《PLC技術》實驗教學內容的改革與實驗室建設

王 梅 劉金桂

(河南省工業設計學校，河南 鄭州450000)

《PLC技術》實驗教學內容的改革與實驗室建設

王 梅 劉金桂

(河南省工業設計學校，河南 鄭州450000)

PLC實踐教學環節主要包括實驗教學，課程設計，畢業設計，生產實習，課外科技活動，產品、科研開發等[1]，根據自動化專業人才培養的目標，結合企業對PLC工作崗位所需職業能力需要，課題組通過對PLC課程問題的分析以及教學過程中的實踐，從實踐教學內容，實驗室管理與建設兩個方面進行了研究與探索。經過實踐檢驗，在教學中取得了較好的成效，為其他專業課程的實踐教學提供了借鑒和參考。

PLC技術；實踐教學；實驗室建設；教學內容

0 引言

《PLC技術》課程是我校電氣自動化專業的一門主干課程，工程應用性很強，是形成該專業學生強電控制能力的核心課程。其目標是培養能從事電氣設備控制線路安裝與調試、故障檢修和技術支持等工作崗位的高素質技能型專門人才。PLC理論知識的掌握程度及工程實踐能力的強弱對學生的就業及未來從事相關技術的工作起著重要作用。而該課程實踐教學環節是該課程的一個重要環節，對學生工程設計能力，新技術應用開發能力，創新意識的培養具有不可替代的作用。因此，深化對《PLC技術》課程實踐教學的改革，構建《PLC技術》課程實踐教學新方案具有重要而深遠的意義。

1 PLC實踐教學中存在的問題

PLC課程應用型、實踐性、綜合性強，傳統的實踐教學項目形式單一、多為驗證型，缺少完整 PLC控制系統的設計和制作，不能滿足學生對工程實際的認知，無法幫助其樹立完整的控制工程意識[1]。其次，普通高校由于缺乏資金，實驗室設備環境落后，而制約了實驗的數量和質量，也無法勝任復雜的教學任務，如課程設計、畢業設計等，影響了實踐教學工作的有效開展。

因此，本課題組根據自動化專業人才培養的目標，結合企業對PLC工作崗位所需職業能力需要，從實踐教學內容，實驗室管理與建設等方面進行了研究與探索，努力給學生營造培養綜合能力的教學環境[3]，使學生深化對理論知識的理解，掌握關鍵技術，培養工程實踐能力，有效的提高人才培養的質量[4]，以滿足社會經濟發展的需要。

2 PLC實驗教學內容的改革

教學內容的設計是教學改革的核心，實驗是實踐教學中最基本、最重要的一個內容。實驗教學的改革中，實驗項目的改革特別重要，針對傳統實踐教學項目內容單一、缺乏工程實用性等問題，對PLC實踐教學內容進行了全面改革，在實訓項目的選擇上,既兼顧學生學習程度的差異性,又考慮項目選擇的典型性。在實驗項目安排上減少基礎性實驗的比例，增加綜合性和設計性的實驗，構建了基礎性、設計性、綜合性三層實踐教學內容體系，承擔了我校電氣自動化專業的實驗教學、課程設計、課程實習、畢業設計等教學任務，滿足了本專業的實踐教學需要，使學生循序漸進地把知識融會貫通。

基本型實驗主要服務于先期的課內實驗，一次課時為2學時?；拘蛯嶒瀮热莅ǎ簩嶒炗布Y源配置的認識、編程軟件的使用、基本指令的練習、以及梯形圖典型單元、環節的學習。通過這部分內容的學習，使每個學生都能進行PLC接線、編程與調試，為綜合性設計性實驗做準備。

在較好完成基礎性實驗的基礎上引入設計性實驗[4]，設計型實驗主要服務于中后期的課內實驗，以及學期末的課程設計環節，課程設計環節學時一般為1～2周。設計型實驗內容包括三相異步交流電動機的（包括點動、連續、正反轉、順序啟動、Y—Δ減壓啟動等子環節）控制、運料小車的控制、交通燈的控制、步進電機的控制十個實驗項目等。在該層次的教學中，教師只提出任務與要求，學生自主分析、設計、編程、調試。教師負責指點、檢查、把關、答疑。使學生能夠熟練地進行PLC硬件設計與軟件編程，培養學生基本專業技術實踐技能，提高學生獨立分析問題、解決問題的能力。

綜合性實驗主要服務于具有一定難度的課程設計以及畢業設計環節，對基礎較好學有余力的學生，可根據自己的興趣或就業方向自行選題，在課余時間開放實驗室期間進行綜合性實驗。綜合性實驗內容包括機械手的控制、變頻器的控制、觸摸屏的控制、室內溫濕度檢測系統的設計、直流電機雙閉環調速系統的設計等。通過該環節使學生進一步的學習PLC的擴展功能，可培養學生專業綜合技能及PLC工程應用能力，為今后從事相關工作打下堅實基礎。

