劉輝

摘 要 文章從培養(yǎng)本科應(yīng)用型人才出發(fā)，結(jié)合我校實踐教學(xué)，以觸摸屏實現(xiàn)人機對話的基于PLC控制的智能紅綠燈控制系統(tǒng)為例，介紹了項目式教學(xué)法在PLC課程教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 項目式教學(xué) PLC課程 觸摸屏 交通燈

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.10.041

Application of Project Teaching Method in the Teaching of PLC

LIU Hui

（College of Mechanical and Electrical and Information Engineering， Hubei Business College， Wuhan， Hubei 430063）

Abstract From the culture of undergraduate applied talents， combined with my school teaching， in order to achieve interactive touch screen based PLC control intelligent traffic light control system， for example， introduced the project teaching method in the teaching of PLC.

Key words project teaching; PLC course; touch screen; traffic light

0 引言

可編程序控制器，簡稱PLC，是一種新型的工業(yè)控制裝置。PLC使用方便，可靠性高，體積小，與機器人，CAD/CAM并稱為工業(yè)自動化的三大支柱，在各個領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的PLC實驗設(shè)備都是實驗臺和實驗箱，用LED燈模擬控制對象，I/O口已經(jīng)接出，輸入輸出設(shè)備的線也已經(jīng)接好，連線采用插線式，學(xué)生自主動手機會少，只需要簡單編程控制就可以了，采用這樣的實驗裝置雖然簡化了實驗步驟，但學(xué)生無法得到實際工程方面的訓(xùn)練，另外，由于價格、場地等客觀原因，也很難在實驗室全面配備各種工業(yè)控制對象，制約了實踐教學(xué)的開展。

1 項目設(shè)定

我校根據(jù)學(xué)歷教育+職業(yè)技能素質(zhì)人才培養(yǎng)模式的要求，從培養(yǎng)工科應(yīng)用型人才出發(fā)，構(gòu)建實踐教學(xué)體系，開展項目式教學(xué)，具體安排是集中8周的時間，轉(zhuǎn)入項目式教學(xué)階段，由老師給出相應(yīng)數(shù)量的備選課題，學(xué)生每4～6人一組，同學(xué)們經(jīng)過充分考慮，可以結(jié)合自身情況選擇感興趣的題目。從信息收集、方案設(shè)計與實施一直到完成任務(wù)后的評價，都由學(xué)生為主導(dǎo)完成，教師只是引導(dǎo)、指導(dǎo)和監(jiān)督。項目式教學(xué)突出的特點就是要通過一個完整工程項目的實施，將課程相關(guān)知識點貫穿其中，從而提高教學(xué)的實踐性。

2 項目實施

具體項目以觸摸屏控制的基于PLC的紅綠燈控制為例來說明。項目實施步驟如下：

（1）根據(jù)控制要求，確定設(shè)計思路。先讓每個學(xué)生根據(jù)控制要求，設(shè)計一個方案，并說明設(shè)計的依據(jù)，這樣學(xué)生會本著解決問題的出發(fā)點去學(xué)習(xí)和思考。教師對每個設(shè)計方案的優(yōu)缺點進行詳細評估，鼓勵創(chuàng)新做法，同學(xué)經(jīng)過討論分析，決定小組的最終方案。實際中采用的最終方案是：區(qū)分白天和黑夜兩種工作方式，夜間十字路口為黃燈閃爍模式，另外增加兩種緊急模式，一種是緊急過馬路模式，此模式下，轉(zhuǎn)為雙向車行紅燈，人行綠燈，幾秒鐘（時間可根據(jù)情況自由設(shè)定，設(shè)定范圍為0.1～3276.7秒）后自動恢復(fù)。另一種是緊急行車模式，這種模式下，雙向車行和人行紅燈，給警車或救護車這些車讓道。另根據(jù)監(jiān)測到路口實際情況，用觸摸屏實時修改主干道的紅綠燈點亮的時間，讓學(xué)生帶著實際工程問題去學(xué)習(xí)，從該工程出發(fā)，引出各種國家標(biāo)準，老師再引導(dǎo)同學(xué)去查閱相關(guān)資料和理論知識的補充。

