设备联网，如没有控制设备，该软件无法实现被控设备的运转。GX软件被称平面编程设计软件。

三菱三维动画软件FX-TRN是三菱电机最新推出的中文版教学软件，它将虚拟舞台和专家操作指导结合成一起，这种模拟场景的仿真运行，可以帮助学生全面认识PLC的工作过程，除使学生具备一定的编程能力，掌握基本的编程技巧外，还能让学生按照实际控制要求进行调试和仿真运行。在仿真运行中可以观察运行结果是否符合设计要求。同时，在运行中还可以确认各个元件与程序的状态，适时监控各个元件的工作过程。通过运行监控，学生更好地理解和掌握PLC各个元件的作用，巩固课堂上所学的理论知识。FX-TRN被称作立体软件。

三、案例教学法在可编程序控制器课程中的应用

1.已有基础

案例教学法的实施是将三维动画仿真软件实例引入到PLC课程中，教师要精心准备个案，让学生在案例的阅读、分析、讨论中建立起一套适合自己的完整而严密的逻辑思维方法，以提高学生理论水平和操作能力。

例如在顺序控制问题中，要联系实际情况进行如下控制：

启动顺序为1号电机、2号电机、3号电机顺序启动，停止顺序为3号电机、2号电机、1号电机顺序停止。这样控制的目的主要考虑到以下三点实际情况：以防止货物在带上堆积；停止顺序为3号电机、2号电机、1号电机逆序停止，以保证停车后带上不残存货物；当1号电机或2号电机出现故障停止时，3号电机能随即停止，以免继续进料。

对于上述电路控制原理及实际控制要求，学生已在《电力拖动控制线路》（第四版）一书中已学过，对原理及动作过程非常了解，已经熟练地完成了电路的布线和调试，但如何转到用PLC来控制是本门课程的重点。

2.典型案例实施过程

教师先将本电路可能用到的基本指令如LD、AND、OR、OUT、END，结合实例进行讲解，其次再明确PLC主要设计步骤：I/O分配表的确定，外围接线图的设计，编程设计及程序的运行调试。

（1）根据控制要求输入/输出地址，根据任务地址则有输入：SB0（X0）1#电机启动；SB1（X1）2#电机启动；SB2（X2）3#电机启动；SB3（X3）2#电机停止；SB4（X4）3#电机停止；SB5（X5）1#电机停止输出：KM1（Y0）接触器1；KM2（Y2）接触器2；KM3（Y4）接触器3。本案例重点掌握PLC输入、输出继电器编号，明确其配置（输入、输出点采用的是八进制）。

（2）画主回路及外围接线图（略）。此学习阶段学生在教师的启发下完成外围接线图的设计。此阶段的难点：PLC的触点和按钮的触点的对等画法。解决措施：将PLC的触点和按钮的触点进行比较，包括常开触点和常闭触点的对应关系，充分了解它们的作用。

（3）掌握基本指令的作用和梯形图的编程规则。教师根据电拖控制线路图，通过GX三菱编程软件转换成梯形图，并将梯形图整合简化。在转化过程中介绍PLC的辅助常开点、常闭点，梯形图的画法及编程规则。将转换的梯形图通过软件上的转换钮转换成指令表。

3.案例反馈

通过此案例，学生在实际中理解LD、AND、OR、OUT、END基本指令的应用，以及ANB、ORB的编程技巧。明确梯形图的设计，重点掌握三菱GX编程软件的使用。反复练习达到熟练掌握后，教师应结合实际对知识量的多少及拓展知識的前后联系进行创新应用。

4.拓展案例一

上述案例中，3台电机分别启动、分别停止，将控制要求改为顺序启动，一个停止按钮逆序停止，则减少为一个停止按钮。

（1）实施案例：为与三维仿真软件相一致，重新分配I/O地址，列出I/O分配表，则有输入：SB0（X20）1#电机启动；SB1（X21）2#电机启动；SB2（X22）3#电机启动；SB3（X23）停止按钮。输出：KM1（Y0）接触1；KM2（Y2）接触2；KM3（Y4）接触3。从以上分析中可以看出输入点减少了2个（即增加了一个停止按钮，减少了三个停止按钮）。此外画出外围接线图（略）。

（2）设计梯形图：教师启发学生设计梯形图，将梯形图在三维动画软件上进行模拟运行，观察三条皮带的动作情况。

（3）案例反馈：通过拓展案例，让学生学会条件控制点的应用，重点掌握三维动画软件的使用。

5.拓展案例二

案例控制要求：通过时间继电器完成三条皮带每三秒钟依次启动，按下停止按钮后，三秒钟依次停止。

（1）重新分配I/O地址，设计I/O分配：根据任务择优如下分配输入：SQ1（X3）有料；SQ2（X5）原位；SB0（x20）启动按钮；SB2（X22）停止按钮.输出：KM1（Y0）接触器1；KM2（Y2）接触器2；KM3（Y4）接触器3；YV（供料电磁铁）Y7。从以上分析中可以看出输入点减少为2个，按要求画出外围接线图（略）。

（2）设计梯形图：由学生自己设计梯形图，并在三维动画软件上调试运行。教师设计的梯形图仅供学生参考。

（3）案例反馈：通过本案例，让学生充分理解、熟练掌握定时器TIM的应用方法，并在三维动画软件上进行简单的程序修改。同时对其他指令的理解及使用，也可进一步拓展开来，如指令的应用，从而拓展学生的创新思维能力。

四、小结

采用案例教学法，使学生明确了抽象的理论概念在生产中的具体应用。教师通过可编程序控制器课程的创新教学，利用两种成熟的教学软件，缩短了教学情景与实际生产的差距，激发了学生的学习兴趣，锻炼了学生独立思考、分析问题的能力。通过案例教学法，借助三维动画软件由平面教学转变到立体教学，培养学生逐渐学会了处理综合性疑难问题，为学生适应今后的工作需要打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]吴金浩，曾庆乐.电气控制与PLC应用技术[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]高安邦.三菱PLC工程应用设计[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3]彭小平.电气控制PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

（作者单位：河北保定技师学院）