3 PLC實踐教學基地的建設與完善

為保證PLC相關實踐教學內容的正常開展，我們進行了PLC專題及新技術應用的研究，逐步建立起了一套PLC的實踐基地[3]，包括電氣控制實驗實訓室、PLC實驗室、PLC綜合實訓室等，利用這些實踐教學場所及裝置，可依次完成上述實踐教學環節。

電氣控制實驗實訓室可以進行的實驗實訓項目有：低壓電器的認識與使用、三相異步電動機的啟動制動控制等，是學生學習PLC技術課程的一個先導與前提。該實驗室采用傳統的插拔式的接線方法，簡單、安全、方便，便于學生迅速掌握傳統的繼電器-接觸器控制系統的相關知識，為PLC技術課程的學習奠定堅實的基礎。

PLC實驗室配備有22套實驗設備，每套設備均有三菱FX系列PLC實驗裝置一套、計算機一臺、RS-232或RS-485通信線一根、以及若干實物模型。計算機上安裝有PLC編程軟件、仿真軟件以及組態軟件、通信驅動軟件等。實物模型是按一定比例縮小的工程實物，如交通燈模型、電梯模型等，共計十二套不同的模型。實物模型可使實驗更加豐富、形象，可以滿足學生PLC的基本實驗教學以及一些簡單課程設計、實訓、課外科技活動等的需要。但是在該實驗室中，實驗裝置功能簡單、系統無法擴展，無法實現復雜的控制要求、不能勝任復雜的教學任務，如復雜的課程設計、課程實習、畢業設計等。而市售的設備普遍存在用途單一、價格較高、通用性不強等問題而影響綜合性設計性實驗、課程設計、畢業設計等實踐教學工作的有效開展[2]。在電氣控制實驗室以及PLC實驗室中，所使用的設備和器件都是實驗室專用的裝置，接線方法也采用傳統的插拔式，與工業生產現場的實際設備和器件有著較大的差異。

為了滿足PLC多任務、多功能的控制要求，營造真實的工程環境，在實驗室建設經費有限的情況下，我們決定建設PLC綜合實訓室，在綜合實訓室中自行配置多功能PLC的實踐教學平臺以滿足不同實踐教學環節的多種需要。

PLC綜合實訓室共有22套PLC實踐教學裝置，考慮到PLC作為常用的工業控制設備，不僅可獨立運行，還常與計算機、變頻器、觸摸屏、各種電機以及儀表等共同構成控制系統[2]。因此每套裝置中不僅配有計算機、通信電纜、PLC主機單元，還配有PLC的模數轉換模塊、數模轉換模塊、I/O擴展模塊、變頻器與觸摸屏等，可以擴展PLC功能，另外還配有有繼電器等必備的低壓電器可供師生選擇使用，以及電磁閥、各種電機、電機驅動器等執行元件，以方便進行步進控制或伺服控制用。計算機中裝有PLC編程軟件、仿真軟件、HMI畫面設計組態軟件、上位機組態監控軟件等。通信電纜主要有RS-232、RS-485、USB口轉RS422等。這些軟硬件配置既可承擔實驗教學、又可勝任課程設計、課程實習、畢業設計的實踐教學環節的教學任務。學生可根據不同的工程項目、不同的控制要求，靈活增減各種配置、并進行有機組合，構建所需的控制系統。

在PLC綜合實訓室，采用了網孔板式的實訓裝置，每套裝置各設備元件均安裝在定制的網孔板上，一方面便于靈活組合和安裝接線，另一方面讓學生真正動手參與到工程實際接線的真實環境中來，并能深入的了解一個PLC控制系統的設計及施工安裝過程,給學生營造了一個培養工程技術應用能力的教學環境。該裝置經過多班級多人次的實踐教學環節的使用，表明取得了良好的教學效果。

4 結束語

PLC實踐教學是我校電氣自動化專業教學中非常重要的一個環節，合理的設置實踐教學內容，配備完善的實踐教學設施，對培養學生的工程實踐能力十分關鍵，通過對PLC課程問題的分析，對PLC實踐教學內容進行了改革，對PLC實驗基地進行了建設，經過實踐檢驗，在教學中取得了較好的成效，學生反饋良好，為其他專業課程的實踐教學提供了借鑒和參考。

［1］張君霞，戴明宏.三步遞階式PLC實驗教學[J].中國職業技術教育，2010，26.

［2］束長寶，蔣步軍，等.多功能PLC實踐教學裝置研制[J].實驗技術與管理,2014，12.

［3］喬俊福.關于PLC實踐教學的探討[J].福建電腦，2009，2.

［4］顧桂梅.加強PLC實踐教學改革 培養高素質創新型人才[J].自動化與儀器儀表，2007，2.

［責任編輯：李書培］

此文系河南省工業設計學校2014年校級教改研究立項課題（2014-QGZYKY-18）。