《PLC應(yīng)用技術(shù)》項(xiàng)目課程實(shí)施探索

高士杰

（江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 淮安 223003）

《PLC應(yīng)用技術(shù)》項(xiàng)目課程實(shí)施探索

高士杰

（江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 淮安 223003）

項(xiàng)目課程實(shí)施是當(dāng)前高職教育課程改革的方向，其理論基礎(chǔ)是職業(yè)教育課程的結(jié)構(gòu)觀。本文以機(jī)電專業(yè)的《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程為例，介紹項(xiàng)目課程探索的實(shí)施過程，重點(diǎn)闡述改革應(yīng)把握住的幾個(gè)難點(diǎn)和要點(diǎn)。

高職；PLC應(yīng)用技術(shù)；項(xiàng)目課程

高職教育項(xiàng)目課程是一種以工作任務(wù)為中心，選擇、組織并學(xué)習(xí)工作知識(shí)的課程模式，它是當(dāng)前我國職教課程改革的主要方向，其理論基礎(chǔ)是職業(yè)教育課程的結(jié)構(gòu)觀。項(xiàng)目課程以工作任務(wù)為中心來組織安排，項(xiàng)目中的理論知識(shí)負(fù)載于工作任務(wù)，注重理論、實(shí)踐的一體化。項(xiàng)目課程以學(xué)生活動(dòng)為主建立適合學(xué)生活動(dòng)的教學(xué)組織方式，建立彈性化的活動(dòng)教學(xué)方式，從而有效地避免將理論與實(shí)踐割裂開來。項(xiàng)目課程教學(xué)作為高職教育教學(xué)改革的新思路，是高等職業(yè)教育走向優(yōu)質(zhì)教育的選擇，其按照生產(chǎn)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)基于工作過程任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)形式，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題的能力。

在對(duì)機(jī)電專業(yè)的《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程實(shí)施項(xiàng)目課程教學(xué)改革時(shí)，我院將課程的內(nèi)容分為三大模塊進(jìn)行。即：基礎(chǔ)模塊、編程模塊、應(yīng)用模塊，針對(duì)不同的模塊采取靈活的教學(xué)形式。在具體操作上，采用專題講解形式開展教學(xué)。編程模塊主要根據(jù)PLC的系列型號(hào)介紹有關(guān)的指令系統(tǒng)內(nèi)容，包括基本指令部分、順序指令部分以及功能指令部分等。在有關(guān)操作上采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)形式，把有關(guān)的指令內(nèi)容分配到每個(gè)具體的小項(xiàng)目中去，通過剖析項(xiàng)目的控制需求，提高學(xué)生的探究興趣。在介紹具體指令內(nèi)容后，對(duì)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行講解，并安排研討與訓(xùn)練。應(yīng)用模塊是通過選擇合適的工程應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行訓(xùn)練，本模塊教學(xué)目的主要是將前面的兩個(gè)模塊中的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)地融合并運(yùn)用到具體的實(shí)例中，以達(dá)到綜合應(yīng)用的效果。在項(xiàng)目課程教學(xué)改革實(shí)施過程中，根據(jù)該課程的性質(zhì)和任務(wù)，我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)要點(diǎn)，才能保證課程改革的成功，收到預(yù)期的教學(xué)效果。

了解基本工作原理是項(xiàng)目課程教學(xué)的基礎(chǔ)

在實(shí)施項(xiàng)目課程教學(xué)時(shí)，PLC的基本工作原理這一教學(xué)模塊是必不可少的教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于這一模塊的教學(xué)，主要采用專題講解的形式，通過課堂實(shí)物演示，運(yùn)用多媒體手段展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而講解其工作原理。除了在基礎(chǔ)模塊中安排學(xué)習(xí)以外，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分也要安排工作原理講解，并通過硬件相關(guān)的實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步學(xué)習(xí)，以使學(xué)生真正掌握其相關(guān)內(nèi)容。PLC的基本工作原理包括等效電路和工作方式兩個(gè)方面。

（一）PLC的等效電路

輸入部分 輸入部分的作用是收集被控設(shè)備的信息和操作命令。輸入端子是PLC和外部開關(guān)（如行程開關(guān)等）、敏感元件等交換信號(hào)的端口；輸入繼電器由輸入端接到的外部信號(hào)來驅(qū)動(dòng)。其驅(qū)動(dòng)電源由PLC電源組件提供（直流24V），也可使用獨(dú)立的交流電源（交流220V）。等效電路的一個(gè)輸入繼電器，對(duì)應(yīng)PLC輸入端的一個(gè)輸入點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)的輸入電路。

