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摘要：“可编程控制器原理及应用”是机械设计制造及其自动化专业的一门专业基础课，在本专业中有着举足轻重的地位，该课程是一门实践性和应用性非常强的课程，也是本专业学生的主要就业方向之一。充分地论述了如何提高PLC实验教学质量，并提出了具体提高实验教学质量的几点措施，实践证明该方法取得了很好的效果。
关键词：可编程控制器；组态软件；教学质量；梯形图
作者简介：乔东凯（1974-），男，安徽安庆人，广东石油化工学院机电工程学院，副教授；黄崇林（1975-），男，广东廉江人，广东石油化工学院机电工程学院，副教授。（广东 茂名 525000）
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）01-0143-02
一、PLC在工业生产自动化领域中的重要作用
可编程控制器即是通常大家提到的PLC（Programmable Logic Controller），经过40多年的快速发展，PLC已经在工业生产自动化和日常生活中发挥了重大作用，目前PLC已经和机器人、CAD/CAM/CAT一起被称之为工业生产控制中的三大支柱，且是作为三种智能工业控制手段之首。它具有可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、灵活性好、功能齐全、编程简单、使用方便，设计周期短、易实现联网和通讯等远程控制的优点。[1，2]教师在授课的开始，利用多媒体手段播放一些三菱公司和西门子公司提供的工业过程自动化的应用实例，如汽车生产线的自动控制、自动化立体仓库货物的存储、烟厂机器人中机械手的多种人性化动作等，通过以往的教学实践来看，学生会对这些自动化控制视频很感兴趣，教师通过适当地引导和举例，使学生深刻认识到PLC在工业生产自动化中的重要地位和作用，充分增强和调动了学生学习该门课程的信心和积极性。
二、引导和加强学生对该门课程的学习兴趣
在以往的实验教学过程中，虽然教师一再强调PLC在工业生产中非常重要，同时也是一门非常重要的课程，但是从教学实践来看，并没有让很多学生因此重视这门课程，学习的效果也不是很理想，通过调查研究，教师发现学生并没有从心里真正认识到该门课程的重要性，几乎所有课程的任课教师都是这样要求学生学好自己的课程，所以真正地让学生从心里明白“可编程控制器原理及应用”课程的重要性已是当前的首要任务，经过认真调研和分析，笔者从以下几个方面入手，收到了意想不到的效果：充分强调这门课的重要性，教师在课程刚开始时多讲一些关于PLC产生的历史背景，行业的发展动态，各种型号PLC的市场份额和应用前景等，这些内容不像PLC理论那样枯燥，容易让学生集中精力来多了解PLC，而以前的教师往往不到一节课就开始讲理论，很多学生学习了很久还不知道PLC到底是什么，学习积极性得不到提高；在第二次大课时就带学生去实验室，由教师亲自做一些可视性和直观性强的实验，如教师接好一台电动机的主电路，通过不同的程序，可实现电动机的启停控制、电动机的间歇运动控制和延时控制等实验，学生发现，硬件电路在没有变化的前提下，PLC实现了电动机的多种控制，从而对PLC的学习产生了浓厚的兴趣；在开这门课之前，就让学生进行认识实习，了解了很多的先进生产设备，因此给学生多举一些生产中的具体应用实例，从身边的电梯控制到烟厂的机械手自动控制，大量列举一些继电器接触器控制和PLC控制的具体电路，通过实例分析，让学生真正领悟到PLC控制的优点和在生产实际中的地位和作用；通过让学生亲自动手编程调试，实验时通过对每个同学现场打分等形式来激励和督促学生。
三、要求学生课前做到预习，课后及时复习
