張品 段歡歡 吳殿法 劉丹

摘??要：PLC在制冷空調(diào)控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛，并且有著很大的應(yīng)用前景，目前制冷與空調(diào)專業(yè)《PLC編程與應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)中教學(xué)形式單一，實驗內(nèi)容與專業(yè)脫節(jié)。本文以培養(yǎng)合格的、面向工程應(yīng)用和開發(fā)型人才為目的，從教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容上對課程進行探討，結(jié)合項目教學(xué)方法，設(shè)計了與《PLC編程與應(yīng)用技術(shù)》課程相配合的教學(xué)項目。項目教學(xué)點燃學(xué)生的求知欲和探索欲，提高學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)項目鍛煉了學(xué)生分析和解決問題的能力，提高了學(xué)生制冷空調(diào)控制工程的實踐能力，為培養(yǎng)制冷領(lǐng)域智能化人才奠定了堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);教學(xué)研究;工程應(yīng)用

一、概述

隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，制冷技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來越廣泛，人們對制冷空調(diào)系統(tǒng)控制的安全性、穩(wěn)定性和節(jié)能性也提出了越來越高的要求。自動控制已成為提高制冷品質(zhì)和經(jīng)濟性的最有效手段之一，采用自動控制能夠保證制冷系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，達(dá)到高效節(jié)能的目的[1]。隨著自控元器件的發(fā)展，制冷空調(diào)系統(tǒng)的控制技術(shù)方面取得了很大的進步，由傳統(tǒng)的繼電器控制向程序化、數(shù)字化方向發(fā)展，由局部自動控制到完全自動控制發(fā)展?？删幊炭刂破鳎≒LC）控制在大型制冷裝置自動化中應(yīng)用廣泛，如螺桿式和離心式壓縮機冷水機組、溴化鋰?yán)渌畽C組、并聯(lián)壓縮機組等多采用PLC控制，并且由于PLC編程簡單，功耗小，可靠性和靈活性高，越來越多地應(yīng)用到小型制冷裝置的自動控制中[2]。具有制冷專業(yè)知識又掌握PLC應(yīng)用技術(shù)的畢業(yè)生在制冷行業(yè)中供不應(yīng)求。在我國工科高等院校中，制冷空調(diào)專業(yè)將《PLC編程與應(yīng)用技術(shù)》作為一門核心專業(yè)課程，使學(xué)生不僅具備制冷專業(yè)知識而且具有一定的?PLC?知識，提高學(xué)生對制冷空調(diào)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計和改造能力，滿足企業(yè)對此方面人才的需求。在此背景下，如果教學(xué)方式不變，仍以理論加實驗教學(xué)為主，脫離與制冷空調(diào)工程應(yīng)用的實際聯(lián)系，那么學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的工程實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)就難以落實。因此，本文從教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容方面，探究課程教學(xué)改革的方法。

二、《PLC?編程與應(yīng)用技術(shù)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀

（一）課程內(nèi)容豐富，但是對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面缺乏有效實踐

《PLC?編程與應(yīng)用技術(shù)》是制冷空調(diào)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，課程的學(xué)時總數(shù)大致為48學(xué)時，其中理論教學(xué)24學(xué)時，實驗教學(xué)24學(xué)時。理論課程通過介紹PLC的基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計方法，使學(xué)生熟悉PLC的基本組成、工作原理，熟練掌握西門子PLC的指令和編程方法，實驗環(huán)節(jié)通過生產(chǎn)生活中的控制實例，驗證指令功能，學(xué)習(xí)指令應(yīng)用以及程序設(shè)計方法學(xué)習(xí)各種控制要求的處理方法和編程思路，使學(xué)生熟練掌握西門子PLC編程軟件的使用、接線方法，對指令進行驗證學(xué)習(xí)。培養(yǎng)學(xué)生具有PLC系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試和開發(fā)能力，以及PLC系統(tǒng)的設(shè)備運行、管理、維護和改造能力。在這種理論教學(xué)加課后實驗的傳統(tǒng)教學(xué)模式中，學(xué)生的工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足，對分析問題和解決問題的應(yīng)用能力鍛煉不夠，對于培養(yǎng)合格的、面向工程應(yīng)用型人才十分不利。