內(nèi)部控制部分 由用戶根據(jù)控制要求編制的程序所組成，其作用是按用戶程序的控制要求對(duì)輸入信息進(jìn)行運(yùn)算處理，進(jìn)而得出要輸出的信號(hào)，經(jīng)過輸出鎖存器發(fā)送到輸出端子上。

輸出部分 輸出部分的作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。輸出端子是PLC向外部負(fù)載輸出信號(hào)的端子，PLC的觸點(diǎn)與輸出端子相連，通過輸出端子驅(qū)動(dòng)外接負(fù)載，如接觸器線圈、電磁閥等，并對(duì)外部機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制。

（二）PLC的工作方式

PLC與傳統(tǒng)的繼電接觸器的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電接觸器是按“并行”方式工作的，只要形成電流的通路就可能有幾個(gè)電器同時(shí)工作。而可編程控制器是以循環(huán)掃描的方式工作，是循環(huán)地、連續(xù)逐條地執(zhí)行程序，即可編程序控制器是以“串行”方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電接觸器控制的觸點(diǎn)競爭和時(shí)序失配的問題。

掌握軟件編程是項(xiàng)目課程教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)

項(xiàng)目課程教學(xué)的開展必須要抓住課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，針對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)采取特定的教學(xué)手段。針對(duì)《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程來說，軟件編程是課程的重點(diǎn)，也是課程的難點(diǎn)。

傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制是將各自獨(dú)立的電器元件以固定接線的方式實(shí)現(xiàn)控制要求。而PLC是將控制要求以程序形式存儲(chǔ)在內(nèi)部。輸入的這些程序相當(dāng)于繼電接觸器控制的各種線圈、觸點(diǎn)以及接線。當(dāng)需要改變控制要求時(shí)，只需修改程序而不用改變接線方式。因此，為了抓住要點(diǎn)，就要做到以下幾個(gè)方面。首先，要建立程序的概念。因?yàn)閷W(xué)生在前期課程中接觸的都是傳統(tǒng)的繼電接觸器控制的硬接線，因此，要求學(xué)生要從思維方式上進(jìn)行轉(zhuǎn)變，學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)或編程器進(jìn)行編程。其次，要掌握PLC的各種指令。PLC的指令包括基本順序指令、基本功能指令、控制指令、比較指令、高級(jí)指令以及一些特殊指令等。只有掌握了各種指令的功能和用法，才能熟練運(yùn)用各種指令進(jìn)行軟件編程。再次，要學(xué)會(huì)利用梯形圖進(jìn)行軟件編程。PLC是根據(jù)用戶的控制要求編寫程序進(jìn)行工作的，程序的編制就是用一定的編程語言把一個(gè)控制任務(wù)描述出來。通常有梯形圖、指令表、邏輯功能圖以及高級(jí)語言等四種表達(dá)方式。絕大部分的可編程控制器都采用梯形圖進(jìn)行編程。因?yàn)樘菪螆D編程沿用了繼電接觸器控制電路的元件符號(hào)，電路結(jié)構(gòu)形式大致相同，信號(hào)輸入、信息處理及輸出功能均相同。因此，這種梯形圖編程方法對(duì)機(jī)電一體化及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生來說，是一種易于掌握的編程方法，在編程中也應(yīng)注意其不同之處。

在學(xué)習(xí)的過程中，可采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)形式，把有關(guān)的指令內(nèi)容分配到每一個(gè)具體的小項(xiàng)目中去，將班級(jí)學(xué)生分成若干個(gè)小組，每3～4人為1組，引導(dǎo)學(xué)生剖析項(xiàng)目的控制需求，提高學(xué)生的探究興趣，讓學(xué)生帶著問題聽有關(guān)指令內(nèi)容的介紹，然后對(duì)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行分析講解，再安排研討與訓(xùn)練。研討與訓(xùn)練的環(huán)節(jié)既可以總結(jié)指令的內(nèi)容，還可以進(jìn)一步提高學(xué)生的鉆研熱情，為后續(xù)內(nèi)容的講解奠定基礎(chǔ)。

開展基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是項(xiàng)目課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)

