高士杰

（江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院 江蘇 淮安 223003）

《PLC應(yīng)用技術(shù)》項目課程實施探索

高士杰

（江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院 江蘇 淮安 223003）

項目課程實施是當前高職教育課程改革的方向，其理論基礎(chǔ)是職業(yè)教育課程的結(jié)構(gòu)觀。本文以機電專業(yè)的《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程為例，介紹項目課程探索的實施過程，重點闡述改革應(yīng)把握住的幾個難點和要點。

高職；PLC應(yīng)用技術(shù)；項目課程

高職教育項目課程是一種以工作任務(wù)為中心，選擇、組織并學習工作知識的課程模式，它是當前我國職教課程改革的主要方向，其理論基礎(chǔ)是職業(yè)教育課程的結(jié)構(gòu)觀。項目課程以工作任務(wù)為中心來組織安排，項目中的理論知識負載于工作任務(wù)，注重理論、實踐的一體化。項目課程以學生活動為主建立適合學生活動的教學組織方式，建立彈性化的活動教學方式，從而有效地避免將理論與實踐割裂開來。項目課程教學作為高職教育教學改革的新思路，是高等職業(yè)教育走向優(yōu)質(zhì)教育的選擇，其按照生產(chǎn)實際情況實現(xiàn)基于工作過程任務(wù)驅(qū)動的教學形式，可以很好地培養(yǎng)學生的工程應(yīng)用能力和解決現(xiàn)場實際問題的能力。

在對機電專業(yè)的《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程實施項目課程教學改革時，我院將課程的內(nèi)容分為三大模塊進行。即：基礎(chǔ)模塊、編程模塊、應(yīng)用模塊，針對不同的模塊采取靈活的教學形式。在具體操作上，采用專題講解形式開展教學。編程模塊主要根據(jù)PLC的系列型號介紹有關(guān)的指令系統(tǒng)內(nèi)容，包括基本指令部分、順序指令部分以及功能指令部分等。在有關(guān)操作上采用項目驅(qū)動形式，把有關(guān)的指令內(nèi)容分配到每個具體的小項目中去，通過剖析項目的控制需求，提高學生的探究興趣。在介紹具體指令內(nèi)容后，對項目的實現(xiàn)過程進行講解，并安排研討與訓練。應(yīng)用模塊是通過選擇合適的工程應(yīng)用實例進行訓練，本模塊教學目的主要是將前面的兩個模塊中的有關(guān)內(nèi)容進行有機地融合并運用到具體的實例中，以達到綜合應(yīng)用的效果。在項目課程教學改革實施過程中，根據(jù)該課程的性質(zhì)和任務(wù)，我們認為應(yīng)當注意以下幾個要點，才能保證課程改革的成功，收到預(yù)期的教學效果。

了解基本工作原理是項目課程教學的基礎(chǔ)

在實施項目課程教學時，PLC的基本工作原理這一教學模塊是必不可少的教學內(nèi)容。對于這一模塊的教學，主要采用專題講解的形式，通過課堂實物演示，運用多媒體手段展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進而講解其工作原理。除了在基礎(chǔ)模塊中安排學習以外，在基礎(chǔ)實驗部分也要安排工作原理講解，并通過硬件相關(guān)的實驗來進一步學習，以使學生真正掌握其相關(guān)內(nèi)容。PLC的基本工作原理包括等效電路和工作方式兩個方面。

（一）PLC的等效電路

輸入部分 輸入部分的作用是收集被控設(shè)備的信息和操作命令。輸入端子是PLC和外部開關(guān)（如行程開關(guān)等）、敏感元件等交換信號的端口；輸入繼電器由輸入端接到的外部信號來驅(qū)動。其驅(qū)動電源由PLC電源組件提供（直流24V），也可使用獨立的交流電源（交流220V）。等效電路的一個輸入繼電器，對應(yīng)PLC輸入端的一個輸入點以及對應(yīng)的輸入電路。

內(nèi)部控制部分 由用戶根據(jù)控制要求編制的程序所組成，其作用是按用戶程序的控制要求對輸入信息進行運算處理，進而得出要輸出的信號，經(jīng)過輸出鎖存器發(fā)送到輸出端子上。

