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摘要:本文主要简述了PLC的发展及应用,并结合教学实践经验就如何有效开展中职PLC教学提出自己的观点。
关键词:PLC、教学方法;PLC编程;课题式单元教学
可编程序控制器(PLC)是在继电接触器控制和计算机控制基础上发展起来的新兴工业自动控制装置,是计算机技术在工业控制领域的一种应用技术。由于它可通过软件编程来改变控制过程,应用灵活,而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点,目前已广泛应用于工业控制的各个领域,是现代工业自动化三大支柱之一。从数控机床等到汽车、陶瓷等自动化生产线都可以见到PLC控制的身影,可以说PLC技术已经渗透到了我们生活与工业生产的各个领域。
在2000年前泉州的中小企业PLC应用比较少,掌握PLC技术的技术人员也相对少,但是近年来随着PLC应用范围的扩展,越来越多的企业意识到PLC技术的重要性,PLC专业技术人员的需求也越来越多。企业在招聘维修电工或电气应用技术员时不但要求基本电气控制技术要扎实,还要懂得PLC、变频调速等技术。2005年我在对晋江盛欣化纤、晋江兆泰机械、泉州邦丽达科技、晋江辅友机械、晋江力达机械、兴业皮革等企业的调查中发现,这些企业近70%的设备控制核心都是PLC,且企业聘用的维修电工基本都是中专层次,通过了解得知他们的PLC知识小部分来自学校教师的传授,大部分来自实践中的自学,这从一个侧面说明PLC不是一门难学的课程,更重要的是要有实践。可见只要教师改变教学观念,改进教学方法,加强实践教学,进而调动学生的学习积极性,中职PLC教学还是可行的。
几年的PLC教学经验,我总结出几项有效提高PLC教学效果的措施。
一、以通俗形象的实例上好起始课,激发学生学科兴趣,提高学习信心
兴趣可以提高学生学习信心,可以增强学生学习的恒心。俗话说,良好的开端是成功的前提和基础。刚开始上PLC课程时,学生对本课程不了解,很容易理解为计算机之类的编程课程,产生难学没有信心的念头。因此课程的入门课非常重要,我在讲授PLC的第一课时,首先用大量图文并茂的图片,列举PLC在工业、农业、交通运输业及日常生活中广泛应用的例子,如:汽车生产流水线,学校的数控加工中心、数控车床、机械手的控制、电梯控制、机器人的控制等等都有PLC的功劳,还有繁华城市的霓虹灯、交通灯,舒适小区里的人工喷泉……这些与大家日常生活息息相关的例子,引导学生产生这样的问题:“一个小小的PLC就有那么厉害?”,进而产生这样的感慨:“PLC控制真好用!”,使学生对这门课程有一个初步的了解,觉得它就在我们身边,同时教师还可以联系就业市场的需求(如有较多单位招聘时提出“懂得PLC者优先”),激发学生的学习欲望。然后带学生参观往届学生的PLC设计作品---“四层货梯”、“彩灯控制器”、 “6路抢答器”等。明确告诉学生这是往届某某学生以PLC为控制核心设计制作的毕业作品,从而让学生明白,PLC不仅就在我们的身边,我们也有能力去驾驭它,并产生这样的雄心壮志:“上一届学生能做到的,我们能做得更好。”,以此提高学生的学习信心。
二、选用合适的PLC机型及配套教材
进入二十世纪八十年代以来,随着微机技术和微电子技术的迅猛发展,极大推动了PLC在世界范围内的发展, PLC的厂家和品牌也越来越多,目前在中国大陆应用较多的知名品牌就有德国西门子、法国施耐德、日本三菱、欧姆龙、松下、韩国LG、台湾台达等,但各个PLC厂家都有自己的编程语言及编程软件,互相不兼容,作为中职层次,我们不能博百家之长,只能选择学习其中一种机型。经过调查发现在泉州晋江一带的企业,PLC应用基本上以日本三菱、欧姆龙、德国西门子等三种品牌为主,结合多年的教学实践及工程应用经验,经过从性能、技术参数和学习性等方面的比较,我认为三菱PLC从硬件I/O点及内部寄存器的标识到梯形图的编程都更人性化,特别是它具有别具一格的步进编程指令(STL指令),STL指令简单易学、思路清晰,符合初学者的编程思路,更易于让初学者掌握,也就更容易激发学生的学习兴趣。因此我们选用日本三菱FX系列(继电器输出)整体型微型机作为我们的教学机型,并以此选用相关教材。几个学期下来学生对三菱PLC的学习掌握情况还是基本达到预期效果,在对毕业生的就业跟踪发现我们的教学与生产实际较为贴近,企业反映较好。
