沈偉

摘要：為提高學(xué)生的工程實(shí)踐水平，在深入調(diào)研昆山巨林科教實(shí)業(yè)有限公司的基礎(chǔ)上，引入企業(yè)的實(shí)際工程案例，能夠有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。案例教學(xué)方法表明，將企業(yè)的工程案例引入到電氣控制與PLC課程教學(xué)，對(duì)學(xué)生工程意識(shí)的培養(yǎng)和提升具有重要作用。

Abstract： in order to improve the engineering practice level of students， on the basis of in-depth investigation of Kunshanjulin Machinery Co.， Ltd.， the introduction of enterprise engineering cases can effectively improve the initiative of students' learning， improve the ability to analyze and solve problems. The case teaching method shows that the introduction of enterprise engineering cases into electrical control and PLC teaching plays an important role in the cultivation and promotion of students' engineering awareness.

關(guān)鍵詞：工程案例;電氣控制與PLC;教學(xué)改革

Key words： engineering case;electrical control and PLC;teaching reform

0 ?引言

隨著國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，以“中國(guó)制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“人工智能”等為代表的國(guó)家戰(zhàn)略性需求，帶動(dòng)了我國(guó)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，同時(shí)也助力我國(guó)高等教育教學(xué)的改革。教育部2014年度工作要點(diǎn)明確提出，要引導(dǎo)一批本科高校向應(yīng)用技術(shù)型高校轉(zhuǎn)型發(fā)展。機(jī)械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)緊密圍繞《中國(guó)制造2025》和天津市特色對(duì)接文件的實(shí)施方案，積極適應(yīng)行業(yè)和區(qū)域發(fā)展需求，以培養(yǎng)具有機(jī)械設(shè)計(jì)制造和電氣控制技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，具有從事機(jī)電一體化為基礎(chǔ)的機(jī)電設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、研究及應(yīng)用的技能和能力，能在行業(yè)工作現(xiàn)場(chǎng)從事技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)服務(wù)和技術(shù)管理的高素質(zhì)應(yīng)用型專門人才為目標(biāo)，為社會(huì)培養(yǎng)急需的機(jī)電一體化方向的技術(shù)人才，為我國(guó)應(yīng)用技術(shù)型人才的培養(yǎng)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量[1]。

1 ?電氣控制與PLC課程教學(xué)改革背景

《電氣控制與PLC》課程是一門涉及內(nèi)容多、更新速度快、知識(shí)面廣、理論和實(shí)踐相結(jié)合的課程，能實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)能力的培養(yǎng)，有必要對(duì)課程進(jìn)行改革與探索[2]。PLC控制技術(shù)是在原有的順序控制器基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一種新型工業(yè)控制裝置。目前用人單位對(duì)PLC人才的需求為，熟練掌握PLC工作原理，熟練編寫PLC梯形圖等。很多院校的PLC課程依然采用理論課程配合驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)模式，在這種傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生的創(chuàng)新能力及實(shí)踐能力較弱，創(chuàng)新精神不夠，社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力不足，難以適應(yīng)企業(yè)對(duì)人才的要求。

2 ?電氣控制與PLC課程教學(xué)改革方法

《電氣控制與PLC》課程內(nèi)容分為電氣控制和PLC兩部分，電氣控制是基礎(chǔ)，PLC是對(duì)電氣控制的補(bǔ)充，將電氣控制與PLC教學(xué)內(nèi)容分別進(jìn)行整合。

2.1 電氣控制的整合。

電氣控制部分主要介紹低壓電器和基本控制電路等。低壓電器部分涉及以接觸器、繼電器為代表等低壓電器元件。典型控制電路主要介紹電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速及車床等機(jī)械設(shè)備電氣控制等，這部分內(nèi)容存在問(wèn)題：部分內(nèi)容過(guò)于陳舊。教學(xué)內(nèi)容偏重于原理知識(shí)，而對(duì)于企業(yè)實(shí)際需要的器件選型、電路的識(shí)圖、制圖標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容介紹較少。這部分內(nèi)容以典型案例作為出發(fā)點(diǎn)，分別介紹元器件、回路計(jì)算、設(shè)備選型、讀圖、畫圖、配電柜接線和線路調(diào)試等，以理論夠用為原則進(jìn)行整合[3]。

2.2 PLC控制的整合。

PLC控制部分主要介紹PLC硬件及工作原理、PLC指令及程序設(shè)計(jì)、順序控制梯形圖設(shè)計(jì)、PLC功能指令、PLC模擬量檢測(cè)、通信及網(wǎng)絡(luò)等，這部分內(nèi)容存在以下問(wèn)題：教學(xué)內(nèi)容固化，知識(shí)點(diǎn)單一;教學(xué)案例陳舊，發(fā)散性較差。教學(xué)案例幾乎都是以搶答器、信號(hào)燈等為主，與工程實(shí)際連接不夠緊密。教學(xué)改革以巨林開(kāi)發(fā)的實(shí)際案例出發(fā)，融合先進(jìn)智能制造案例，結(jié)合企業(yè)需求，提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力[4]。

2.3 優(yōu)化教學(xué)手段，提高學(xué)習(xí)興趣

在課程教學(xué)過(guò)程中，涉及到低壓電器元件的內(nèi)容，借助實(shí)物、圖片、動(dòng)態(tài)圖等教學(xué)手段;對(duì)主電路和控制電路部分，借助于主流電氣軟件、動(dòng)畫、視頻等教學(xué)手段;在PLC教學(xué)過(guò)程中，對(duì)涉及工作原理等方面的內(nèi)容，采用多媒體PPT等教學(xué)手段;對(duì)編程調(diào)試的內(nèi)容，采用軟件仿真、組態(tài)動(dòng)畫驗(yàn)證等方式組織教學(xué);對(duì)安裝接線的內(nèi)容，采用視頻演示、動(dòng)畫等教學(xué)手段。綜合運(yùn)用以上教學(xué)手段，將抽象內(nèi)容具體化，有助于學(xué)生理解，提高學(xué)習(xí)興趣[5]。