輸出部分 輸出部分的作用是驅(qū)動外部負載。輸出端子是PLC向外部負載輸出信號的端子，PLC的觸點與輸出端子相連，通過輸出端子驅(qū)動外接負載，如接觸器線圈、電磁閥等，并對外部機械設(shè)備進行控制。

（二）PLC的工作方式

PLC與傳統(tǒng)的繼電接觸器的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電接觸器是按“并行”方式工作的，只要形成電流的通路就可能有幾個電器同時工作。而可編程控制器是以循環(huán)掃描的方式工作，是循環(huán)地、連續(xù)逐條地執(zhí)行程序，即可編程序控制器是以“串行”方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電接觸器控制的觸點競爭和時序失配的問題。

掌握軟件編程是項目課程教學的重點和難點

項目課程教學的開展必須要抓住課程的重點和難點，針對重點和難點采取特定的教學手段。針對《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程來說，軟件編程是課程的重點，也是課程的難點。

傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制是將各自獨立的電器元件以固定接線的方式實現(xiàn)控制要求。而PLC是將控制要求以程序形式存儲在內(nèi)部。輸入的這些程序相當于繼電接觸器控制的各種線圈、觸點以及接線。當需要改變控制要求時，只需修改程序而不用改變接線方式。因此，為了抓住要點，就要做到以下幾個方面。首先，要建立程序的概念。因為學生在前期課程中接觸的都是傳統(tǒng)的繼電接觸器控制的硬接線，因此，要求學生要從思維方式上進行轉(zhuǎn)變，學會利用計算機或編程器進行編程。其次，要掌握PLC的各種指令。PLC的指令包括基本順序指令、基本功能指令、控制指令、比較指令、高級指令以及一些特殊指令等。只有掌握了各種指令的功能和用法，才能熟練運用各種指令進行軟件編程。再次，要學會利用梯形圖進行軟件編程。PLC是根據(jù)用戶的控制要求編寫程序進行工作的，程序的編制就是用一定的編程語言把一個控制任務(wù)描述出來。通常有梯形圖、指令表、邏輯功能圖以及高級語言等四種表達方式。絕大部分的可編程控制器都采用梯形圖進行編程。因為梯形圖編程沿用了繼電接觸器控制電路的元件符號，電路結(jié)構(gòu)形式大致相同，信號輸入、信息處理及輸出功能均相同。因此，這種梯形圖編程方法對機電一體化及相關(guān)專業(yè)的學生來說，是一種易于掌握的編程方法，在編程中也應(yīng)注意其不同之處。

在學習的過程中，可采用任務(wù)驅(qū)動形式，把有關(guān)的指令內(nèi)容分配到每一個具體的小項目中去，將班級學生分成若干個小組，每3～4人為1組，引導學生剖析項目的控制需求，提高學生的探究興趣，讓學生帶著問題聽有關(guān)指令內(nèi)容的介紹，然后對項目的實現(xiàn)過程進行分析講解，再安排研討與訓練。研討與訓練的環(huán)節(jié)既可以總結(jié)指令的內(nèi)容，還可以進一步提高學生的鉆研熱情，為后續(xù)內(nèi)容的講解奠定基礎(chǔ)。

開展基礎(chǔ)實驗是項目課程教學的重要環(huán)節(jié)

在講述了PLC軟件編程的方法后，基礎(chǔ)實驗是PLC項目教學的重要環(huán)節(jié)，可用學習機進行模擬試驗和調(diào)試。進行基礎(chǔ)實驗應(yīng)遵循以下原則：首先，要講解各種儀器設(shè)備的使用注意事項，防止意外事故的發(fā)生；其次，要先從基礎(chǔ)實驗做起，先易后難，先簡單，后復雜。比如，先進行基本指令系統(tǒng)的訓練，等學生能熟練地使用儀器設(shè)備后，再進行復雜程序的設(shè)計訓練；再次，在實驗中，實驗指導教師應(yīng)做到“五勤”，即“腳勤、眼勤、嘴勤、手勤、腦勤”并加強巡回指導。