三、耐心培养学生的专业能力,抓好专业教学的基础训练
虽然我们知道PLC的编程采用的是梯形图编程语言,它形象直观,易被接受。但还应知道PLC应用系统是在继电器—接触器控制系统基础上发展起来的,需要熟悉继电器控制系统的基本表达方式。因此在PLC教学中应先抓好基本继电器控制电路的基础训练,让学生具备最基本的电气控制理论,为学习PLC奠定专业基础。而如果学生不具备基本继电器控制电路的基础,对他来说,学习好PLC将是一项几乎不可能完成的任务,当然也就不可能有学习热情与学习兴趣。因此在学习PLC编程之前应先学习好基本继电器—接触器控制电路的构成、原理及安装调试的方法,掌握电路的串联、并联、自锁、互锁、常开、常闭等基本概念及与、或、非等基本逻辑运算,并在PLC教学中循序渐进,耐心培养学生的专业基础能力。在教学中我一般是以三相异步电动机的点动、长动、正反转、星三角降压起动、顺序控制等典型控制电路的原理分析到电路安装调试,来强化学生的继电器控制电路的基础训练,特别是突出控制电路的梯形结构,以引导学生过渡到PLC的梯形图编程,减小学生的课程学习障碍。
四、充分利用设备,加强现场实训
有人曾经说过:只让我听,我不明白;让我看,也许我会知道;让我做,我能掌握它。PLC是一门实践性很强的专业课程,单靠看书本是不可能学好的,因此必须有一定规模的实训设备,并充分利用设备,应保证有50%～80%的时间在实验室。我认为实训设备不一定要购买整套的PLC实训设备,因为虽然整套的PLC实训设备具备方便维护、管理的优点,但只让学生进行简单的插线及编程应用,无法让学生得到完整系统的安装训练,可能导致学生学完之后在进行独立的PLC应用时,面对I/O接线及外围元件的实际应用时束手无策。有足够的设备最好,若设备不足,可利用电脑仿真软件(有一套三菱的FX仿真软件,它可以模拟较多的实物仿真实验),采取分批实训的办法。我校购有12套分立的三菱PLC设备,我几年来的做法是根据具体的实训项目把学生分成2组,一组学生在电脑室练习编程与仿真,另一组学生到实训室做实物接线与编程调试,2个课时后进行轮换,以保证学生的实训时间。
五、大胆整合教材,采用项目教学法,以课题式单元组织教学
我们知道,作为教学用的PLC教材,编者通常按照知识结构进行编书,内容一般是分为:组成结构与工作原理、基本指令、功能指令、工业应用、PLC系统设计等章节。然而我们实施教学时,如果按照教材的顺序进行教学,就是要先学习PLC结构与工作原理,再学习基本指令,进而再学习功能指令,最后学习PLC的工业应用与系统设计。这样,在一段期间内学习完所有指令,学生的印象不深刻,容易混淆,到工业应用的学习时,又得重新对所涉及的指令进行学习,效率不高,教学效果不好,还可能使学生长时间面对枯燥的指令,重新产生编程难的畏难情绪,从而严重打击刚刚建立起来的学习自信心。
为此,我在PLC教学中打破教材原来的体系,采用了课题式单元教学,对教材进行整合补充,把教材整合成七个学习单元。七个学习单元的主题分别是PLC原理、顺序控制、计数计时控制、步进控制、PLC与变频器的协同控制、功能指令应用、PLC系统设计。每个单元由几个应用同类指令或相关指令的实例课题组成,单元内的课题按照其难易程度安排教学的先后顺序。每个课题以一个应用实例为主题,并分为几个层次,如电梯控制实例就细分成:行程开关控制的两层货梯、行程开关控制的三层以上货梯、用旋转编码器代替行程开关的货梯、带变频调速的货梯等子课题。这样可让不同层次的学生选择适合自己的课题。前三个单元主要让学生学习掌握如何采用“翻译法”来探索PLC的各种基本控制功能,完成基本指令的学习。