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摘 要：可編程序控制器是中職學(xué)校機(jī)電一體化專業(yè)一門很重要的專業(yè)課程，該課程具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。在傳統(tǒng)教學(xué)中，先講解基本指令，再根據(jù)動作要求編制程序。學(xué)生無法驗(yàn)證所編程序的正確與否，且不能與實(shí)際工程相聯(lián)系，教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果無法得到保證。筆者在給機(jī)電專業(yè)講可編程序控制器課程時，引入了案例教學(xué)法，通過教學(xué)案例，結(jié)合平面軟件和立體軟件的應(yīng)用，使教學(xué)方法得以創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：可編程序控制器 案例教學(xué)法 教學(xué)創(chuàng)新

近年來，在工業(yè)自動化、機(jī)電一體化及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造方面，采用了較為先進(jìn)的可編程序控制器控制方法?？删幊绦蚩刂破骱喎QPLC，它可通過軟件來改變控制過程且編程較為簡單，所以PLC在工業(yè)控制中占據(jù)了主導(dǎo)地位。PLC技術(shù)是中職院校機(jī)電專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課之一，教材版本以三菱FX2N系列PLC的基本指令應(yīng)用為主。由于本課程涉及的知識點(diǎn)較多，傳統(tǒng)教學(xué)方法是先講基本指令再講程序編制軟件，在無PLC硬件時無法通過設(shè)備的運(yùn)行來驗(yàn)證程序，因此，這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式大大降低了教學(xué)實(shí)效。為了讓學(xué)生更好地掌握PLC理論知識和操作技能，筆者在機(jī)電專業(yè)可編程序控制器課程中采用了案例教學(xué)法，就是在PLC課程教學(xué)中引入立體軟件（三維動畫仿真軟件）的實(shí)際案例。利用案例中可能用到的基本指令，結(jié)合實(shí)習(xí)教學(xué)，讓學(xué)生體會PLC在平面軟件（GX編程軟件）中的應(yīng)用，還能讓學(xué)生在三維動畫立體軟件中看到動作的結(jié)果。通過這種教學(xué)方法，充分調(diào)動了學(xué)生的主動參與性，培養(yǎng)了學(xué)生處理實(shí)際問題的能力。

一、中職學(xué)生PLC學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

1.學(xué)習(xí)興趣不高

中等職業(yè)學(xué)校的學(xué)生普遍存在基礎(chǔ)差、學(xué)習(xí)動力不足、缺乏學(xué)習(xí)激情的問題，若再采用傳統(tǒng)的“填鴨式教學(xué)”，老師照本宣科，學(xué)生做筆記，課堂教學(xué)變成了一言堂，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣無法被激發(fā)出來，更不用說讓學(xué)生始終保持對PLC的學(xué)習(xí)興趣了。

2.掌握知識程度不夠

對書本知識，學(xué)生靠死記硬背，頂多知道點(diǎn)皮毛而已，對知識的理解深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。筆者認(rèn)為敢于對書本、標(biāo)準(zhǔn)答案甚至老師的講解提出質(zhì)疑，用貼近實(shí)際任務(wù)的思維來掌握知識，是提高學(xué)生理解能力的重要途徑，但實(shí)際的情況是學(xué)生學(xué)習(xí)的能力很差，鮮有學(xué)生能這樣做。

3.職業(yè)能力不足

一名合格的PLC技術(shù)人員要具備理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合能力，但是很多剛畢業(yè)的學(xué)生在適應(yīng)職場和真實(shí)工作環(huán)境方面面臨諸多困難。

二、案例教學(xué)法

案例教學(xué)法是通過一個具體的教學(xué)情境的描述，引導(dǎo)學(xué)生對這些特殊情景進(jìn)行討論的一種教學(xué)方法。在分析過程中，學(xué)習(xí)者自己提出問題，并自己找出解決問題的途徑和手段，從而培養(yǎng)獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。

案例教學(xué)法在能力、素質(zhì)培養(yǎng)，特別是思維的培養(yǎng)方面，有著成功的經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)際教學(xué)應(yīng)用，案例教學(xué)法非常適合中職院校機(jī)電專業(yè)開設(shè)的PLC課程教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)PLC這門課程中將涉及很多指令，而教師不可能面面俱到。因此，通過創(chuàng)新思維，將教學(xué)內(nèi)容富有創(chuàng)造性地滲透到PLC案例教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和實(shí)際操作能力。