对于刚接触PLC课程的学生来说它比较抽象，看似容易实质上比较困难，就像每个工科学生对单片机的学习一样，若不动手练习，怎样都不能学好它，因此学生必须花大量的时间来实践，在实践中学习和前进。刚开始编程时，学生自己很难把程序写出来，如“PLC控制技术在铁精粉生产过程中的应用”[3]的实验，该实验是广东石油化工学院综合性和设计性较强的实验之一，其逻辑关系比较复杂，硬件配置多，运用了一些功能指令、特殊辅助继电器、A/D和D/A转换等知识，历次实践证明，若学生课前没有认真地预习和预先编好程序，即使给学生整个上午的时间，学生也未必能完成此项实验。笔者在本校机电2007级的学生中做过统计，由于事先没有要求大家预习，在整个上午的时间能把实验基本完成的学生只有13人，完成率为21%，而在机电2008级和2009级的学生中要求他们必须写好程序再来做实验，完成率为83%，并且有相当一部分同学只用两节课的时间就完成了任务。所以有很多实验必须要求学生事先编好程序，到实验课的时候通过短暂的时间来调试完成，当然有很多学生写的程序是错误的，但这些问题能通过老师的引导和实验时的实际验证得到解决，从而让他们编程的能力切实得到提高。课后要求学生对实验写出相应的实习报告，其中有一项是要求学生总结对此次实验的学习体会，并且大家内容不得相同，因为每个同学都会在实验的时候遇到不同的问题，所以实验体会当然也就不一样。
四、精选实验题目，增强实验的可视化效果。
通常一些高等院校在开设具体实验的时候都是参考兄弟院校的实验参考书，没有自己的教学特色，笔者在选取实验题目的时候是为学生量身定做的一套实验体系。一开始的实验是电动机的启停控制，间歇控制和延时控制的实验，这个实验的程序比较简单，学生很容易掌握，由于实验室配备了电动机，所以学生可以看到电动机的相应动作，很多学生对此产生浓厚的兴趣，提高了学生学习的积极性。第二次实验的题目难度就要加强一点，选用了将可视化、形象生动、通用性和趣味性融为一体的一项实验，要求学生用步进指令来控制十字路口的交通信号灯，该实验相对于第一个实验逻辑关系复杂得多，编程的难度也大很多，学生通过实验可以看到模拟的交通信号灯信号的转变，该实验的可视性好、逼真、生动，改掉了之前直接在PLC的输出端指示灯上看效果的缺点。学生做完此类实验还意犹未尽，对下次实验课充满了期待，从而提高了学习的兴趣，这样就使得学生在享受实验乐趣的同时提高了动手能力并且掌握了新知识，没有给学生带来很大的学习压力，相反激励了学生学习的动力。 五、在PLC实验教学中注意培养学生的创新精神
创新精神是指要具有能够综合运用已有的知识、信息、技能和方法，提出新方法、新观点的思维能力和进行发明创造、改革、革新的意志、信心、勇气和智慧。[4]在该门课程的实验课当中，创新精神也是对学生进行培养的一个主要方面，让学生在硬件搭配和软件编程中勇于创新，逐渐培养学生在全方位推测、假设和构思中摸索答案，以解决实际问题，创造出更好更优秀的设计作品。例如在“运用PLC对十字路口交通信号灯的自动控制”中要求学生用步进指令对控制任务进行编程，在设计时应充分考虑到安全保护、电路互锁、指令运用和地址分配等方面的问题，有些问题自己设计很难，设计也很巧妙，这就要求学生自己能够把一些好的设计思路和方法记在心里，多进行编程训练，在编程中灵活运用。实验后学生深刻感受到自己多编程、多动手、多思考和多借鉴的重要性，经过一定时间的积累，学生的编程能力和创新能力很大程度上得到了提高。
六、把PLC技术和其他自动化技术联系起来， 提高实验教学效果。
PLC是电气自动化的三大支柱之一，但要实现全方位的自动化控制还需很多先进的软件和控制器件，如触摸屏技术和组态王技术等。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式，它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备，主要应用于公共信息的查询、工业控制和军事指挥等方面，[5]组态王监控系统软件是新型的工业自动控制系统，它是以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统，取代了传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点，通常可以把自动控制系统划分为控制层、监控层和管理层三个层次结构，其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达和组态开发的重要作用。[6]
学生可以通过参与教师的科研，逐步学会此类软件的灵活运用和编程方法，在每一届学生当中采用自愿和挑选的方式选择一些能力强、悟性高和兴趣浓的优秀学生来参与到项目的开发上，经过几年的努力和积累，目前本校实验室已经有了3个组态王或触摸屏与PLC相结合的控制实例，学生对这些很感兴趣，部分优秀学生力争要比往届学生做得更好，通过积累，实验室开发的此类实验将更加完善。