“翻译法”是在原有的继电器—接触器控制电路的基础上,根据I/O分配图把原来的电路图翻译成梯形图(PLC程序),它比较适合初学者学习,有助于提高学生的学习兴趣。第四单元则重点突出STL步进指令的学习与应用。因为我通过研究发现大多数的工程应用基本都可以利用STL指令编程来实现,通过学习训练并掌握了STL指令的编程思路,就有能力拓展到较复杂控制系统的设计编程。第五单元有电梯变频控制系统、机床主轴多段速变频控制等实例,这也是目前PLC教材中比较缺的内容,通过本单元的学习使学生掌握变频器的工作原理、线路的连接及参数的设置等内容,并掌握如何运用PLC对变频器实施自动调速控制。后两单元则侧重于功能指令的学习,主要以企业实用的小型PLC控制系统为例来开展教学,如小型注塑机,单站EVA发泡机、三面翻广告控制系统等,这是PLC的综合应用部分。其中1～5单元为必做单元,6～7单元为选做单元,具体视学生对PLC的学习掌握情况而定。教学时2～3名同学组成一个学习小组,每个学习小组共同完成每一个课题。从以上列举的单元实例可知,每个实例课题有一定的层次梯度与连贯性,由简到繁、由易到难。单元内的实例都能有效地为该单元核心内容的教学服务,大大提高学生的学习兴趣。
六、建立基于合作、面向过程的评价机制
我们知道,适度的压力是动力的源泉。为使学生能积极参与,我在教学过程中实行以小组为单位的单元过关制度来增强学生学习的适度紧迫感。每个单元教学的最后环节是单元小测验,测试项目与每个单元课题大至雷同。测试评价由老师与学生共同参与,每次测试都评出优秀小组,增强学生的团队意识和竞争意识,进而提高学生的学习后劲。
几年来的实践证明,以上几项教学措施还是能有效地提高学生的学习兴趣,取得良好的教学效果,2007年我辅导的学生在亚龙杯全国电工电子技能大赛福建省选拔赛上脱颖而出,并在重庆举行的全国大赛上获得机电一体化组装项目团体二等奖的优异成绩。
参考文献:
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆:重庆大学出版社,2001.
[2]丁炜,魏孔平.可编程控制器在工业控制中的应用[M]北京:化学工业出版社,2004.
关键词:PLC、教学方法;PLC编程;课题式单元教学
可编程序控制器(PLC)是在继电接触器控制和计算机控制基础上发展起来的新兴工业自动控制装置,是计算机技术在工业控制领域的一种应用技术。由于它可通过软件编程来改变控制过程,应用灵活,而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点,目前已广泛应用于工业控制的各个领域,是现代工业自动化三大支柱之一。从数控机床等到汽车、陶瓷等自动化生产线都可以见到PLC控制的身影,可以说PLC技术已经渗透到了我们生活与工业生产的各个领域。
在2000年前泉州的中小企业PLC应用比较少,掌握PLC技术的技术人员也相对少,但是近年来随着PLC应用范围的扩展,越来越多的企业意识到PLC技术的重要性,PLC专业技术人员的需求也越来越多。企业在招聘维修电工或电气应用技术员时不但要求基本电气控制技术要扎实,还要懂得PLC、变频调速等技术。2005年我在对晋江盛欣化纤、晋江兆泰机械、泉州邦丽达科技、晋江辅友机械、晋江力达机械、兴业皮革等企业的调查中发现,这些企业近70%的设备控制核心都是PLC,且企业聘用的维修电工基本都是中专层次,通过了解得知他们的PLC知识小部分来自学校教师的传授,大部分来自实践中的自学,这从一个侧面说明PLC不是一门难学的课程,更重要的是要有实践。可见只要教师改变教学观念,改进教学方法,加强实践教学,进而调动学生的学习积极性,中职PLC教学还是可行的。
几年的PLC教学经验,我总结出几项有效提高PLC教学效果的措施。
一、以通俗形象的实例上好起始课,激发学生学科兴趣,提高学习信心