GX Developer軟件是三菱公司開發(fā)的具有梯形圖仿真的編程軟件，其特點(diǎn)是功能強(qiáng)、適用于現(xiàn)場設(shè)備的編程調(diào)試，必須與控制設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，如沒有控制設(shè)備，該軟件無法實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。GX軟件被稱平面編程設(shè)計軟件。

三菱三維動畫軟件FX-TRN是三菱電機(jī)最新推出的中文版教學(xué)軟件，它將虛擬舞臺和專家操作指導(dǎo)結(jié)合成一起，這種模擬場景的仿真運(yùn)行，可以幫助學(xué)生全面認(rèn)識PLC的工作過程，除使學(xué)生具備一定的編程能力，掌握基本的編程技巧外，還能讓學(xué)生按照實(shí)際控制要求進(jìn)行調(diào)試和仿真運(yùn)行。在仿真運(yùn)行中可以觀察運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計要求。同時，在運(yùn)行中還可以確認(rèn)各個元件與程序的狀態(tài)，適時監(jiān)控各個元件的工作過程。通過運(yùn)行監(jiān)控，學(xué)生更好地理解和掌握PLC各個元件的作用，鞏固課堂上所學(xué)的理論知識。FX-TRN被稱作立體軟件。

三、案例教學(xué)法在可編程序控制器課程中的應(yīng)用

1.已有基礎(chǔ)

案例教學(xué)法的實(shí)施是將三維動畫仿真軟件實(shí)例引入到PLC課程中，教師要精心準(zhǔn)備個案，讓學(xué)生在案例的閱讀、分析、討論中建立起一套適合自己的完整而嚴(yán)密的邏輯思維方法，以提高學(xué)生理論水平和操作能力。

例如在順序控制問題中，要聯(lián)系實(shí)際情況進(jìn)行如下控制：

啟動順序?yàn)?號電機(jī)、2號電機(jī)、3號電機(jī)順序啟動，停止順序?yàn)?號電機(jī)、2號電機(jī)、1號電機(jī)順序停止。這樣控制的目的主要考慮到以下三點(diǎn)實(shí)際情況：以防止貨物在帶上堆積；停止順序?yàn)?號電機(jī)、2號電機(jī)、1號電機(jī)逆序停止，以保證停車后帶上不殘存貨物；當(dāng)1號電機(jī)或2號電機(jī)出現(xiàn)故障停止時，3號電機(jī)能隨即停止，以免繼續(xù)進(jìn)料。

對于上述電路控制原理及實(shí)際控制要求，學(xué)生已在《電力拖動控制線路》（第四版）一書中已學(xué)過，對原理及動作過程非常了解，已經(jīng)熟練地完成了電路的布線和調(diào)試，但如何轉(zhuǎn)到用PLC來控制是本門課程的重點(diǎn)。

2.典型案例實(shí)施過程

教師先將本電路可能用到的基本指令如LD、AND、OR、OUT、END，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行講解，其次再明確PLC主要設(shè)計步驟：I/O分配表的確定，外圍接線圖的設(shè)計，編程設(shè)計及程序的運(yùn)行調(diào)試。

（1）根據(jù)控制要求輸入/輸出地址，根據(jù)任務(wù)地址則有輸入：SB0（X0）1#電機(jī)啟動；SB1（X1）2#電機(jī)啟動；SB2（X2）3#電機(jī)啟動；SB3（X3）2#電機(jī)停止；SB4（X4）3#電機(jī)停止；SB5（X5）1#電機(jī)停止輸出：KM1（Y0）接觸器1；KM2（Y2）接觸器2；KM3（Y4）接觸器3。本案例重點(diǎn)掌握PLC輸入、輸出繼電器編號，明確其配置（輸入、輸出點(diǎn)采用的是八進(jìn)制）。

（2）畫主回路及外圍接線圖（略）。此學(xué)習(xí)階段學(xué)生在教師的啟發(fā)下完成外圍接線圖的設(shè)計。此階段的難點(diǎn)：PLC的觸點(diǎn)和按鈕的觸點(diǎn)的對等畫法。解決措施：將PLC的觸點(diǎn)和按鈕的觸點(diǎn)進(jìn)行比較，包括常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，充分了解它們的作用。

