論高職教學(xué)中PLC的模塊化實訓(xùn)方法

摘 要：介紹了高職高專院校PLC應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)課程進行模塊化環(huán)節(jié)設(shè)計的具體方法，并說明了如何在PLC實訓(xùn)設(shè)備配置的十三個實訓(xùn)模塊中選擇合適的模塊進行一周的實訓(xùn)課程，使模塊化實訓(xùn)教學(xué)的內(nèi)容和方法更加適合本學(xué)院的學(xué)生及社會的需要，培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：PLC；模塊化；實訓(xùn)

1 引言

可編程序控制器（programmable controller）簡稱 PLC，它是美國60年代來在傳統(tǒng)的順序控制器基礎(chǔ)上引入微電子技術(shù)和計算機技術(shù)而研制出的新型工業(yè)自動控制裝置[1]。

目前，在我國 PLC 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕工、交通運輸、環(huán)保以及文化娛樂等各種行業(yè)。隨著工業(yè)控制技術(shù)的進步，可編程控制器已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制領(lǐng)域。為了適應(yīng)社會的需要，許多高職院校已經(jīng)開設(shè)了這方面的課程。本學(xué)院也開設(shè)了PLC應(yīng)用技術(shù)這門重要課程。

而可編程控制器的應(yīng)用技術(shù)是一門實踐性很強的學(xué)科，只有通過實際操作，才能較好地掌握這門技術(shù)。為了滿足教學(xué)的需要，提高教學(xué)質(zhì)量，給老師和學(xué)生創(chuàng)造一個理想的實訓(xùn)條件，本學(xué)院引進了亞龍西門子CPU226CN型可編程控制器成套實訓(xùn)設(shè)備。并根據(jù)實訓(xùn)設(shè)備的實際情況，學(xué)院學(xué)生的整體素質(zhì)及專業(yè)要求，在PLC應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)過程中采用模塊化的實訓(xùn)方法。

2 亞龍實訓(xùn)成套設(shè)備的整體構(gòu)成

亞龍實訓(xùn)成套設(shè)備，由一臺PLC主機單元與十三臺實訓(xùn)演示單元組成。

PLC主機單元內(nèi)設(shè)有西門子S7-200 CPU226CN 控制器，并配置 12V/1A 的直流穩(wěn)壓電源。面板上帶有 PLC 的 I/O 口，在每個輸入口接有紐子開關(guān)。

十三臺演示單元包括：全自動洗衣機控制、三相交流異步電動機控制、步進電機控制、交通燈控制、電梯控制、電鍍生產(chǎn)線控制、水塔水位自動控制、自控成型機、自動送料裝車系統(tǒng)、多種液體自動混合、自控軋鋼機、郵件分揀機、鐵塔之光。

主機單元與實訓(xùn)單元均有對應(yīng)接線插孔。用插線把S7-200主機與實訓(xùn)單元的插孔相連接，并且把主機與單元板對應(yīng)接線接上，即可進行實訓(xùn)。

本實訓(xùn)系統(tǒng)選用適用于S7-200系列PLC的STEP7-Micro/WIN32 編程軟件進行編程。

3 模塊化實訓(xùn)環(huán)節(jié)的設(shè)計

PLC應(yīng)用技術(shù)模塊化實訓(xùn)環(huán)節(jié)具有綜合性、典型性、實踐性等特點。在實訓(xùn)中選擇合適的實訓(xùn)模塊是學(xué)生實訓(xùn)成功的關(guān)鍵。

本學(xué)院PLC應(yīng)用技術(shù)這門課程的實訓(xùn)時間為一周。而亞龍可編程控制器成套實訓(xùn)設(shè)備提供了十三臺實訓(xùn)模塊，這就需要教師有針對性的選擇適合的模塊對實訓(xùn)環(huán)節(jié)進行設(shè)計。由于學(xué)生學(xué)習(xí)了理論知識，但又缺乏理論聯(lián)系實際的過程，因此，為期一周的實訓(xùn)目的就是要學(xué)生將理論知識與實際操作相結(jié)合，并能熟練的將理論知識應(yīng)用到實際中去。教師在進行模塊化實訓(xùn)環(huán)節(jié)的設(shè)計過程中，要選擇一些綜合性的實訓(xùn)模塊，為了照顧到全部學(xué)生，其中包括必做的和選做的模塊，以方便不同層次學(xué)生進行模塊實訓(xùn)。根據(jù)以上的實際情況，及模塊選擇的原則，本學(xué)院PLC應(yīng)用技術(shù)模塊化實訓(xùn)的設(shè)計如下。

3.1 必做模塊環(huán)節(jié)設(shè)計

安排兩個實訓(xùn)課必需完成的綜合性實訓(xùn)模塊：自控軋鋼機模塊和交通燈控制模塊。

自控軋鋼機模塊可以鞏固步進順控指令。在我國，鋼廠應(yīng)用的連軋機，全線生產(chǎn)過程和操作監(jiān)控都是由計算機控制實施，是比較先進的自動化控制系統(tǒng)。本模塊中的自控軋鋼機設(shè)置了3次不同軋壓量的軋鋼過程，鋼板每次軋壓過后，都需要推回原位，因此還需配合電動機反復(fù)的正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)、停止的過程，這樣既簡化模擬了連軋機的軋鋼過程，還結(jié)合了電動機控制和步進順序控制指令的綜合訓(xùn)練。教師還可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自控軋鋼機模塊的工藝過程，提出實際生產(chǎn)生活中所希望實現(xiàn)的功能，例如：如何實現(xiàn)加工件的計數(shù)功能？引導(dǎo)學(xué)生自己去改進程序。這樣，也培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力，縮短了學(xué)習(xí)周期，達到事半功倍的效果。

