“電氣控制及可編程控制技術(shù)”課程教學(xué)改革探討

摘要：“電氣控制及可編程控制技術(shù)”作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，是一門實踐性和應(yīng)用性都很強的課程。從如何不斷順應(yīng)發(fā)展的需要，更新和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容；如何針對課程特點，設(shè)計和創(chuàng)新課程學(xué)習(xí)模式；如何面向工程實踐開展以“案例”為中心的教學(xué)等幾個方面對該課程的教學(xué)改革進(jìn)行了研究和探討。

關(guān)鍵詞：電氣控制；可編程控制器；教學(xué)改革

作者簡介：何新霞（1966-），女，河南滑縣人，中國石油大學(xué)（華東）信息與控制工程學(xué)院，副教授。（山東?青島?266580）

中圖分類號：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）27-0076-01

“電氣控制及可編程控制技術(shù)”已成為高等院校電氣工程及其自動化專業(yè)開設(shè)的一門重要的專業(yè)課程。其知識涵蓋面寬、涉及內(nèi)容廣、更新發(fā)展迅速，強調(diào)理論基礎(chǔ)，偏重實踐應(yīng)用，與工程實際結(jié)合緊密。[1]對于這樣一門實踐性和應(yīng)用性都很強的課程，在進(jìn)行課程教學(xué)時，不能過分強調(diào)基礎(chǔ)、強調(diào)記憶、強調(diào)知識的掌握和累積，不能進(jìn)行過細(xì)的“填鴨子”式教學(xué)，[2]忽略技能培養(yǎng)及工程應(yīng)用，否則會制約對學(xué)生思考能力、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。作為“電氣控制及可編程控制技術(shù)”課程的主講教師，為了順應(yīng)發(fā)展的需要，有必要對課程內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)改革研究和探討。

一、更新和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，保證教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、先進(jìn)性和實用性

處理好電器控制與可編程控制技術(shù)（PLC）在教學(xué)中的地位及兩者的關(guān)系，對課程講授內(nèi)容做適當(dāng)?shù)母潞驼{(diào)整，強調(diào)基礎(chǔ)、精講重點、突破難點。強調(diào)電器控制技術(shù)是課程的基礎(chǔ)，但也應(yīng)看到隨著可編程控制技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣泛，應(yīng)充分意識到PLC是教學(xué)的重點。適當(dāng)壓縮電器控制部分所占學(xué)時，縮減電器控制部分的相關(guān)內(nèi)容，對電器控制部分中的基礎(chǔ)內(nèi)容，如常用低壓控制電器元件及電器控制線路的基本環(huán)節(jié)和基本原則等內(nèi)容應(yīng)加以重點講解，同時在教學(xué)中引入晶體管時間繼電器、固態(tài)繼電器、接近開關(guān)等新型的、應(yīng)用越來越廣泛的電子繼電器[3]進(jìn)行介紹，對生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制線路重點講解1～2例即可。對PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與編程方法做較為詳細(xì)的講解，對PLC實現(xiàn)模擬量控制、高速脈沖處理、聯(lián)網(wǎng)通信等特殊功能的詳細(xì)解決方案[4]給予重點講解。增加大量的實際應(yīng)用案例，以適應(yīng)PLC日益普及的自動化應(yīng)用范圍的需求。同時，在教學(xué)中注意將傳統(tǒng)電器控制與PLC控制兩種控制線路結(jié)合、對應(yīng)起來進(jìn)行講解，如對于實現(xiàn)電機(jī)的Y－△降壓起動、順序控制、自動循環(huán)控制，將傳統(tǒng)電器控制與 PLC控制兩種控制線路結(jié)合、對應(yīng)起來，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行比較學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生體會兩種控制線路的差異。

二、設(shè)計和創(chuàng)新基于E-learning的課程學(xué)習(xí)模式

傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式一般是通過作業(yè)、實驗環(huán)節(jié)來進(jìn)行的。作業(yè)一般以章、節(jié)為單位進(jìn)行布置，是對一章或一節(jié)內(nèi)容的重復(fù)和模仿，實驗也是在有限的時間內(nèi)完成固定的實驗項目、內(nèi)容，起到了鞏固課堂講授效果的作用。但對于一門實踐性和應(yīng)用性都很強的課程來說，僅通過這樣的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在一定程度上制約了學(xué)生分析思考、解決問題的能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為此，在教學(xué)進(jìn)行過程中，采用E-learning學(xué)習(xí)模式，將西門子S7－200系列PLC仿真軟件平臺引入教學(xué)。精選與工程實際和日常生活緊密相關(guān)的實例及問題，設(shè)置成小課題布置給學(xué)生，讓學(xué)生思考、設(shè)計PLC程序，然后再導(dǎo)入仿真平臺中進(jìn)行實驗調(diào)試，通過仿真平臺上輸出接點指示燈的亮、滅轉(zhuǎn)換的模擬仿真和修改完善來驗證自己所設(shè)計的程序是否正確。