（二）原有實訓(xùn)模塊與專業(yè)脫節(jié)，不能滿足未來對學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的延伸需求

PLC課程教學(xué)中的實驗課程以PLC實訓(xùn)裝置為教學(xué)平臺，通過驗證性的實驗項目，幫助學(xué)生理解指令的功能，由于?PLC?實訓(xùn)設(shè)備是固定的項目模塊，如紅綠燈設(shè)計、天塔之光設(shè)計、搶答器設(shè)計，溶液自動混合攪拌等驗證性實驗項目，沒有將PLC運用在制冷空調(diào)系統(tǒng)的自動控制中，實驗內(nèi)容與實際專業(yè)中的應(yīng)用存在脫節(jié)現(xiàn)象。這在某種程度上影響了制冷空調(diào)專業(yè)的學(xué)生對?PLC在制冷空調(diào)領(lǐng)域中應(yīng)用的理解，導(dǎo)致學(xué)生所做的項目與制冷空調(diào)行業(yè)的企業(yè)脫軌，不能真正掌握?PLC技術(shù)?在制冷空調(diào)實際工程中的應(yīng)用，不具備進行實際制冷工程自動控制系統(tǒng)的設(shè)計、改造和開發(fā)的能力，因而不能滿足用人單位的期望。

（三）學(xué)生求知探索欲望強烈，但是現(xiàn)有的教學(xué)無法充分調(diào)動其積極性

《PLC編程與應(yīng)用技術(shù)》這門課程實踐性較強，學(xué)生有充足的時間進行實操訓(xùn)練和探索。部分學(xué)生上完課后表示希望在完成驗證性實驗后，能夠進行一些設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗，特別是跟制冷空調(diào)專業(yè)相關(guān)的控制設(shè)計，體現(xiàn)出這門課程在專業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，以此培養(yǎng)他們的思考能力和解決專業(yè)問題的能力。目前課程的安排，使學(xué)生安于完成實驗驗證，缺乏探索的途徑，抑制了學(xué)生的好奇心，使學(xué)生缺少驅(qū)動力，無法充分調(diào)動其積極性。

三、課程教學(xué)設(shè)計

（一）教學(xué)方式的創(chuàng)新

針對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)企業(yè)對技術(shù)人才的能力要求，進行課程項目化，改變傳統(tǒng)理論加實驗教學(xué)模式的不足[3]。課程的項目化分為以項目為基礎(chǔ)和以項目為中心，以項目為基礎(chǔ)的課程項目即基礎(chǔ)項目是將項目作為課程設(shè)計的基礎(chǔ)，學(xué)生通過參與項目，解決實際問題，獲得學(xué)科知識，培養(yǎng)工程能力，并提升綜合素質(zhì);以項目為中心的課程項目即實際案例是將項目作為課程設(shè)計和實施的中心，以解決項目問題為目標(biāo)，在項目真實情景下圍繞下項目任務(wù)開展[4]。在本課程項目化設(shè)計中以?《PLC?編程與應(yīng)用技術(shù)》課程為核心，本專業(yè)其他相關(guān)課程如?《制冷原理與設(shè)備》、《自動控制原理》、《制冷裝置設(shè)計》、《空氣調(diào)節(jié)》、《制冷空調(diào)自動控制技術(shù)》等與之建立內(nèi)容間的有機聯(lián)系，通過企業(yè)調(diào)研，結(jié)合當(dāng)前在制冷領(lǐng)域中PLC的典型應(yīng)用進行基礎(chǔ)項目內(nèi)容設(shè)計和實際案例的選擇?；A(chǔ)項目能夠通過任務(wù)引出和梳理所要學(xué)習(xí)的知識，避免學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識時感到枯燥乏味，沒有興趣，而且能夠幫助學(xué)生理解和掌握知識。實際案例通過在真實的情景下完成高要求的真實的工程項目任務(wù)，使學(xué)生涉及更多學(xué)科領(lǐng)域，對多學(xué)科知識有更好的掌握，培養(yǎng)學(xué)生具備解決各類復(fù)雜工程問題的能力?；A(chǔ)項目和實際案例的結(jié)合既能讓學(xué)生在循序漸進地解決問題的過程中不斷地學(xué)習(xí)和提高自己的知識儲備又能在真實工程情景中結(jié)合工程項目的實際，創(chuàng)新性地解決復(fù)雜工程問題。項目教學(xué)以學(xué)生為中心，課前發(fā)布項目任務(wù)，課堂通過教師對基礎(chǔ)知識的講解、對任務(wù)進行解讀和分解，最后學(xué)生完成任務(wù)并進行討論的過程進行項目式教學(xué)，實施過程引導(dǎo)學(xué)生積極主動探索以獲得與項目案例相關(guān)的知識，從而培養(yǎng)學(xué)生具有終身學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力以及創(chuàng)新能力[5]。