交通燈作為城市路口常用的、必不可少的系統(tǒng)，它的顯示方式已為人們所熟悉，交通信號燈控制模塊可以采用基本指令和步進順序控制指令進行編程，也可以采用功能指令進行編程，可涉及到常用的傳送指令、區(qū)域復(fù)位指令、比較指令減法指令等功能指令，是比較全面使用PLC指令系統(tǒng)的應(yīng)用模塊實訓(xùn)。

3.2 選做模塊環(huán)節(jié)設(shè)計

針對實踐能力和編程能力較強的學(xué)生，安排兩個選做模塊：全自動洗衣機控制模塊和鐵塔之光模塊?？梢栽诒刈瞿K的基礎(chǔ)上使學(xué)生的綜合能力得到進一步的提高。

全自動洗衣機控制模塊，可以訓(xùn)練學(xué)生掌握順序功能圖的跳轉(zhuǎn)和分支，鍛煉學(xué)生先畫順序功能圖再編程的能力，鞏固學(xué)生對定時器和計數(shù)器的應(yīng)用。

鐵塔之光模塊，程序步驟多達400多步，可以訓(xùn)練學(xué)生編寫過程復(fù)雜，步驟較多的程序。而且可以引導(dǎo)學(xué)生自由想象鐵塔之光的完成效果，不同的效果需要不同的程序編寫，可以提高學(xué)生的創(chuàng)造力、想象力和解決問題的能力。

針對實踐能力和編程能力較弱的學(xué)生，同樣安排兩個選做模塊：多種液體自動混合控制模塊和自控成型機模塊。可以在必做模塊的基礎(chǔ)上使學(xué)生的綜合能力得到進一步的鞏固。

多種液體自動混合控制模塊，要求首先注入A、B兩種液體，達到一定量后，停止注入；然后注入C液體并升至規(guī)定液面高度后停止，進入攪拌階段，攪拌完畢將液體排出，排完液體自動關(guān)閉閥門。實訓(xùn)完成基本要求后，再更改三種液體的注入順序及注入量，并增加溫度控制功能，將混合液體加熱到指定溫度后再排放。由于本模塊要求的步驟比較多，可以鍛煉學(xué)生以循序漸進的方式掌握復(fù)雜程序的編程。

自控成型機模塊，這是一種工業(yè)控制中常見的按照一定順序進行動作的順序控制過程。自控成型機控制模塊要求啟動后上油缸的活塞向下運動，到達指定位置后停止，左右油缸的活塞分別向右向左運動將原料壓制成型，然后，各油缸退回到原始位置。此模塊只有三個油缸的活塞按順序運動，步序簡單，易于理解步進順控指令和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。油缸活塞運動的位置分別由兩個限位開關(guān)控制，這是機床自動加工控制常用的定位形式。完成基本功能后，可以調(diào)整油缸活塞的運動順序，增加控制的步序，可模擬多種類型的工件自動加工。最后要求學(xué)生實現(xiàn)帶計數(shù)的自動控制，對加工完成的工件進行自動計數(shù)并顯示，這樣有助于更好地鞏固掌握計數(shù)器的使用以及顯示的軟硬件實現(xiàn)方法。

在完成上述模塊實訓(xùn)環(huán)節(jié)的過程中，一定要遵循學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的原則。實訓(xùn)初期由老師對實訓(xùn)模塊做出要求并講解，之后在老師的指導(dǎo)下由學(xué)生通過自主探究、相互討論、分組合作等方式完成以上模塊的實訓(xùn)任務(wù)。在完成各個模塊實訓(xùn)的過程中，教師應(yīng)跟著學(xué)生的設(shè)計思路走，適時的予以點撥即可。這樣可以最大限度地發(fā)揮學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力，很好地完成理論與實踐相結(jié)合的過程，同時在合作中讓學(xué)生體會到團隊合作的重要性。

4 結(jié)語

通過采用PLC模塊化實訓(xùn)的方法，使學(xué)生具有很大的收獲，一周的實訓(xùn)讓他們學(xué)到了很多東西，認識到理論與實際的差距，也讓他們找到了在以后的工作中將理論更好的聯(lián)系實際的方法，加深了理解各種指令的特點及其功能、提高編程技巧、培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用PLC 的能力。在模塊化實訓(xùn)的設(shè)計上，改變了過去教學(xué)模型的呆板或抽象。使老師的教學(xué)更加生動而且具有針對性，使學(xué)生學(xué)習(xí)更有趣味。

參考文獻

[1]田淑珍.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社.2005.

[2]李方圓.自動化綜合實踐[M].北京：中國電力出版社.2009.

[3]西門子CPU226CN型可編程控制器成套設(shè)備實訓(xùn)指導(dǎo)手冊[Z]. 溫州：亞龍科技集團有限公司.2010.

作者簡介

趙晶（1982—）遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學(xué)院，講師。