范小蘭 趙春鋒 何志苠 陸善婷

[摘 要] 該文分析論證了PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)三部曲：學(xué)生基于模塊化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行連線和編程，對(duì)PLC快速入門;建立一個(gè)完整的PLC控制系統(tǒng)，增加學(xué)生設(shè)計(jì)和制作PLC系統(tǒng)的工程意識(shí);最后通過(guò)電梯仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備使學(xué)生對(duì)PLC的編程有突破性的掌握。實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)這三個(gè)步驟的錘煉，學(xué)生不僅會(huì)對(duì)PLC控制系統(tǒng)有一個(gè)全面認(rèn)識(shí)，而且能較好地掌握其編程方法。

[關(guān)鍵詞] PLC;實(shí)驗(yàn)教學(xué);電梯仿真

[基金項(xiàng)目] 2018年度上海工程技術(shù)大學(xué)教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目（X201824001）;金課培育計(jì)劃

[作者簡(jiǎn)介] 范小蘭（1968—），女，山西晉中人，碩士，上海工程技術(shù)大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心副教授，主要從事電工電子技術(shù)教學(xué)與研究。

[中圖分類號(hào)] TP273? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）23-0387-02? ? [收稿日期] 2019-11-11

一、引言

“可編程控制器”（PLC）是專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì)的，具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)。因此，在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，相關(guān)的課程是電氣自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)課，甚至很多非電類專業(yè)的工科學(xué)生也都在學(xué)習(xí)這門課程。由于該課程實(shí)踐性很強(qiáng)，必須借助實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)來(lái)使學(xué)生理解和掌握PLC的應(yīng)用。為了達(dá)到良好的實(shí)驗(yàn)效果，我們?cè)趯?shí)際教學(xué)中不斷進(jìn)行摸索，總結(jié)出了行之有效的可編程控制器實(shí)驗(yàn)教學(xué)三部曲，能夠比較理想地達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。

二、實(shí)驗(yàn)三部曲

PLC課程教學(xué)，一般都是先理論后實(shí)踐。通過(guò)教師在課堂上的講解，學(xué)生已經(jīng)了解了PLC的結(jié)構(gòu)、原理和簡(jiǎn)單程序的編寫(xiě)。但如果想讓學(xué)生理解和掌握PLC的輸入、輸出點(diǎn)的分配乃至接線、復(fù)雜程序的編寫(xiě)以至整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等方面，必須要通過(guò)后續(xù)循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)。

（一）初識(shí)PLC

對(duì)于從未接觸過(guò)PLC的學(xué)生來(lái)說(shuō)，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的用指示燈模擬顯示PLC控制對(duì)象的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，如圖1所示。在眾多的實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，學(xué)生可以選擇其中一個(gè)來(lái)接線并完成程序的調(diào)試。從圖1看出，每個(gè)模塊主要包括了按鈕和指示燈。按鈕為輸入，指示燈模擬控制對(duì)象。當(dāng)輸入PLC中程序，用導(dǎo)線把按鈕或開(kāi)關(guān)、指示燈與PLC的輸入輸出點(diǎn)連接，然后啟動(dòng)程序，那么指示燈會(huì)模擬PLC控制對(duì)象的工作。與實(shí)物模型相比，這個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是成本低，但實(shí)驗(yàn)對(duì)象比較單一，不具備良好的人機(jī)界面。

（二）對(duì)PLC系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)

在對(duì)PLC參數(shù)、指令有了初步認(rèn)識(shí)后，大多學(xué)習(xí)者對(duì)于PLC還是處于似懂非懂的狀態(tài)。這主要是由于前面基于模塊的實(shí)驗(yàn)中，輸入輸出電路是完全現(xiàn)成的電路，且這些電路大多是封閉不可見(jiàn)的。只有讓學(xué)生從選型、設(shè)計(jì)、接線、編程到調(diào)試進(jìn)行一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程，才能具有對(duì)PLC系統(tǒng)的整體認(rèn)識(shí)和掌握。為此，我們讓學(xué)生利用創(chuàng)新活動(dòng)制作了電梯實(shí)驗(yàn)裝置，如圖2所示。與實(shí)際電梯裝置比較，這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置缺少平層傳感器來(lái)感受電梯位置，電梯的上下運(yùn)行也只是靠指示燈模擬，仍然存在不夠直觀的缺點(diǎn)。但輸入系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)與PLC的連接一覽無(wú)余，能給學(xué)生一個(gè)清晰的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。學(xué)生能夠通過(guò)其明白輸入電路和輸出電路是如何設(shè)計(jì)并與PLC連接的。