基礎(chǔ)實驗內(nèi)容是跨越編程模塊和應(yīng)用模塊兩個部分的內(nèi)容，在編程模塊學習的過程中，要讓學生隨時可以進行基礎(chǔ)實驗，而在應(yīng)用模塊開始的時候，也必須根據(jù)需要安排基礎(chǔ)實驗的內(nèi)容。在可編程序控制器項目課程教學中，一定要加強考核，只有進行嚴格考核，項目課程教學的教學質(zhì)量才能得到保證。

實施應(yīng)用設(shè)計是項目課程教學的關(guān)鍵

應(yīng)用設(shè)計是PLC應(yīng)用技術(shù)教學的根本目的，也是實施項目課程教學的關(guān)鍵，應(yīng)用設(shè)計環(huán)節(jié)的教學可以結(jié)合課程設(shè)計（或大型實驗）環(huán)節(jié)進行，也可以在課堂教學中實施。設(shè)計的項目應(yīng)結(jié)合工程實際和自動控制系統(tǒng)的目的，可以采取循序漸進的方式，開始選擇一些小型項目進行，再逐步實施大型項目，通過這一環(huán)節(jié)使學生正確掌握應(yīng)用PLC進行生產(chǎn)過程控制的方法。PLC的應(yīng)用設(shè)計主要包括以下幾個方面的內(nèi)容。

（一）系統(tǒng)設(shè)計

深入、仔細地了解被控設(shè)備的生產(chǎn)過程、工藝過程、環(huán)境特點、對控制的要求 對被控對象的控制過程和特性進行分析，確定控制系統(tǒng)的控制任務(wù)，即決定哪些外部元器件將發(fā)送信號到PLC，哪些外部元器件將從PLC接收信號。明確輸入輸出屬于開關(guān)量，還是模擬量，并粗略估算I／0的點數(shù)。然后根據(jù)I／0點數(shù)、控制要求等選擇PLC。

機型選擇和硬件配置 選擇機型主要應(yīng)考慮以下幾個方面的因素：一是功能范圍。主要考慮有無擴展能力，有無模擬輸入輸出，指令系統(tǒng)是否完善，有無中斷能力和聯(lián)網(wǎng)能力。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的具體情況決定，使其性價比較高。二是I／0點數(shù)。I／0的種類和數(shù)量應(yīng)滿足系統(tǒng)的最小要求，并留有一定的余量，同時，也要注意其經(jīng)濟性。三是處理時間。其時間的長短不僅決定于CPU掃描周期，還與輸出繼電器機械滯后輸入信號到來時刻有關(guān)，與在掃描周期中的時機和程序語句的安排也有關(guān)。

（二）軟件程序設(shè)計

軟件設(shè)計是PLC工作的一個主要依據(jù)。首先，在詳細了解生產(chǎn)工藝和對控制系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，畫出系統(tǒng)的工作循環(huán)圖或流程圖、功能圖及有關(guān)信號的時序圖，將所有輸入信號（按鈕、行程開關(guān)、傳感器等）和輸出信號（接觸器、電磁閥、信號燈等）及其他信號分別列表。并按PLC內(nèi)部軟繼電器的編號范圍，給每個輸入輸出信號指定一個I／0位，即編制現(xiàn)場信號和PLC軟繼電器編號對照表。然后設(shè)計梯形圖，根據(jù)此圖編寫程序。編程時常用方法有：

根據(jù)設(shè)備的工作流程 采用PLC梯形符號，并依據(jù)梯形圖設(shè)計原則，繪制出梯形圖來描述所需操作的順序和他們之間的相互關(guān)系。如果是要改造的控制設(shè)備，可直接將繼電器控制電路改造成梯形圖，然后編程。

經(jīng)驗設(shè)計法 根據(jù)被控對象對控制的要求，初步設(shè)計出繼電器控制線路或直接設(shè)計出梯形圖，然后編程。此法靈活性較大，但往往控制程序不是唯一的。