3 ?工程案例在電氣控制與PLC課程中的應(yīng)用

基于PLC實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，教師在授課的同時(shí)，逐步引入工程案例，將學(xué)生帶入到特定的環(huán)境中，通過(guò)真實(shí)案例讓學(xué)生體會(huì)到PLC在實(shí)際生產(chǎn)中的作用[6]。在《電氣控制與PLC》課程教學(xué)過(guò)程中，采用教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)理念，多種教學(xué)模式相混合，將引入案例功能進(jìn)行分解，提取知識(shí)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)到課程相關(guān)章節(jié)中[7]。通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)等教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生對(duì)PLC知識(shí)點(diǎn)的理解，將“巨林制造”的教育理念貫穿到每個(gè)環(huán)節(jié)，達(dá)到學(xué)以致用的目的，滿足企業(yè)的需求[8]。

3.1 工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

天津是我國(guó)北方重要的工業(yè)城市，機(jī)械手裝置作為自動(dòng)化生產(chǎn)線重要的組成部分，具有很強(qiáng)的企業(yè)應(yīng)用背景，符合天津市地方產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。巨林研發(fā)的機(jī)械手實(shí)訓(xùn)裝置包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)控制、PLC控制、傳感器等多種技術(shù)，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行從編程、調(diào)試以及維護(hù)等一系列不同層次的教學(xué)訓(xùn)練[9]。

機(jī)械手實(shí)訓(xùn)平臺(tái)分別對(duì)X、Y、Z三軸進(jìn)行控制。上電時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，三個(gè)軸快速?gòu)?fù)位，復(fù)位完成后進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手抓取物料。抓取動(dòng)作完成后，進(jìn)行放料動(dòng)作。機(jī)械手在投放物料時(shí)，需靠X、Y、Z三軸精確定位，從而確保物料能精確的放入到放料臺(tái)中。放料動(dòng)作完成后，三軸同時(shí)快速?gòu)?fù)位到初始位置等待下一次命令。如圖1為三自由度機(jī)械手的外形圖。

3.2 倉(cāng)庫(kù)立體裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

如圖2所示為小型立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)訓(xùn)裝置，涉及機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC控制技術(shù)等多種技術(shù)為一體的實(shí)訓(xùn)裝置。立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)訓(xùn)裝置元器件主要由步進(jìn)電機(jī)、出入庫(kù)平臺(tái)、電磁閥、傳感器等組成。裝置控制系統(tǒng)采用西門子S7-200 PLC，通過(guò)PLC控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)左右X軸、上下Z軸的高精度定位，結(jié)合氣動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工件的出庫(kù)和入庫(kù);設(shè)備整體可以完成垂直平面內(nèi)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡的控制，使教學(xué)內(nèi)容更加貼近于生產(chǎn)實(shí)際。通過(guò)本案例，學(xué)生可以充分掌握PLC編程的基本原理和規(guī)則，為以后的就業(yè)提供了支撐。

4 ?工程案例教學(xué)實(shí)施總結(jié)

案例式教學(xué)法鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上積極思考、分小組討論，生動(dòng)形象，同時(shí)實(shí)際案例的引入也讓學(xué)生把理論知識(shí)與實(shí)踐生產(chǎn)更好的銜接。通過(guò)工程案例教學(xué)，能夠有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，教師通過(guò)布置任務(wù)點(diǎn)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，通過(guò)小組討論活躍課堂氛圍，使學(xué)生學(xué)習(xí)由被動(dòng)轉(zhuǎn)向主動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣[10]。工程案例教學(xué)在我國(guó)高等教育教學(xué)中，還處于剛剛起步階段。隨著工程案例教學(xué)的不斷深入開(kāi)展，將會(huì)極大的改變現(xiàn)有的教學(xué)模式，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生主導(dǎo)地位逐步加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂艷.項(xiàng)目教學(xué)法在PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用案例[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2010（014）：49-51，61.

[2]盧學(xué)英，李瑩.PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007（003）：35-36.

[3]許文靜.電氣控制與PLC技術(shù)教學(xué)改革的探索[J].電子世界，2012（10）：171-173.

[4]丁國(guó)香.淺談《PLC原理及應(yīng)用》實(shí)踐教學(xué)崗位對(duì)接教改[J].職教論壇，2009（07Z）：42-43.

[5]王澤春.啟發(fā)式在《可編程序控制器（PLC）技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].職教論壇，2005.

[6]劉晨，高紅亮，萬(wàn)里光.信息化背景下PLC課程教學(xué)改革策略探討[J].湖北師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2018，v.38;No.163（01）：115-117.

[7]王玉萍，高柏臣，王歡，等.培養(yǎng)卓越電氣工程師為目標(biāo)的PLC課程教學(xué)改革[J].高師理科學(xué)刊，2015（07）：92-94.

[8]朱萬(wàn)浩.應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下《PLC編程及應(yīng)用》課程教學(xué)改革研究[J].工程技術(shù)研究，2019.

[9]吳中俊，項(xiàng)倩雯，吉敬華，等.運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)深化PLC課程教學(xué)改革[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（高教研究版），2006，28（1）：89-92.

[10]高雙喜，丁如春，胡漢文，等.一體化案例教學(xué)在PLC教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2008，020（012）：299-300.