（二）教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

PLC教學(xué)項目和案例的內(nèi)容設(shè)計是關(guān)鍵，設(shè)計的項目和案例既要體現(xiàn)出在專業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，又要融合所要學(xué)習(xí)的理論知識，并且能夠與其他專業(yè)課程知識融會貫通。根據(jù)《PLC?編程與應(yīng)用技術(shù)》課程的教學(xué)內(nèi)容和課程目標(biāo)，結(jié)合PLC技術(shù)在制冷空調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，筆者對教學(xué)項目和案例內(nèi)容進行了設(shè)計，設(shè)計的教學(xué)項目和案例既包含了?PLC?典型的控制技術(shù)，又突出了PLC技術(shù)在制冷領(lǐng)域中的應(yīng)用。項目設(shè)計遵循由單一到綜合、由簡單到復(fù)雜、逐漸深入的原則，將理論知識融入到實踐操作中。任務(wù)式的項目教學(xué)既能讓學(xué)生較好地理解并掌握?PLC?的基礎(chǔ)理論、基本指令和程序設(shè)計方法，又能深入地了解和熟悉制冷系統(tǒng)的控制過程，不僅豐富了學(xué)生的專業(yè)知識又培養(yǎng)了他們的實踐能力和創(chuàng)新思維。其中，基礎(chǔ)項目設(shè)計有九項，培養(yǎng)學(xué)生正確選用PLC、正確安裝和調(diào)試PLC的電氣控制線路、熟練使用PLC西門子軟件的各項功能、能夠使用PLC編程語言編寫控制程序的能力;實際案例有兩項，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計、改造、革新冷庫和空調(diào)控制系統(tǒng)的能力?；A(chǔ)項目設(shè)計和實際案例如表1?所示。

（三）具體實施過程

其中，項目一：機組啟動-運行-停止控制，起保停電路是PLC?的典型電路，也是入門基礎(chǔ)電路，是通過?PLC?和按鈕開關(guān)實現(xiàn)機組的啟動、運行和停止的控制，該項目可以讓學(xué)生區(qū)分可編程控制器和繼電器控制的不同，以及它們之間的聯(lián)系，理解和掌握位邏輯指令的應(yīng)用、?PLC?軟件的使用和硬件接線設(shè)計。項目二：定時融霜自動控制，使學(xué)生理解和區(qū)分四種定時器指令的異同，并掌握時間日期指令的工作特點和應(yīng)用。項目三：溫度雙位調(diào)節(jié)控制，使學(xué)生掌握PLC?對模擬量輸入的讀取、轉(zhuǎn)換和處理的方法，以及對數(shù)學(xué)運算指令的編程及應(yīng)用。項目四：溫度PID調(diào)節(jié)控制，使學(xué)生掌握PID相關(guān)指令的算法和參數(shù)，以及組態(tài)和調(diào)試方法，通過模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)溫度控制。項目五：壓縮機能量調(diào)節(jié)控制，使學(xué)生掌握PLC與變頻器的通信協(xié)議和?PLC控制變頻器的方法，從而實現(xiàn)對活塞式壓縮機和螺桿式壓縮機的調(diào)速。項目六：制冷系統(tǒng)參數(shù)的動態(tài)顯示和流程圖繪制，使學(xué)生掌握人機界面的組態(tài)和應(yīng)用。項目七：制冷機組的自動運行控制，通過對氨制冷機組和溴化鋰制冷機組自動運行程序的設(shè)計，使學(xué)生掌握運用經(jīng)驗設(shè)計法和順序控制設(shè)計法來進行程序設(shè)計。項目八：冷庫空調(diào)監(jiān)測管理系統(tǒng)，使學(xué)生理解PLC通信，掌握利用PLC構(gòu)建上位機和下位機的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用工業(yè)以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的通信，實現(xiàn)對冷庫運行過程的監(jiān)測和管理，如參數(shù)顯示、數(shù)據(jù)保存、故障報警等功能。項目九：貨物自動碼放控制，通過設(shè)置冷庫自動擺放貨物的場景，使學(xué)生掌握高速脈沖的輸出與高速計數(shù)器的運用，通過PLC?高速脈沖輸出和高速計數(shù)器對機械手臂進行運動控制，實現(xiàn)貨物的擺放，該項目還對學(xué)生的邏輯思維和調(diào)試能力進行了鍛煉。以上教學(xué)項目不僅讓學(xué)生能掌握了PLC控制技術(shù)，同時讓學(xué)生熟悉了?PLC?在制冷空調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠?qū)⑾嚓P(guān)的專業(yè)課程知識交叉融合，構(gòu)成一個更加完整的體系，讓專業(yè)知識更加立體豐富。