兴趣可以提高学生学习信心,可以增强学生学习的恒心。俗话说,良好的开端是成功的前提和基础。刚开始上PLC课程时,学生对本课程不了解,很容易理解为计算机之类的编程课程,产生难学没有信心的念头。因此课程的入门课非常重要,我在讲授PLC的第一课时,首先用大量图文并茂的图片,列举PLC在工业、农业、交通运输业及日常生活中广泛应用的例子,如:汽车生产流水线,学校的数控加工中心、数控车床、机械手的控制、电梯控制、机器人的控制等等都有PLC的功劳,还有繁华城市的霓虹灯、交通灯,舒适小区里的人工喷泉……这些与大家日常生活息息相关的例子,引导学生产生这样的问题:“一个小小的PLC就有那么厉害?”,进而产生这样的感慨:“PLC控制真好用!”,使学生对这门课程有一个初步的了解,觉得它就在我们身边,同时教师还可以联系就业市场的需求(如有较多单位招聘时提出“懂得PLC者优先”),激发学生的学习欲望。然后带学生参观往届学生的PLC设计作品---“四层货梯”、“彩灯控制器”、 “6路抢答器”等。明确告诉学生这是往届某某学生以PLC为控制核心设计制作的毕业作品,从而让学生明白,PLC不仅就在我们的身边,我们也有能力去驾驭它,并产生这样的雄心壮志:“上一届学生能做到的,我们能做得更好。”,以此提高学生的学习信心。
二、选用合适的PLC机型及配套教材
进入二十世纪八十年代以来,随着微机技术和微电子技术的迅猛发展,极大推动了PLC在世界范围内的发展, PLC的厂家和品牌也越来越多,目前在中国大陆应用较多的知名品牌就有德国西门子、法国施耐德、日本三菱、欧姆龙、松下、韩国LG、台湾台达等,但各个PLC厂家都有自己的编程语言及编程软件,互相不兼容,作为中职层次,我们不能博百家之长,只能选择学习其中一种机型。经过调查发现在泉州晋江一带的企业,PLC应用基本上以日本三菱、欧姆龙、德国西门子等三种品牌为主,结合多年的教学实践及工程应用经验,经过从性能、技术参数和学习性等方面的比较,我认为三菱PLC从硬件I/O点及内部寄存器的标识到梯形图的编程都更人性化,特别是它具有别具一格的步进编程指令(STL指令),STL指令简单易学、思路清晰,符合初学者的编程思路,更易于让初学者掌握,也就更容易激发学生的学习兴趣。因此我们选用日本三菱FX系列(继电器输出)整体型微型机作为我们的教学机型,并以此选用相关教材。几个学期下来学生对三菱PLC的学习掌握情况还是基本达到预期效果,在对毕业生的就业跟踪发现我们的教学与生产实际较为贴近,企业反映较好。
三、耐心培养学生的专业能力,抓好专业教学的基础训练
虽然我们知道PLC的编程采用的是梯形图编程语言,它形象直观,易被接受。但还应知道PLC应用系统是在继电器—接触器控制系统基础上发展起来的,需要熟悉继电器控制系统的基本表达方式。因此在PLC教学中应先抓好基本继电器控制电路的基础训练,让学生具备最基本的电气控制理论,为学习PLC奠定专业基础。而如果学生不具备基本继电器控制电路的基础,对他来说,学习好PLC将是一项几乎不可能完成的任务,当然也就不可能有学习热情与学习兴趣。因此在学习PLC编程之前应先学习好基本继电器—接触器控制电路的构成、原理及安装调试的方法,掌握电路的串联、并联、自锁、互锁、常开、常闭等基本概念及与、或、非等基本逻辑运算,并在PLC教学中循序渐进,耐心培养学生的专业基础能力。在教学中我一般是以三相异步电动机的点动、长动、正反转、星三角降压起动、顺序控制等典型控制电路的原理分析到电路安装调试,来强化学生的继电器控制电路的基础训练,特别是突出控制电路的梯形结构,以引导学生过渡到PLC的梯形图编程,减小学生的课程学习障碍。
四、充分利用设备,加强现场实训
有人曾经说过:只让我听,我不明白;让我看,也许我会知道;让我做,我能掌握它。PLC是一门实践性很强的专业课程,单靠看书本是不可能学好的,因此必须有一定规模的实训设备,并充分利用设备,应保证有50%～80%的时间在实验室。我认为实训设备不一定要购买整套的PLC实训设备,因为虽然整套的PLC实训设备具备方便维护、管理的优点,但只让学生进行简单的插线及编程应用,无法让学生得到完整系统的安装训练,可能导致学生学完之后在进行独立的PLC应用时,面对I/O接线及外围元件的实际应用时束手无策。有足够的设备最好,若设备不足,可利用电脑仿真软件(有一套三菱的FX仿真软件,它可以模拟较多的实物仿真实验),采取分批实训的办法。我校购有12套分立的三菱PLC设备,我几年来的做法是根据具体的实训项目把学生分成2组,一组学生在电脑室练习编程与仿真,另一组学生到实训室做实物接线与编程调试,2个课时后进行轮换,以保证学生的实训时间。