（2）確定I/O設(shè)備，選擇PLC機型。在紅綠燈系統(tǒng)中， I/O設(shè)備是按鈕和三種顏色的指示燈?？紤]到項目式教學(xué)的創(chuàng)新性和開放性，I/O口設(shè)置有30%的冗余，這樣方便同學(xué)隨時有新的控制想法都可以編程實施。根據(jù)實驗室的設(shè)備情況，PLC主模塊選用FX2N-32MR，擴展模塊選用FX2N-32ER。

（3）硬件電氣線路設(shè)計與調(diào)試。設(shè)計主電路并根據(jù)國標(biāo)繪制主電路圖和PLC外部的控制電路，確定元件安裝距離，計算電流大小以選擇導(dǎo)線線徑，根據(jù)元件尺寸及安裝距離，用CAD繪圖，確定安裝板尺寸及元件開孔位置。購買元器件，將安裝板開孔。電氣線路接線，制作導(dǎo)線;元器件的焊接與安裝;接線端、線槽的安裝，進行電路接線。

因為PLC控制系統(tǒng)中，供電電壓為交流220V，電機控制組為380V的三相交流電。因此，為了安全起見，所有的線都需要預(yù)絕緣，必須有保護裝置，采用空氣開關(guān)作為電源引入開關(guān)，電壓較高的部分做好絕緣措施，以免觸電帶來嚴重后果，放熱量較大的器件必須做好散熱處理，一定要有保護接地，最后在安裝調(diào)試的時候，仔細檢查線路是否有短接的可能。

（4）軟件設(shè)計和模擬調(diào)試。根據(jù)I/O口分配表，使用GX-developer8.86編程，并使用GX-simulator6調(diào)試。根據(jù)控制要求，用三菱觸摸屏設(shè)計軟件GT-designer2設(shè)計，在GT Simulator2調(diào)試。

（5）系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試。PLC輸入輸出電路接線，PLC與主機接線，通訊參數(shù)設(shè)置，主程序?qū)懭?，觸摸屏與主機接線，通訊參數(shù)設(shè)置，觸摸屏程序?qū)懭耄|摸屏與PLC接線，通訊參數(shù)設(shè)置，變頻器與PLC接線，通訊及參數(shù)設(shè)置，PLC、變頻器、觸摸屏聯(lián)合調(diào)試，與控制對象完成整體聯(lián)機調(diào)試，（變頻器只有控制電機組的才有）根據(jù)原理圖仔細檢查線路接線，通電測試。

（6）作品展示和評價：項目制作完成后，上交作品。每組同學(xué)制作10～15分鐘的VCR，通過照片和運行視頻將整個制作過程記錄，與其他同學(xué)一起交流。先由學(xué)生自評，再由學(xué)生之間互評，最后老師結(jié)合程序的編寫能力、作品效果、作品創(chuàng)意、學(xué)生運用專業(yè)知識分析解決實際問題的能力，在團隊中起的作用，能否在老師的指導(dǎo)下自己查閱資料積極主動地整改等綜合考慮，將成果交流階段總結(jié)整理，給出具體的評價和分數(shù)。

3 教學(xué)效果

從運行的實際情況來看，項目式教學(xué)相比于傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式，可以調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，增加學(xué)生的參與感。

（1）提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。學(xué)生帶著具體任務(wù)學(xué)，有很強的目的性，促使學(xué)生在積極、主動的狀態(tài)中學(xué)習(xí)、思考、判斷，變“要你學(xué)”為“我要學(xué)”，遇見問題時，師生間相互交流和討論，并在教師指導(dǎo)下看書、查資料，主動尋找解決方法，最終應(yīng)用在實踐中。

（2）提高了學(xué)生的工程實踐能力，學(xué)生通過項目式教學(xué)，完成軟硬件設(shè)計、安裝接線、調(diào)試運行，基本掌握了PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法，工程實踐能力得到提高。

（3）有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，項目實施時，學(xué)生處于主體地位，實訓(xùn)室就是課堂，在寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境里，可以充分發(fā)揮潛能，在老師的鼓勵下大膽創(chuàng)新。在這項目中，學(xué)生利用波紋管，做出立體交通燈，并利用觸摸屏，完成人機對話的智能紅綠燈系統(tǒng)。