（三）PLC編程水平的提高

為了使學(xué)生能更好地掌握編程技巧，讓學(xué)生直觀感受到控制對(duì)象是如何在自己編寫(xiě)的程序下對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的，我們借助了實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買的電梯仿真實(shí)驗(yàn)裝置，圖3為電梯仿真軟件主界面。在計(jì)算機(jī)屏幕上，電梯的動(dòng)作直觀，開(kāi)門、關(guān)門、上、下等動(dòng)作與實(shí)際電梯接近。學(xué)生下載自己編寫(xiě)的程序，觀察電梯的動(dòng)作是否達(dá)到自己的預(yù)定要求，實(shí)驗(yàn)興趣極大。

本著從簡(jiǎn)到難循序漸進(jìn)的原則，我們讓學(xué)生先編寫(xiě)相對(duì)簡(jiǎn)單的四層電梯控制程序。在對(duì)單部四層樓層電梯的控制了然于胸后，逐步增加難度，嘗試編寫(xiě)更復(fù)雜的程序來(lái)控制畫(huà)面中的多部電梯和不同樓層數(shù)的電梯控制，這樣對(duì)PLC的各種指令就有了全面的了解。另外，從圖3不難看出，為了節(jié)省硬件資源，這套實(shí)驗(yàn)裝置借助了Profibus-DP通訊模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC與仿真對(duì)象的連接，還可以使學(xué)習(xí)者增加了通訊軟、硬件方面的知識(shí)。

三、教學(xué)成果

實(shí)踐教學(xué)的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的高素質(zhì)工程應(yīng)用能力。為了檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中注意選拔優(yōu)秀學(xué)生，鼓勵(lì)他們參加一年一度的“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽。雖然我們是從非電類專業(yè)的學(xué)生中選出參賽選手，但學(xué)生們卻在比賽中取得了令人滿意的成績(jī)，其中合理的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)三部曲功不可沒(méi)。

四、結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)這三個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，基本上使學(xué)習(xí)者對(duì)PLC的硬件連接和軟件設(shè)計(jì)有了全面完整的認(rèn)識(shí)。在這三個(gè)過(guò)程的實(shí)施中，以學(xué)生為中心，學(xué)習(xí)者由淺入深地了解`PLC，既有硬件的學(xué)習(xí)，又有軟件的深入，是基于成果導(dǎo)向（OBE）的教學(xué)過(guò)程，是激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和有效學(xué)習(xí)，教學(xué)過(guò)程突出學(xué)生深度參與、與實(shí)踐體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1]黃露.淺談PLC實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法[J].南京師范高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2009，26（2）：100-102.

[2]陳毓莉.基于虛擬仿真技術(shù)的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與實(shí)踐[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2018，47（2）：89-92.

[3]楊海亮.PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法研究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2016，19（5）：88-89，93.

[4]趙春鋒，范小蘭，林潔駿.基于MCGS的四層電梯仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（7）：36-37.

[5]張洋.借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2002，1（6）：36-38.

[6]張曉海任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在PLC教學(xué)中的實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26（11）：131-132.

[7]苗紅霞，齊本勝.PLC控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27（3）：136-139.

[8]朱娟娟.PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索研究[J].河南教育（高教版），2018（5）：71-73.

[9]何俊，夏斌.虛實(shí)結(jié)合的PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2018，16（3）：162-166.

[10]徐立劍.PLC控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與探索[J].電子制作，2014（14）：207-208.

Three Steps of PLC Experimental Teaching

FAN Xiao-lan，ZHAO Chun-feng，HE Zhi-min，LU Shan-ting

（Engineering Training Center，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China）

Abstract：This article analyzes and demonstrates the three steps of PLC experimental teaching.Based on modular experimental equipment，students can quickly get a rudimentary grasp of PLC by connecting circuit and programming.Then they can analyze a complete PLC control system，which helps increase their engineering consciousness of designing and making PLC system.Finally，students can have a breakthrough grasp of PLC programming by elevator simulation experimental equipment.Practice has proved that with the three steps of learning，students will not only have a comprehensive understanding of the PLC control system，but also have a better grasp of its programming methods.

Key words：PLC;experiment teaching ;elevator simulation