（3）掌握基本指令的作用和梯形圖的編程規(guī)則。教師根據(jù)電拖控制線路圖，通過GX三菱編程軟件轉(zhuǎn)換成梯形圖，并將梯形圖整合簡化。在轉(zhuǎn)化過程中介紹PLC的輔助常開點(diǎn)、常閉點(diǎn)，梯形圖的畫法及編程規(guī)則。將轉(zhuǎn)換的梯形圖通過軟件上的轉(zhuǎn)換鈕轉(zhuǎn)換成指令表。

3.案例反饋

通過此案例，學(xué)生在實(shí)際中理解LD、AND、OR、OUT、END基本指令的應(yīng)用，以及ANB、ORB的編程技巧。明確梯形圖的設(shè)計，重點(diǎn)掌握三菱GX編程軟件的使用。反復(fù)練習(xí)達(dá)到熟練掌握后，教師應(yīng)結(jié)合實(shí)際對知識量的多少及拓展知識的前后聯(lián)系進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用。

4.拓展案例一

上述案例中，3臺電機(jī)分別啟動、分別停止，將控制要求改為順序啟動，一個停止按鈕逆序停止，則減少為一個停止按鈕。

（1）實(shí)施案例：為與三維仿真軟件相一致，重新分配I/O地址，列出I/O分配表，則有輸入：SB0（X20）1#電機(jī)啟動；SB1（X21）2#電機(jī)啟動；SB2（X22）3#電機(jī)啟動；SB3（X23）停止按鈕。輸出：KM1（Y0）接觸1；KM2（Y2）接觸2；KM3（Y4）接觸3。從以上分析中可以看出輸入點(diǎn)減少了2個（即增加了一個停止按鈕，減少了三個停止按鈕）。此外畫出外圍接線圖（略）。

（2）設(shè)計梯形圖：教師啟發(fā)學(xué)生設(shè)計梯形圖，將梯形圖在三維動畫軟件上進(jìn)行模擬運(yùn)行，觀察三條皮帶的動作情況。

（3）案例反饋：通過拓展案例，讓學(xué)生學(xué)會條件控制點(diǎn)的應(yīng)用，重點(diǎn)掌握三維動畫軟件的使用。

5.拓展案例二

案例控制要求：通過時間繼電器完成三條皮帶每三秒鐘依次啟動，按下停止按鈕后，三秒鐘依次停止。

（1）重新分配I/O地址，設(shè)計I/O分配：根據(jù)任務(wù)擇優(yōu)如下分配輸入：SQ1（X3）有料；SQ2（X5）原位；SB0（x20）啟動按鈕；SB2（X22）停止按鈕.輸出：KM1（Y0）接觸器1；KM2（Y2）接觸器2；KM3（Y4）接觸器3；YV（供料電磁鐵）Y7。從以上分析中可以看出輸入點(diǎn)減少為2個，按要求畫出外圍接線圖（略）。

（2）設(shè)計梯形圖：由學(xué)生自己設(shè)計梯形圖，并在三維動畫軟件上調(diào)試運(yùn)行。教師設(shè)計的梯形圖僅供學(xué)生參考。

（3）案例反饋：通過本案例，讓學(xué)生充分理解、熟練掌握定時器TIM的應(yīng)用方法，并在三維動畫軟件上進(jìn)行簡單的程序修改。同時對其他指令的理解及使用，也可進(jìn)一步拓展開來，如指令的應(yīng)用，從而拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

四、小結(jié)

采用案例教學(xué)法，使學(xué)生明確了抽象的理論概念在生產(chǎn)中的具體應(yīng)用。教師通過可編程序控制器課程的創(chuàng)新教學(xué)，利用兩種成熟的教學(xué)軟件，縮短了教學(xué)情景與實(shí)際生產(chǎn)的差距，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題的能力。通過案例教學(xué)法，借助三維動畫軟件由平面教學(xué)轉(zhuǎn)變到立體教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生逐漸學(xué)會了處理綜合性疑難問題，為學(xué)生適應(yīng)今后的工作需要打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

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（作者單位：河北保定技師學(xué)院）