企業(yè)實際的工程項目往往是綜合性的復(fù)雜工程問題，各控制之間相互聯(lián)系并相互影響，除了基礎(chǔ)項目設(shè)計，還應(yīng)選擇一些綜合性的實際工程案例項目，綜合性實際案例項目要求學(xué)生不僅能夠熟練掌握PLC的基礎(chǔ)知識，還要具有制冷空調(diào)自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計的能力，使學(xué)生在解決真實的項目問題中得到培養(yǎng)和提高。結(jié)合PLC技術(shù)在當(dāng)前制冷領(lǐng)域中的應(yīng)用前沿，選擇兩個案例項目，一個是自動化冷庫控制系統(tǒng)綜合性項目，要求對穿堂，冷藏間、凍結(jié)間、預(yù)冷間等不同房間的貨物進行自動碼垛，不同房間的溫度進行自動運行調(diào)節(jié)并聯(lián)網(wǎng)進行監(jiān)控管理，這一案例綜合了制冷系統(tǒng)的壓縮機控制，溫度控制，融霜控制，保護控制，顯示和遠(yuǎn)程控制的程序設(shè)計。另一個是中央空調(diào)智能控制系統(tǒng)綜合性項目，要求對多個房間的溫度和濕度進行自動調(diào)節(jié)并監(jiān)控管理，此案例除了制冷機組自動運行控制程序設(shè)計外，還包括風(fēng)系統(tǒng)控制和水系統(tǒng)控制的程序設(shè)計。綜合性教學(xué)案例具有真實的工程背景，來自于制冷工程實際中的項目，并且此工程案例具有開放性，可以添加其他控制功能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)生在完成基本控制要求之后，可以根據(jù)興趣需要繼續(xù)開展創(chuàng)新性的設(shè)計并進行后續(xù)學(xué)習(xí)。綜合性案例豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，拓寬了PLC的應(yīng)用背景，使學(xué)生更加熟悉和了解制冷領(lǐng)域工程項目的設(shè)計過程。

四、總結(jié)與討論

《PLC?編程與應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)正處于探索階段，作為應(yīng)用型高校的教師，我們的培養(yǎng)目標(biāo)要滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對人才的需要，培養(yǎng)學(xué)生成為企業(yè)所需的人才，突出學(xué)生中心的原則。課程項目化要以學(xué)生為中心，以實際工程應(yīng)用為背景，設(shè)計和選擇與制冷領(lǐng)域自動控制緊密結(jié)合的教學(xué)項目和案例，由淺入深地將PLC?應(yīng)用技術(shù)融合進制冷空調(diào)領(lǐng)域的其他專業(yè)知識中，建立整體的制冷空調(diào)專業(yè)知識體系。與制冷空調(diào)專業(yè)結(jié)合的項目教學(xué)既拓寬了學(xué)生的專業(yè)知識面，又培養(yǎng)了學(xué)生專業(yè)自動化技能，鍛煉了學(xué)生分析和解決問題的能力，提高了學(xué)生制冷空調(diào)控制工程的實踐能力，為培養(yǎng)制冷領(lǐng)域智能化人才奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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作者簡介：張品（1981—??），女，河南舞鋼人，漢族，講師，博士研究生，研究方向：主要從事大學(xué)生課程教學(xué)方面研究。