七、改革实验考试方式，提高实验课在学生心目中的地位。
“可编程控制器原理及应用”这门课是一门应用性和实践性极强的课程，实践教学对学生非常重要，通过理论和实践的学习，学生应该能够自己独立完成较复杂的项目，所以在考核学生理论知识的同时，须把实践考核放在同等重要的地位，课题组经过讨论采用以下方式来对学生实施考核：理论考试与实践考试分开，各占总成绩的50%；理论课的成绩由平时成绩（占30%）和期末考试成绩（占70%）组成，平时成绩由作业、出勤和上课回答问题等各细节组成；实践考核由平时成绩（占60%）和实验考核成绩（占40%）两部分组成，其中平时成绩又由课前预习、实验过程中的学习态度、动手能力和实验报告等部分组成。经过本校机械设计制造及其自动化专业的2008级、2009级学生的实践表明，改革实验考试方式后学生学习的积极性有了明显提高，学生对实践环节更加重视了，学习成绩较以前明显进步，学习态度发生了很大改变，从以前的“要我学”转变成现在的“我要学”，从而为达到实验教学质量的目标起到了良好的促进作用。
八、结语
“可编程控制器原理及应用”是机械设计制造及其自动化专业的一门非常重要课程，通过改变实验教学内容、教学方式、使得学生的学习积极性得到了提高。上述方法应用到本校机械设计制造及自动化专业2008级和2009级学生中，学生学习的积极性得到了很大提高，教学效果明显提高，转变了学生的学习态度，提高了实验教学质量，事实证明该课程的教学改革是卓有成效的，到达了预期的效果。
参考文献：
[1]钟肇新.可编程序控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2008.
[2]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.
[3]范建东.可编程控制器原理及应用实验指导书[M].广州：华南理工大学出版社，2010.
[4]张守魁.开放性、创新性实践教学的研究及实践[J].高校实验室工作研究，2007，（4）：47-48.
[5]盖超会，阳胜峰.三菱PLC与变频器、触摸屏综合培训教程[M].北京：中国电力出版社，2011.
[6]韩晓新.从基础到实践—PLC与组态王[M].北京：机械工业出版社，2011.
（责任编辑：李杰）
关键词：可编程控制器；组态软件；教学质量；梯形图
作者简介：乔东凯（1974-），男，安徽安庆人，广东石油化工学院机电工程学院，副教授；黄崇林（1975-），男，广东廉江人，广东石油化工学院机电工程学院，副教授。（广东 茂名 525000）
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）01-0143-02
一、PLC在工业生产自动化领域中的重要作用
可编程控制器即是通常大家提到的PLC（Programmable Logic Controller），经过40多年的快速发展，PLC已经在工业生产自动化和日常生活中发挥了重大作用，目前PLC已经和机器人、CAD/CAM/CAT一起被称之为工业生产控制中的三大支柱，且是作为三种智能工业控制手段之首。它具有可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、灵活性好、功能齐全、编程简单、使用方便，设计周期短、易实现联网和通讯等远程控制的优点。[1，2]教师在授课的开始，利用多媒体手段播放一些三菱公司和西门子公司提供的工业过程自动化的应用实例，如汽车生产线的自动控制、自动化立体仓库货物的存储、烟厂机器人中机械手的多种人性化动作等，通过以往的教学实践来看，学生会对这些自动化控制视频很感兴趣，教师通过适当地引导和举例，使学生深刻认识到PLC在工业生产自动化中的重要地位和作用，充分增强和调动了学生学习该门课程的信心和积极性。
二、引导和加强学生对该门课程的学习兴趣