結(jié)合課程進(jìn)度，精選四人搶答器PLC控制設(shè)計，兩種液體混合裝置PLC控制設(shè)計，廣告彩燈閃爍自動控制，四條皮帶運輸系統(tǒng)PLC控制，十字路口交通燈控制等實例。這種E-learning學(xué)習(xí)模式不受時間、場地的影響，只要在計算機(jī)上安裝該軟件就可進(jìn)行模擬實驗，使學(xué)生可以利用課堂知識來分析、解決實際問題。讓學(xué)生學(xué)后就練、練中學(xué)，為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)成就感創(chuàng)建良好的學(xué)習(xí)平臺。

三、面向工程應(yīng)用，以“案例”為中心進(jìn)行教學(xué)，加強實踐環(huán)節(jié)

在教學(xué)方法上淡化理論和實踐的界限，在基礎(chǔ)知識夠用的前提下，結(jié)合工程應(yīng)用和相關(guān)的科研課題，進(jìn)行以“案例為中心”的教學(xué)。在整個教學(xué)過程中增加大量的實際應(yīng)用案例，以“案例”為中心的教學(xué)包括三個方面：一是選擇若干個案例通過課堂講授的方式將PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法傳授給學(xué)生。二是以大作業(yè)的方式將若干個案例（每個學(xué)生可選擇其中2～3個）布置給學(xué)生來完成，要求學(xué)生利用各種渠道搜集相關(guān)資料完成以下幾方面的工作：分析控制要求；確定系統(tǒng)控制方案；確定系統(tǒng)所需的I/O點數(shù)，進(jìn)行I/O點的分配；設(shè)計I/O連接圖；進(jìn)行PLC程序設(shè)計。三是加強實踐環(huán)節(jié)，通過進(jìn)入PLC控制實驗室、相關(guān)的科研室等場所，聯(lián)機(jī)調(diào)試，直到滿足要求為止。

以大作業(yè)的方式設(shè)計的案例有：深孔鉆組合機(jī)床PLC控制；燃油鍋爐控制系統(tǒng)；全自動洗衣機(jī)PLC控制；污水凈化控制系統(tǒng)；機(jī)械手控制；自升式海洋平臺升降控制；三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計；直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。

控制對象以實物對象和基于仿真技術(shù)的虛擬對象相結(jié)合的方式開展。如異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計，選擇測速發(fā)電機(jī)實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量，S7－200PLC作為控制器，通過軟件編程實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計，采用富士變頻器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成對三相異步電動機(jī)的變頻調(diào)速。如直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計，選擇旋轉(zhuǎn)編碼器作為測速元件，利用S7－200PLC的PID功能指令、高速脈沖輸出功能輸出PWM信號，驅(qū)動H橋主電路的IGBT實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速功能。

對控制對象不易構(gòu)建的系統(tǒng)，利用畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)采用組態(tài)技術(shù)構(gòu)建了相應(yīng)的虛擬對象，如針對全自動洗衣機(jī)、自升式海洋平臺升降控制，基于組態(tài)技術(shù)搭建了相應(yīng)的仿真模型?；诮M態(tài)技術(shù)的全自動洗衣機(jī)仿真模型如圖1所示。左側(cè)部分是全自動洗衣機(jī)的外觀圖，運行時顯示洗衣機(jī)的進(jìn)水、洗滌電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、排水以及脫水情況。右上部分是水位監(jiān)測儀，用來顯示水位的變化情況。左下部分為開關(guān)按鈕部分，運行時可以選擇在此區(qū)域?qū)ο匆聶C(jī)進(jìn)行操作，也可通過外部按鈕開關(guān)進(jìn)行操作。

以三樁腿自升式海洋鉆井平臺為控制對象，基于組態(tài)技術(shù)建立的仿真模型，其控制功能基本要求能夠?qū)崿F(xiàn)平臺的上升和下降控制以及單樁腿上升、下降控制；平臺的平衡控制及多種故障報警功能。

四、進(jìn)一步完善課程教學(xué)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)

重新編寫教材，除基本的教學(xué)內(nèi)容外，在教材中編入工程應(yīng)用實例、PLC仿真軟件等內(nèi)容。

改進(jìn)教學(xué)方法、手段。根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容制作符合該課程教學(xué)特點的課件，充分利用FLASH動畫技術(shù)、仿真軟件，使課件營造出一個生動逼真的教學(xué)環(huán)境，可促使學(xué)生更好地掌握教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)效率和興趣。課程教學(xué)過程中采用研討的方式，經(jīng)常采用討論式教學(xué)方式，給出一個論題，讓學(xué)生們自己討論解決。

在主張課程的工程意義，主張其實踐性和應(yīng)用性的同時，在課程評價上采用靈活、全面的考核方法。將平時的小課題、案例等列為考核的內(nèi)容。

五、結(jié)語

“電氣控制及可編程控制技術(shù)”作為電氣工程及其自動化專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，是一門實踐性和應(yīng)用性都很強的課程。順應(yīng)發(fā)展的需要，在進(jìn)行課程教學(xué)時，通過更新和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容；設(shè)計和創(chuàng)新課程學(xué)習(xí)模式；面向工程應(yīng)用以“案例”為中心進(jìn)行教學(xué)，加強實踐環(huán)節(jié)；進(jìn)一步完善課程教學(xué)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)等幾個方面進(jìn)行教學(xué)改革探討。對學(xué)生思考能力、創(chuàng)新精神及工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，均起到很好的推動作用。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：孫晴）