在講述了PLC軟件編程的方法后，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是PLC項(xiàng)目教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，可用學(xué)習(xí)機(jī)進(jìn)行模擬試驗(yàn)和調(diào)試。進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)應(yīng)遵循以下原則：首先，要講解各種儀器設(shè)備的使用注意事項(xiàng)，防止意外事故的發(fā)生；其次，要先從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)做起，先易后難，先簡單，后復(fù)雜。比如，先進(jìn)行基本指令系統(tǒng)的訓(xùn)練，等學(xué)生能熟練地使用儀器設(shè)備后，再進(jìn)行復(fù)雜程序的設(shè)計(jì)訓(xùn)練；再次，在實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師應(yīng)做到“五勤”，即“腳勤、眼勤、嘴勤、手勤、腦勤”并加強(qiáng)巡回指導(dǎo)。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是跨越編程模塊和應(yīng)用模塊兩個(gè)部分的內(nèi)容，在編程模塊學(xué)習(xí)的過程中，要讓學(xué)生隨時(shí)可以進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，而在應(yīng)用模塊開始的時(shí)候，也必須根據(jù)需要安排基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。在可編程序控制器項(xiàng)目課程教學(xué)中，一定要加強(qiáng)考核，只有進(jìn)行嚴(yán)格考核，項(xiàng)目課程教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量才能得到保證。

實(shí)施應(yīng)用設(shè)計(jì)是項(xiàng)目課程教學(xué)的關(guān)鍵

應(yīng)用設(shè)計(jì)是PLC應(yīng)用技術(shù)教學(xué)的根本目的，也是實(shí)施項(xiàng)目課程教學(xué)的關(guān)鍵，應(yīng)用設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)可以結(jié)合課程設(shè)計(jì)（或大型實(shí)驗(yàn)）環(huán)節(jié)進(jìn)行，也可以在課堂教學(xué)中實(shí)施。設(shè)計(jì)的項(xiàng)目應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際和自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的，可以采取循序漸進(jìn)的方式，開始選擇一些小型項(xiàng)目進(jìn)行，再逐步實(shí)施大型項(xiàng)目，通過這一環(huán)節(jié)使學(xué)生正確掌握應(yīng)用PLC進(jìn)行生產(chǎn)過程控制的方法。PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

深入、仔細(xì)地了解被控設(shè)備的生產(chǎn)過程、工藝過程、環(huán)境特點(diǎn)、對(duì)控制的要求 對(duì)被控對(duì)象的控制過程和特性進(jìn)行分析，確定控制系統(tǒng)的控制任務(wù)，即決定哪些外部元器件將發(fā)送信號(hào)到PLC，哪些外部元器件將從PLC接收信號(hào)。明確輸入輸出屬于開關(guān)量，還是模擬量，并粗略估算I／0的點(diǎn)數(shù)。然后根據(jù)I／0點(diǎn)數(shù)、控制要求等選擇PLC。

機(jī)型選擇和硬件配置 選擇機(jī)型主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的因素：一是功能范圍。主要考慮有無擴(kuò)展能力，有無模擬輸入輸出，指令系統(tǒng)是否完善，有無中斷能力和聯(lián)網(wǎng)能力。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的具體情況決定，使其性價(jià)比較高。二是I／0點(diǎn)數(shù)。I／0的種類和數(shù)量應(yīng)滿足系統(tǒng)的最小要求，并留有一定的余量，同時(shí)，也要注意其經(jīng)濟(jì)性。三是處理時(shí)間。其時(shí)間的長短不僅決定于CPU掃描周期，還與輸出繼電器機(jī)械滯后輸入信號(hào)到來時(shí)刻有關(guān)，與在掃描周期中的時(shí)機(jī)和程序語句的安排也有關(guān)。

（二）軟件程序設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是PLC工作的一個(gè)主要依據(jù)。首先，在詳細(xì)了解生產(chǎn)工藝和對(duì)控制系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，畫出系統(tǒng)的工作循環(huán)圖或流程圖、功能圖及有關(guān)信號(hào)的時(shí)序圖，將所有輸入信號(hào)（按鈕、行程開關(guān)、傳感器等）和輸出信號(hào)（接觸器、電磁閥、信號(hào)燈等）及其他信號(hào)分別列表。并按PLC內(nèi)部軟繼電器的編號(hào)范圍，給每個(gè)輸入輸出信號(hào)指定一個(gè)I／0位，即編制現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表。然后設(shè)計(jì)梯形圖，根據(jù)此圖編寫程序。編程時(shí)常用方法有：

根據(jù)設(shè)備的工作流程 采用PLC梯形符號(hào)，并依據(jù)梯形圖設(shè)計(jì)原則，繪制出梯形圖來描述所需操作的順序和他們之間的相互關(guān)系。如果是要改造的控制設(shè)備，可直接將繼電器控制電路改造成梯形圖，然后編程。

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制的要求，初步設(shè)計(jì)出繼電器控制線路或直接設(shè)計(jì)出梯形圖，然后編程。此法靈活性較大，但往往控制程序不是唯一的。