在以往的实验教学过程中，虽然教师一再强调PLC在工业生产中非常重要，同时也是一门非常重要的课程，但是从教学实践来看，并没有让很多学生因此重视这门课程，学习的效果也不是很理想，通过调查研究，教师发现学生并没有从心里真正认识到该门课程的重要性，几乎所有课程的任课教师都是这样要求学生学好自己的课程，所以真正地让学生从心里明白“可编程控制器原理及应用”课程的重要性已是当前的首要任务，经过认真调研和分析，笔者从以下几个方面入手，收到了意想不到的效果：充分强调这门课的重要性，教师在课程刚开始时多讲一些关于PLC产生的历史背景，行业的发展动态，各种型号PLC的市场份额和应用前景等，这些内容不像PLC理论那样枯燥，容易让学生集中精力来多了解PLC，而以前的教师往往不到一节课就开始讲理论，很多学生学习了很久还不知道PLC到底是什么，学习积极性得不到提高；在第二次大课时就带学生去实验室，由教师亲自做一些可视性和直观性强的实验，如教师接好一台电动机的主电路，通过不同的程序，可实现电动机的启停控制、电动机的间歇运动控制和延时控制等实验，学生发现，硬件电路在没有变化的前提下，PLC实现了电动机的多种控制，从而对PLC的学习产生了浓厚的兴趣；在开这门课之前，就让学生进行认识实习，了解了很多的先进生产设备，因此给学生多举一些生产中的具体应用实例，从身边的电梯控制到烟厂的机械手自动控制，大量列举一些继电器接触器控制和PLC控制的具体电路，通过实例分析，让学生真正领悟到PLC控制的优点和在生产实际中的地位和作用；通过让学生亲自动手编程调试，实验时通过对每个同学现场打分等形式来激励和督促学生。
三、要求学生课前做到预习，课后及时复习
对于刚接触PLC课程的学生来说它比较抽象，看似容易实质上比较困难，就像每个工科学生对单片机的学习一样，若不动手练习，怎样都不能学好它，因此学生必须花大量的时间来实践，在实践中学习和前进。刚开始编程时，学生自己很难把程序写出来，如“PLC控制技术在铁精粉生产过程中的应用”[3]的实验，该实验是广东石油化工学院综合性和设计性较强的实验之一，其逻辑关系比较复杂，硬件配置多，运用了一些功能指令、特殊辅助继电器、A/D和D/A转换等知识，历次实践证明，若学生课前没有认真地预习和预先编好程序，即使给学生整个上午的时间，学生也未必能完成此项实验。笔者在本校机电2007级的学生中做过统计，由于事先没有要求大家预习，在整个上午的时间能把实验基本完成的学生只有13人，完成率为21%，而在机电2008级和2009级的学生中要求他们必须写好程序再来做实验，完成率为83%，并且有相当一部分同学只用两节课的时间就完成了任务。所以有很多实验必须要求学生事先编好程序，到实验课的时候通过短暂的时间来调试完成，当然有很多学生写的程序是错误的，但这些问题能通过老师的引导和实验时的实际验证得到解决，从而让他们编程的能力切实得到提高。课后要求学生对实验写出相应的实习报告，其中有一项是要求学生总结对此次实验的学习体会，并且大家内容不得相同，因为每个同学都会在实验的时候遇到不同的问题，所以实验体会当然也就不一样。
四、精选实验题目，增强实验的可视化效果。
通常一些高等院校在开设具体实验的时候都是参考兄弟院校的实验参考书，没有自己的教学特色，笔者在选取实验题目的时候是为学生量身定做的一套实验体系。一开始的实验是电动机的启停控制，间歇控制和延时控制的实验，这个实验的程序比较简单，学生很容易掌握，由于实验室配备了电动机，所以学生可以看到电动机的相应动作，很多学生对此产生浓厚的兴趣，提高了学生学习的积极性。第二次实验的题目难度就要加强一点，选用了将可视化、形象生动、通用性和趣味性融为一体的一项实验，要求学生用步进指令来控制十字路口的交通信号灯，该实验相对于第一个实验逻辑关系复杂得多，编程的难度也大很多，学生通过实验可以看到模拟的交通信号灯信号的转变，该实验的可视性好、逼真、生动，改掉了之前直接在PLC的输出端指示灯上看效果的缺点。学生做完此类实验还意犹未尽，对下次实验课充满了期待，从而提高了学习的兴趣，这样就使得学生在享受实验乐趣的同时提高了动手能力并且掌握了新知识，没有给学生带来很大的学习压力，相反激励了学生学习的动力。 五、在PLC实验教学中注意培养学生的创新精神