五、大胆整合教材,采用项目教学法,以课题式单元组织教学
我们知道,作为教学用的PLC教材,编者通常按照知识结构进行编书,内容一般是分为:组成结构与工作原理、基本指令、功能指令、工业应用、PLC系统设计等章节。然而我们实施教学时,如果按照教材的顺序进行教学,就是要先学习PLC结构与工作原理,再学习基本指令,进而再学习功能指令,最后学习PLC的工业应用与系统设计。这样,在一段期间内学习完所有指令,学生的印象不深刻,容易混淆,到工业应用的学习时,又得重新对所涉及的指令进行学习,效率不高,教学效果不好,还可能使学生长时间面对枯燥的指令,重新产生编程难的畏难情绪,从而严重打击刚刚建立起来的学习自信心。
为此,我在PLC教学中打破教材原来的体系,采用了课题式单元教学,对教材进行整合补充,把教材整合成七个学习单元。七个学习单元的主题分别是PLC原理、顺序控制、计数计时控制、步进控制、PLC与变频器的协同控制、功能指令应用、PLC系统设计。每个单元由几个应用同类指令或相关指令的实例课题组成,单元内的课题按照其难易程度安排教学的先后顺序。每个课题以一个应用实例为主题,并分为几个层次,如电梯控制实例就细分成:行程开关控制的两层货梯、行程开关控制的三层以上货梯、用旋转编码器代替行程开关的货梯、带变频调速的货梯等子课题。这样可让不同层次的学生选择适合自己的课题。前三个单元主要让学生学习掌握如何采用“翻译法”来探索PLC的各种基本控制功能,完成基本指令的学习。“翻译法”是在原有的继电器—接触器控制电路的基础上,根据I/O分配图把原来的电路图翻译成梯形图(PLC程序),它比较适合初学者学习,有助于提高学生的学习兴趣。第四单元则重点突出STL步进指令的学习与应用。因为我通过研究发现大多数的工程应用基本都可以利用STL指令编程来实现,通过学习训练并掌握了STL指令的编程思路,就有能力拓展到较复杂控制系统的设计编程。第五单元有电梯变频控制系统、机床主轴多段速变频控制等实例,这也是目前PLC教材中比较缺的内容,通过本单元的学习使学生掌握变频器的工作原理、线路的连接及参数的设置等内容,并掌握如何运用PLC对变频器实施自动调速控制。后两单元则侧重于功能指令的学习,主要以企业实用的小型PLC控制系统为例来开展教学,如小型注塑机,单站EVA发泡机、三面翻广告控制系统等,这是PLC的综合应用部分。其中1～5单元为必做单元,6～7单元为选做单元,具体视学生对PLC的学习掌握情况而定。教学时2～3名同学组成一个学习小组,每个学习小组共同完成每一个课题。从以上列举的单元实例可知,每个实例课题有一定的层次梯度与连贯性,由简到繁、由易到难。单元内的实例都能有效地为该单元核心内容的教学服务,大大提高学生的学习兴趣。
六、建立基于合作、面向过程的评价机制
我们知道,适度的压力是动力的源泉。为使学生能积极参与,我在教学过程中实行以小组为单位的单元过关制度来增强学生学习的适度紧迫感。每个单元教学的最后环节是单元小测验,测试项目与每个单元课题大至雷同。测试评价由老师与学生共同参与,每次测试都评出优秀小组,增强学生的团队意识和竞争意识,进而提高学生的学习后劲。
几年来的实践证明,以上几项教学措施还是能有效地提高学生的学习兴趣,取得良好的教学效果,2007年我辅导的学生在亚龙杯全国电工电子技能大赛福建省选拔赛上脱颖而出,并在重庆举行的全国大赛上获得机电一体化组装项目团体二等奖的优异成绩。
参考文献:
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆:重庆大学出版社,2001.
[2]丁炜,魏孔平.可编程控制器在工业控制中的应用[M]北京:化学工业出版社,2004.