（4）培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作意識和團隊合作精神。因為項目式教學(xué)是以小組為單位完成一個項目，考慮到學(xué)生理論知識，實踐動手、興趣愛好方面都是有差異的，這時候就需要大家取長補短，協(xié)同合作。在項目式教學(xué)中，沒有同學(xué)能完全置身在外，有的同學(xué)編程能力強，有的同學(xué)動手能力強，所有的同學(xué)都會參與其中，收集資料、做線、接線、采購、編程，很多同學(xué)反映，不好意思 “打醬油” ，最終是合作共贏的局面。

4 項目式教學(xué)的感想

（1）采用循序漸進的方式來推進項目。剛開始普遍有畏難情緒，可先做出按鈕控制的十字路口紅綠燈的編程，完成后，引導(dǎo)或提示他們增加部分功能，比如夜間模式、人控人行道模式，最后用觸摸屏實現(xiàn)時間可調(diào)的人機界面控制系統(tǒng)。

（2）定位為本科應(yīng)用性人才的培養(yǎng)，因此對理論知識的要求不能降低。在項目式教學(xué)中，程序設(shè)計和實踐教學(xué)并重，程序設(shè)計中，要求不僅完成基本指令的控制，可引導(dǎo)學(xué)生使用順序控制設(shè)計法（SFC），綜合以上要求，教材的內(nèi)容就遠遠不夠了，查閱資料、請教老師、同學(xué)之間的互相討論，互相交流，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的教學(xué)偏重于理論教學(xué)，各門課程的實驗之間相互分割，相互獨立，缺乏綜合性，在解決實際問題的過程中，涉及到了多學(xué)科的綜合交叉，提高了學(xué)生的實踐綜合能力。

（3）采用了計算機仿真技術(shù)和實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的方法。如編程入門，調(diào)試有困難的，可先使用FX-TRN-BEG-C仿真學(xué)習(xí)軟件，優(yōu)點是有多種控制對象，編寫的程序可以通過動畫模擬仿真，直觀，方便改變參數(shù)和調(diào)試。與編程軟件GX-developer 8.86操作相同。熟悉后，再用GX-developer8.86編程并用GX-simulator6仿真調(diào)試。觸摸屏組態(tài)設(shè)計GT-designer2并用GT Simulator2調(diào)試仿真，在調(diào)試成功后再寫入PLC，學(xué)生可在課下自主完成，大大減少現(xiàn)場調(diào)試的時間，提高設(shè)備的使用率，提高效率。

5 存在的問題

（1）對教師提出了更高的要求。項目式教學(xué)雖然以學(xué)生為主導(dǎo)，但是教學(xué)絕對不能放任自流，這樣效果會大打折扣，全程都必須有教師的指導(dǎo)和管理，教師根據(jù)每個項目，編制項目式教學(xué)進度安排，每天檢查學(xué)生進度，及時了解項目進展情況，解答學(xué)生遇見的接線方面或者是編程設(shè)計方面的問題。

（2）老師工作量增加了很多。傳統(tǒng)的PLC實驗設(shè)備都是實驗臺和實驗箱，用LED燈模擬出控制對象，I/O口已經(jīng)接出來，輸入輸出設(shè)備的線也已經(jīng)接好，采用插線式，因此學(xué)生習(xí)慣做實驗的簡單實踐思維方式，首要要保證安全，用空氣開關(guān)接通電源，可以起到保護作用，因為PLC直接控制工業(yè)對象，可以直接驅(qū)動控制對象，電壓為交流220V，電機控制組為380V的三相交流電。因此，為了安全起見，所有的線都需要預(yù)絕緣，老師必須做好安全把關(guān)，還要一邊向他們傳授如何用萬用表查電路，一邊協(xié)助學(xué)生查線。

（3）學(xué)習(xí)項目數(shù)量少，課程的教學(xué)成本比較高，學(xué)校的投入比較大。在項目式教學(xué)中，觸摸屏使用的GT940，觸摸屏只有8種顏色，屏幕尺寸較小（320*240）。對有些功能不支持，因此畫面不夠炫。

6 結(jié)束語

項目式教學(xué)是個開放的教學(xué)環(huán)節(jié)，是一個師生雙向交流的動態(tài)環(huán)節(jié)，它不可能完全按照教師的預(yù)先設(shè)計發(fā)展，老師引導(dǎo)、點撥，學(xué)生自學(xué)自得，師生互教互學(xué)，共同體會和享受創(chuàng)新教學(xué)的成果。

參考文獻

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