创新精神是指要具有能够综合运用已有的知识、信息、技能和方法，提出新方法、新观点的思维能力和进行发明创造、改革、革新的意志、信心、勇气和智慧。[4]在该门课程的实验课当中，创新精神也是对学生进行培养的一个主要方面，让学生在硬件搭配和软件编程中勇于创新，逐渐培养学生在全方位推测、假设和构思中摸索答案，以解决实际问题，创造出更好更优秀的设计作品。例如在“运用PLC对十字路口交通信号灯的自动控制”中要求学生用步进指令对控制任务进行编程，在设计时应充分考虑到安全保护、电路互锁、指令运用和地址分配等方面的问题，有些问题自己设计很难，设计也很巧妙，这就要求学生自己能够把一些好的设计思路和方法记在心里，多进行编程训练，在编程中灵活运用。实验后学生深刻感受到自己多编程、多动手、多思考和多借鉴的重要性，经过一定时间的积累，学生的编程能力和创新能力很大程度上得到了提高。
六、把PLC技术和其他自动化技术联系起来， 提高实验教学效果。
PLC是电气自动化的三大支柱之一，但要实现全方位的自动化控制还需很多先进的软件和控制器件，如触摸屏技术和组态王技术等。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式，它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备，主要应用于公共信息的查询、工业控制和军事指挥等方面，[5]组态王监控系统软件是新型的工业自动控制系统，它是以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统，取代了传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点，通常可以把自动控制系统划分为控制层、监控层和管理层三个层次结构，其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达和组态开发的重要作用。[6]
学生可以通过参与教师的科研，逐步学会此类软件的灵活运用和编程方法，在每一届学生当中采用自愿和挑选的方式选择一些能力强、悟性高和兴趣浓的优秀学生来参与到项目的开发上，经过几年的努力和积累，目前本校实验室已经有了3个组态王或触摸屏与PLC相结合的控制实例，学生对这些很感兴趣，部分优秀学生力争要比往届学生做得更好，通过积累，实验室开发的此类实验将更加完善。
七、改革实验考试方式，提高实验课在学生心目中的地位。
“可编程控制器原理及应用”这门课是一门应用性和实践性极强的课程，实践教学对学生非常重要，通过理论和实践的学习，学生应该能够自己独立完成较复杂的项目，所以在考核学生理论知识的同时，须把实践考核放在同等重要的地位，课题组经过讨论采用以下方式来对学生实施考核：理论考试与实践考试分开，各占总成绩的50%；理论课的成绩由平时成绩（占30%）和期末考试成绩（占70%）组成，平时成绩由作业、出勤和上课回答问题等各细节组成；实践考核由平时成绩（占60%）和实验考核成绩（占40%）两部分组成，其中平时成绩又由课前预习、实验过程中的学习态度、动手能力和实验报告等部分组成。经过本校机械设计制造及其自动化专业的2008级、2009级学生的实践表明，改革实验考试方式后学生学习的积极性有了明显提高，学生对实践环节更加重视了，学习成绩较以前明显进步，学习态度发生了很大改变，从以前的“要我学”转变成现在的“我要学”，从而为达到实验教学质量的目标起到了良好的促进作用。
八、结语
“可编程控制器原理及应用”是机械设计制造及其自动化专业的一门非常重要课程，通过改变实验教学内容、教学方式、使得学生的学习积极性得到了提高。上述方法应用到本校机械设计制造及自动化专业2008级和2009级学生中，学生学习的积极性得到了很大提高，教学效果明显提高，转变了学生的学习态度，提高了实验教学质量，事实证明该课程的教学改革是卓有成效的，到达了预期的效果。
参考文献：
[1]钟肇新.可编程序控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2008.
[2]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.
[3]范建东.可编程控制器原理及应用实验指导书[M].广州：华南理工大学出版社，2010.
[4]张守魁.开放性、创新性实践教学的研究及实践[J].高校实验室工作研究，2007，（4）：47-48.
[5]盖超会，阳胜峰.三菱PLC与变频器、触摸屏综合培训教程[M].北京：中国电力出版社，2011.
[6]韩晓新.从基础到实践—PLC与组态王[M].北京：机械工业出版社，2011.
（责任编辑：李杰）