PLC實驗教學中的開放式思維教學法研究

游珍珍

摘要：闡述了一種開放式思維教學法運用于實驗教學中的實例，即在PLC實驗課程中用學校現(xiàn)有的實驗設(shè)備，想方設(shè)法利用所學知識設(shè)計滿足實驗控制要求的不同的梯形圖程序。本文以兩處卸料小車控制系統(tǒng)為例，啟發(fā)學生采用兩種不同的設(shè)計方法——經(jīng)驗設(shè)計方法和順序設(shè)計方法來設(shè)計梯形圖程序，實驗結(jié)果表明，采用這兩種設(shè)計方法都可以設(shè)計出滿足控制要求的梯形圖程序。因此，采用開放式思維進行實驗教學可以使學生更好地掌握PLC的理論知識，同時也激發(fā)學生的學習興趣，使整體教學質(zhì)量及教學效果有明顯的提高。

關(guān)鍵詞：開放式思維教學法;經(jīng)驗設(shè)計方法;順序設(shè)計方法;教學效果

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0106-02

如何上好PLC可編程控制器這門比較新型的課程的實驗，是我一直在摸索和探討的問題，通過這幾年來對PLC理論和實驗教學的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)在實驗課程時如果能夠利用有限的實驗設(shè)備資源，通過選用合理的實驗類型，讓學生在做實驗時發(fā)揮他們的獨立思維、創(chuàng)新設(shè)計能力[1]，可以激發(fā)學生的學習興趣，提高學習PLC的效果。

以往實驗課，在進行PLC理論知識的講授后，為了節(jié)省時間，完成實驗數(shù)據(jù)測量，往往把事先準備好的實驗程序也告訴了學生，甚至直接把現(xiàn)成的指令或梯形圖已儲存在電腦中[2]。學生只要進行簡單的PLC外圍的接線，直接把現(xiàn)成的指令語句導入編程器中就可以調(diào)試了。這樣的實驗結(jié)果往往是成功的，但這種實驗方法不利于學生能真真切切地掌握PLC的編程調(diào)試操作，以及解決PLC調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題。

一、開放式思維教學法

在此，我嘗試了進行PLC實驗教學的改革。采用開放性思維進行實驗教學，即在實驗課程中用學?，F(xiàn)有的實驗設(shè)備，想方設(shè)法利用所學知識設(shè)計滿足實驗控制要求的不同的梯形圖程序，學習PLC的應(yīng)用方法[3]。然后再進一步要求學生利用已經(jīng)熟悉PLC的I/O端口的接線，外圍的電源電壓要求，將PLC的梯形圖設(shè)計程序?qū)胍约斑M行操作調(diào)試，逐步加深了解可編程控制的實際應(yīng)用。

PLC有多種程序設(shè)計語言，其中最常用的是梯形圖和指令語句表[4]。我系PLC實驗室中采用的是大家比較容易接受同時又容易學會的梯形圖語言。它是以計算機軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，形成人們習慣使用的繼電器模型，形成一套自己獨特的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的編程語言。可編程控制器內(nèi)部各種等效繼電器的觸點和線圈的圖形符號、動作原理和常規(guī)繼電器控制中的動作原理完全一致。所以學生只要簡單了解可編程控制器的工作原理和它的編程技術(shù)之后，就可進行一定的應(yīng)用設(shè)計，繼而將PLC用于現(xiàn)實的電氣控制系統(tǒng)中[5]。這就要求教師從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，去精選各種典型的PLC控制的案例，將案例教學法與開放式思維教學法很好的結(jié)合起來，才能達到最佳實驗教學效果[6]。

二、PLC實驗案例教學實例——兩處卸料小車控制系統(tǒng)

本次案例是發(fā)生在一次普通的PLC實驗課程中，實驗的項目是進行兩處卸料小車的梯形圖設(shè)計，并在實驗臺上用輸出指示燈的點亮和熄滅模擬右行接觸器、左行接觸器、裝料電磁閥、卸料電磁閥的啟動和停止，該項目的控制要求是當小車碰到最左邊的行程開關(guān)ST1開始裝料，15秒后裝料完成后右行，碰到中間的行程開關(guān)ST2開始卸料，10秒后卸料完成后左行，當小車碰到最左邊的行程開關(guān)ST1開始裝料，15秒后裝料完成后右行，直到小車碰到最右邊的行程開關(guān)ST3時才卸料，10秒后卸料完成后左行。如此反復。