程序設(shè)計的狀態(tài)表法 其設(shè)計思想是被控制過程由若干個狀態(tài)組成，每個狀態(tài)都是由于接受了某個切換主令信號而建立。輔助繼電器用于區(qū)分狀態(tài)且構(gòu)成執(zhí)行元件輸入變量，而輔助繼電器的狀態(tài)由切換主令信號來控制。寫出輔助繼電器與切換主令信號之間的邏輯關(guān)系，執(zhí)行元件與輔助繼電器之間的邏輯方程，然后將邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)化為梯形圖編程。

除以上三種方法以外，還有用功能圖法和移位寄存器實現(xiàn)順序控制的方法等。

（三）電氣施工設(shè)計

與一般的電氣施工設(shè)計一樣，PLC控制系統(tǒng)的電氣施工也包括以下內(nèi)容：完整的電路圖、電氣元件清單、電氣柜內(nèi)電器布置圖、電器安裝接線互連圖等。在完成以上工作的同時應(yīng)注意以下幾個問題：

畫出PLC的I／0接線端子接線圖 按現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器編號對照表對應(yīng)接線，以免誤接。

電氣柜結(jié)構(gòu)設(shè)計和柜內(nèi)電器位置圖 可將PLC強電電路、保護電器以及電源變壓器等置于電器柜內(nèi)，以防粉塵、防腐蝕等。要注意PLC的散熱等問題。當PLC的環(huán)境溫度大于55℃時，要用風扇強制風冷。主機、擴展機及柜壁間的距離應(yīng)滿足一定要求。

畫現(xiàn)場布線圖 PLC信號線與動力線要分開鋪設(shè)，分不開的要屏蔽，屏蔽線要有良好的接地。輸入輸出線要分開鋪設(shè)。信號線要遠離有較強電磁干擾的設(shè)備，如電焊機等。

（四)總裝調(diào)試

輸入程序 把梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符（由地址、指令及數(shù)據(jù)組成），再通過操作編程器將編制好的程序輸入到PLC的存儲器中。在PLC上插入編程器，清除原有程序，逐條輸入新的程序語句，并利用顯示器進行核對，應(yīng)保證無輸入錯誤。或使用編程軟件在計算機上編程并利用專用電纜直接輸入PLC中。

程序調(diào)試 包括輸入信號的調(diào)試、輸出信號的調(diào)試及總調(diào)試等。利用模擬控制對象實驗板，由控制開關(guān)和按鈕設(shè)置輸入指令，通過信號燈的亮、滅，表示動作的狀態(tài)，以此觀察執(zhí)行電器是否按預(yù)定規(guī)律動作。程序出錯時，可利用普通編程器或計算機編程軟件的監(jiān)控程序進行檢查。程序調(diào)試好后，再進行現(xiàn)場調(diào)試，直到系統(tǒng)運行完全滿足加工要求為止。在現(xiàn)場調(diào)試時，要注意電氣與機械設(shè)備之間的配合。

應(yīng)用設(shè)計環(huán)節(jié)是課程的應(yīng)用模塊部分，主要是通過選擇合適的工程應(yīng)用實例來加以訓練，這一環(huán)節(jié)的訓練可以將零散的、獨立的知識點整合，使學生深刻體會到應(yīng)用型課程的價值所在。在選擇工程項目時，可以根據(jù)需要從小型項目到中型項目，再到大型項目。在做小、中型項目時，并不需要對有關(guān)的應(yīng)用設(shè)計環(huán)節(jié)面面俱到，可以只進行系統(tǒng)設(shè)計和軟件程序的設(shè)計，而在做大型項目時再加入施工設(shè)計和總裝調(diào)試等內(nèi)容。項目課程的實施包括許多方面的內(nèi)容，涉及教學方式、教學方法、教學情境以及對其課程實施的評價等等方面，因而需要做大量的細致的工作，當然，也不是所有課程都需要在這方面進行改革，必須根據(jù)具體課程進行具體設(shè)計，必須符合課程的特點和實際需要。

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G710

A

1672-5727（2010）05-0088-02

高士杰（1973—），男，江蘇淮安人，江蘇食品職業(yè)技術(shù)學院副教授，工程師，主要從事自動化類課程的教學與研究。