可編程控制器分層次教學法的探索

沙 琳，黃琦蘭，秦偉剛，馬 欣

（天津工業(yè)大學 電氣工程與自動化學院，天津 300160）

可編程控制器作為一種通用的工業(yè)控制器，它可用于所有的工業(yè)領域。當前國內外已廣泛的將可編程控制器應用于機械，汽車，冶金，石化，輕工，紡織，交通，造紙，軍工，家電等各個領域，并且取得了相當可觀的技術經濟效益［1］?？删幊炭刂破骶哂锌垢蓴_能力強，可靠性極高及編程簡單使用方便的特點，特別適合企業(yè)的使用。社會對熟練掌握可編程控制器使用和編程的人才需求量十分大，學生對可編程控制器的學習也充滿極大的興趣和熱情。

如何培養(yǎng)出適合社會需求的合格人才，是我們高校教育工作者的首要任務。天津工業(yè)大學電氣工程與自動化學院與歐姆龍公司、中國電工學會合作開辦了以培養(yǎng)掌握可編程控制器技術的人才為目的的單機自動化技能培訓。在培訓的過程中，不斷探索教育教學方法，以提高學生的動手實踐能力和自主學習能力。培訓的目標不止讓學生掌握可編程控制器的使用和編程方法，更重要的是讓學生真正理解其工作原理以便學生離開學校步入工作崗位時能夠較快的適應和勝任工作的要求。

在教學工作中探索出了可編程控制器分層次的教學法，對于編程的訓練分為三個階段：一、邏輯訓練階段；二、指令訓練階段；三、應用訓練階段。每個階段的訓練中，將要求分為易、中、難在循序漸進的過程中使學生真正的掌握編程的方法和技巧，同時又解決了學生中存在的基礎不同，接受能力不同的問題。

1 邏輯訓練

可編程控制器在它誕生之初只能實現順序邏輯控制的功能，所以最初被稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱 PLC）。但隨著微電子技術的發(fā)展，20世紀70年代中期以來，由于大規(guī)模集成電路（LSI）和微處理器在PLC中的應用，使PLC的功能不斷增強，它不僅能執(zhí)行邏輯順序控制，計時，計數等功能，還增加了算術運算，數據處理，通信等功能?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Controller，簡稱PC）成為更適合的名字但由于其簡稱PC與個人電腦（Personal Computer）的簡稱相同為了避免混淆，故仍沿用PLC作為其簡稱［2］。順序邏輯控制仍是PLC最基本最廣泛的應用領域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)，實現邏輯控制和順序控制。PLC根據操作按鈕，限位開關及其他現場給出的指令信號和傳感器信號，控制機械運動部件進行相應的操作。目前很多可編程控制教材或課程教授中往往忽略了這一最基本應用最廣泛的內容，過多的追求新功能的使用。我認為邏輯訓練的部分對于PLC的初學者來說是非常重要的內容，是精通PLC編程的第一步，是基石，是橋梁。

邏輯訓練的內容可以由易到難，可以先從“與”、“或”、“非”開始，通過編寫程序，然后觀察輸入端變化后輸出端的狀態(tài)如何。這種訓練對于有繼電接觸器控制基礎的同學更好的理解PLC有很大的幫助。因為使用過繼電接觸器控制的同學往往習慣用硬件的觸點和開關之間的邏輯關系來實現控制，而PLC則是根據操作按鈕，限位開關及其他現場給出的指令信號和傳感器信號，按照程序所設定的邏輯關系來控制機械運動部件進行相應的操作。在不需要改變輸入輸出端硬件連接的情況下，通過修改程序就可以實現不同的邏輯關系。另外，數字電路中的四人搶答器、表決器等典型的邏輯關系都可以應用到PLC的邏輯訓練中。

2 指令訓練

在完成邏輯訓練之后進行常用指令訓練。指令訓練重點在于熟悉指令，運行簡單程序，了解指令的特點、功能及其使用方法，為編寫綜合應用程序打下基礎?？删幊炭刂破鲹碛蟹浅ＸS富的指令集。在實際工程中常用的除了邏輯指令外，還有幾類常用指令，它們是時序輸出指令、時序控制指令、定時器和計數器、數據傳送指令、數據移位指令、數據比較指令和算術運算指令。熟練掌握上述的各類指令，就可以用PLC完成大多數的控制控制要求。

3 應用訓練

在完成前兩個階段的訓練之后，學生已經可以熟練的使用編程軟件及各條常用指令了。應用訓練階段的實驗項目一部分選取生活中能夠看得到的例子，如交通燈控制和電梯控制等；一部分選取工業(yè)生產中的典型控制過程，如電動機正反轉控制、水塔水位控制、自控成型機和多種液體混合控制等內容作為實驗項目。

在應用訓練中，只給出簡單的控制要求，引導學生自行分析控制要求，確定輸入輸出點的數目及分配，然后設計程序，進行調試以滿足控制要求。學生在此階段的訓練中，能夠加強對可編程控制器工作原理的理解，進一步掌握編程技巧，還能為以后步入工作崗位，投入實際工作打下堅實的基礎。

在實驗內容的設計上充分考慮到學生的差異性，針對同一題目給出不同難度的控制要求，由易到難不斷深化，使學生入手容易。簡單的控制要求實現會給學生帶來成功的喜悅，激勵他們的學習興趣，復雜的控制要求可以滿足接受能力強，有強烈學習意愿學生的要求。如交通燈控制實驗，易的控制要求是東西綠燈亮4s滅；黃燈亮2s滅；紅燈亮6s；綠燈亮循環(huán)，對應東西綠黃燈亮時南北紅燈亮6s，接著綠燈亮4s滅；黃燈亮2s滅，紅燈亮循環(huán)。中等難度的控制要求是東西綠燈亮4s后閃2s滅；黃燈亮2s滅；紅燈亮8s；綠燈亮循環(huán)，對應東西綠黃燈亮時南北紅燈亮8s，接著綠燈亮4s后閃2s滅；黃燈亮2s后，紅燈又亮循環(huán)。難的控制要求是在中等難度的控制要求的基礎上，增加強車急行控制，如東西方向有救護車或消防車急需通過時，按下對應方向的急行按鈕，不管此時東西方向交通燈處于何種顏色的燈都強制置為綠燈，同時對應將南北方向置紅燈，待特殊車輛通過之后按下復位按鈕恢復正常的循環(huán)。拓展難度的控制要求是在原有控制要求的基礎上增加夜間模式到晚上11點，東西和南北方向都是黃燈閃爍，到凌晨5點之后恢復正常模式。這樣將控制要求分成不同難度，充分滿足不同能力學生的要求，使每個學生都能有成功的喜悅，也能使學生不斷有追求，保持學習興趣和學習的興趣。

4 結束語

通過采用分層次教學法對可編程控制器課程進行改革，學生對可編程控制器課程增加了興趣，學習和動手的主動性有了較大提高，而且使學生加深了理解，學習效果有了顯著的提高。

該課程也受到大多數學生的歡迎，為了參加可編程控制器課程培訓有不少學生在開課前幾個月來報名。

教學改革是一項復雜而艱巨的任務，需要作長期深入細致的工作，在今后的教學工作中，還需要進一步開拓眼界，不斷地加強與聯系的實際，以適應社會的迅猛發(fā)展及對人才培養(yǎng)提出的新要求和挑戰(zhàn)，使教學工作更上一層樓。

［1］高士杰.《可編程序控制器》廣西輕工，2009年9月第9期：153－154

［2］常斗南.可編程序控制器原理應用實驗［M］.機械工業(yè)出版社，2002年