按照通常的設(shè)計方法，學生應(yīng)該首先進行I/O分配[7]，根據(jù)上述控制要求中提及的輸入輸出觸點可以這樣分配。輸入包括：右行啟動按鈕SB1為00000，左行啟動按鈕SB2為00001，停止按鈕SB3為00002，最右邊的行程開關(guān)ST3為00003，最左邊的行程開關(guān)ST1為00004，中間的行程開關(guān)ST2為00005。輸出包括：右行電磁閥01000，左行電磁閥01001，裝料電磁閥01002，卸料電磁閥01003。而I/O分配之后就是按照各個輸出觸電考慮什么情況下使小車右行，什么情況下小車將停止右行;什么情況下使小車左行，而什么情況下小車停止左行，什么情況下小車開始裝料，什么情況下停止裝料;什么情況下使小車卸料，什么情況下小車停止卸料。在考慮清楚這些因素后就可以畫出系統(tǒng)控制的梯形圖了。而這個項目的難點在于小車右行，如何處理奇數(shù)次碰到ST2停下來卸料，而偶數(shù)次碰到ST2卻不停下來的問題，這都出現(xiàn)在右行過程中，因此在撰寫小車右行的梯形圖程序時應(yīng)該用一個中間繼電器20000來輔助判斷小車右行的情況，奇數(shù)次碰到停下來右行可以用ST2的常閉觸點作為小車右行的停止條件，而當觸碰到ST2時同時將20000線圈啟動，這樣等到偶數(shù)次右行時，可以通過20000線圈為ON從而使得小車得以繼續(xù)右行，根據(jù)這種分析思路可以得到采用經(jīng)驗設(shè)計方法設(shè)計的梯形圖程序如圖1所示。

而在該實驗中有一個學生做出的設(shè)計卻讓我感到該學生遇到問題時能夠脫離常規(guī)教師的引導，利用自己已學的內(nèi)容去解決實際問題的綜合實踐能力很強，他考慮用到理論課上學過的順序控制設(shè)計方法來設(shè)計這個項目，他覺得小車這整個過程滿足順序控制的特點——規(guī)律性強、時序清晰，可以用如圖2來描述其整個控制過程。

如果這樣就不需要考慮小車右行時兩次碰到中間的行程開關(guān)ST2該如何處理了，并且可以通過I/O分配后畫出功能表圖，然后根據(jù)功能表圖轉(zhuǎn)換成梯形圖，這樣設(shè)計起來同樣可以滿足控制要求，而且更容易讓人理解該梯形圖設(shè)計。

該學生進行的I/O分配如下：輸入包括：最左邊的行程開關(guān)ST1為00001，中間的行程開關(guān)ST2為00002，最右邊的行程開關(guān)ST3為00003，啟動按鈕為00004，停止按鈕為00005;輸出包括：右行電磁閥01000，左行電磁閥01001，裝料電磁閥01002，卸料電磁閥01003。

根據(jù)剛剛的控制過程可以將分為從20000步到20008步，20000步是初始等待步，它的啟動條件是PLC通電后或碰到最左邊的行程開關(guān)，等啟動按鈕00004按下而停止按鈕00005沒有按下時，進入到20001步，即裝料，等到裝料定時時間到時進入20002步，即右行，等碰到中間的行程開關(guān)00002時進入20003步，即卸料，等到卸料定時時間到時進入20004步，即左行，等到碰到最左邊的行程開關(guān)00001時進入20005步，即裝料，等到裝料定時時間到后進入20006步，即右行，等到碰到最右邊的行程開關(guān)00003時進入20007步，即卸料，等到卸料定時時間到后進入20008步，即左行，等碰到最左邊的行程開關(guān)00001時回到20000步初始等待，如此反復。

將上述I/O分配結(jié)合控制流程圖，可以得到功能表圖。根據(jù)功能表圖轉(zhuǎn)換成梯形圖的原則[8]，可以將上述功能表圖轉(zhuǎn)換成如圖3所示的梯形圖。

將該學生設(shè)計的梯形圖程序放到西門子step7 micro win v 4.0 sp3中去，經(jīng)過編譯后，下載到PLC主機中，發(fā)現(xiàn)程序運行結(jié)果與前面常規(guī)設(shè)計的梯形圖程序的運行結(jié)果相同。

三、總結(jié)

通過以上實驗案例，可以發(fā)現(xiàn)，PLC課程設(shè)計的程序幾乎沒有固定的答案，不存在標準答案。在教學過程中，教師要鼓勵學生自由探索、大膽質(zhì)疑[9]，及時提出自己的看法和見解，只要學生分析的有道理，就應(yīng)該嘗試去做，并對這種想法予以肯定。

總之，采用開放式思維進行實驗教學在PLC實驗教學過程中起到很重要的作用，已起到較好的教學效果。它不僅使學生更好地掌握PLC的理論知識，同時也激發(fā)學生的學習興趣，使得更多的學生能開動腦筋積極地參與，強化了動手能力，培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題的綜合能力，使整體教學質(zhì)量及教學效果明顯提高[10]。同時，在教學過程中我們要科學地綜合多種教學方法，這樣的教學才能以有效的方式向?qū)W生傳遞教學內(nèi)容，才能調(diào)動學生的實驗學習的積極性。

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（責任編輯：劉翠枝）