程序設(shè)計(jì)的狀態(tài)表法 其設(shè)計(jì)思想是被控制過程由若干個(gè)狀態(tài)組成，每個(gè)狀態(tài)都是由于接受了某個(gè)切換主令信號(hào)而建立。輔助繼電器用于區(qū)分狀態(tài)且構(gòu)成執(zhí)行元件輸入變量，而輔助繼電器的狀態(tài)由切換主令信號(hào)來控制。寫出輔助繼電器與切換主令信號(hào)之間的邏輯關(guān)系，執(zhí)行元件與輔助繼電器之間的邏輯方程，然后將邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)化為梯形圖編程。

除以上三種方法以外，還有用功能圖法和移位寄存器實(shí)現(xiàn)順序控制的方法等。

（三）電氣施工設(shè)計(jì)

與一般的電氣施工設(shè)計(jì)一樣，PLC控制系統(tǒng)的電氣施工也包括以下內(nèi)容：完整的電路圖、電氣元件清單、電氣柜內(nèi)電器布置圖、電器安裝接線互連圖等。在完成以上工作的同時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

畫出PLC的I／0接線端子接線圖 按現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表對(duì)應(yīng)接線，以免誤接。

電氣柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和柜內(nèi)電器位置圖 可將PLC強(qiáng)電電路、保護(hù)電器以及電源變壓器等置于電器柜內(nèi)，以防粉塵、防腐蝕等。要注意PLC的散熱等問題。當(dāng)PLC的環(huán)境溫度大于55℃時(shí)，要用風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷。主機(jī)、擴(kuò)展機(jī)及柜壁間的距離應(yīng)滿足一定要求。

畫現(xiàn)場(chǎng)布線圖 PLC信號(hào)線與動(dòng)力線要分開鋪設(shè)，分不開的要屏蔽，屏蔽線要有良好的接地。輸入輸出線要分開鋪設(shè)。信號(hào)線要遠(yuǎn)離有較強(qiáng)電磁干擾的設(shè)備，如電焊機(jī)等。

（四)總裝調(diào)試

輸入程序 把梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符（由地址、指令及數(shù)據(jù)組成），再通過操作編程器將編制好的程序輸入到PLC的存儲(chǔ)器中。在PLC上插入編程器，清除原有程序，逐條輸入新的程序語句，并利用顯示器進(jìn)行核對(duì)，應(yīng)保證無輸入錯(cuò)誤。或使用編程軟件在計(jì)算機(jī)上編程并利用專用電纜直接輸入PLC中。

程序調(diào)試 包括輸入信號(hào)的調(diào)試、輸出信號(hào)的調(diào)試及總調(diào)試等。利用模擬控制對(duì)象實(shí)驗(yàn)板，由控制開關(guān)和按鈕設(shè)置輸入指令，通過信號(hào)燈的亮、滅，表示動(dòng)作的狀態(tài)，以此觀察執(zhí)行電器是否按預(yù)定規(guī)律動(dòng)作。程序出錯(cuò)時(shí)，可利用普通編程器或計(jì)算機(jī)編程軟件的監(jiān)控程序進(jìn)行檢查。程序調(diào)試好后，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，直到系統(tǒng)運(yùn)行完全滿足加工要求為止。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，要注意電氣與機(jī)械設(shè)備之間的配合。

應(yīng)用設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是課程的應(yīng)用模塊部分，主要是通過選擇合適的工程應(yīng)用實(shí)例來加以訓(xùn)練，這一環(huán)節(jié)的訓(xùn)練可以將零散的、獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)整合，使學(xué)生深刻體會(huì)到應(yīng)用型課程的價(jià)值所在。在選擇工程項(xiàng)目時(shí)，可以根據(jù)需要從小型項(xiàng)目到中型項(xiàng)目，再到大型項(xiàng)目。在做小、中型項(xiàng)目時(shí)，并不需要對(duì)有關(guān)的應(yīng)用設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)面面俱到，可以只進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件程序的設(shè)計(jì)，而在做大型項(xiàng)目時(shí)再加入施工設(shè)計(jì)和總裝調(diào)試等內(nèi)容。項(xiàng)目課程的實(shí)施包括許多方面的內(nèi)容，涉及教學(xué)方式、教學(xué)方法、教學(xué)情境以及對(duì)其課程實(shí)施的評(píng)價(jià)等等方面，因而需要做大量的細(xì)致的工作，當(dāng)然，也不是所有課程都需要在這方面進(jìn)行改革，必須根據(jù)具體課程進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，必須符合課程的特點(diǎn)和實(shí)際需要。

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G710

A

1672-5727（2010）05-0088-02

高士杰（1973—），男，江蘇淮安人，江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，工程師，主要從事自動(dòng)化類課程的教學(xué)與研究。