項(xiàng)目教學(xué)法在“PLC原理及應(yīng)用”課程中的應(yīng)用①

劉昕++廖柏林

摘 要：吉首大學(xué)2012年新開設(shè)了電氣工程及其自動化專業(yè)。“PLC原理及應(yīng)用”課程作為該專業(yè)的重要專業(yè)課程之一，被立為學(xué)校的新開課程。針對課程本身的特點(diǎn)以及吉首大學(xué)辦學(xué)的實(shí)際，明確了本課程的教學(xué)方法采用項(xiàng)目教學(xué)法。項(xiàng)目教學(xué)法以實(shí)際工程項(xiàng)目為單元來設(shè)計(jì)教學(xué)模塊，模塊教學(xué)中包含了“PLC原理及應(yīng)用”課程的絕大多數(shù)知識點(diǎn)。在教學(xué)過程中，讓學(xué)生接觸了工程中真實(shí)項(xiàng)目，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們能夠?qū)W以致用。同時項(xiàng)目教學(xué)法具有很強(qiáng)的綜合性，能夠鍛煉學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。通過實(shí)施，學(xué)生很好的掌握了PLC應(yīng)用程序的使用及設(shè)計(jì)方法，為他們今后從事電氣工程的相關(guān)技術(shù)工作奠定了扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PLC 電氣工程 項(xiàng)目教學(xué) 教學(xué)效果

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0168-02

為了適應(yīng)湘西地區(qū)人才市場的需求，吉首大學(xué)2012年新開設(shè)了電氣工程及其自動化專業(yè)。“PLC原理及應(yīng)用”課程作為該專業(yè)的重要專業(yè)課程之一，被立為學(xué)校的新開課程。同時，本課程也作為電子信息工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化等專業(yè)設(shè)置的新開選修課程。針對“PLC原理及應(yīng)用”課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，我們探討出此新開課程采用項(xiàng)目教學(xué)法，教學(xué)活動以項(xiàng)目模塊化進(jìn)行開展。

項(xiàng)目教學(xué)法是以學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)、探索性學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，采用科學(xué)研究及實(shí)踐的方法，促進(jìn)學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)的一種的教學(xué)方法。在教學(xué)過程中，任課教師將需要完成的任務(wù)或需要解決的問題以項(xiàng)目的形式布置給學(xué)生，在任課教師的指導(dǎo)下，學(xué)生以小組工作方式完成。小組成員共同制定計(jì)劃，共同或分工完成整個項(xiàng)目，要求小組按照實(shí)際工作的完整程序。在項(xiàng)目教學(xué)中，學(xué)習(xí)過程是學(xué)生的一個創(chuàng)造實(shí)踐活動，我們注重的不是最終結(jié)果，而是完成項(xiàng)目的整個過程。在項(xiàng)目實(shí)踐過程中，要求學(xué)生理解和把握課程要求的知識和技能，體驗(yàn)專業(yè)知識在工程中的應(yīng)用。同時，項(xiàng)目教學(xué)法能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力及團(tuán)隊(duì)合作能力等。

1 項(xiàng)目內(nèi)容

借鑒許多高校本課程的項(xiàng)目模塊內(nèi)容，結(jié)合一些工程實(shí)踐，經(jīng)過課題組老師多次的教學(xué)調(diào)研與實(shí)踐，我們制定了“PLC原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)大綱，確定了“PLC原理及應(yīng)用”課程采用如表1所示的項(xiàng)目模塊與學(xué)時安排。該課程總計(jì)36學(xué)時。

在項(xiàng)目教學(xué)執(zhí)行過程中，我們結(jié)合實(shí)際情況，通過圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、布線、程序調(diào)試、檢查和運(yùn)行，完成每個項(xiàng)目所規(guī)定的任務(wù)。同時，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力，以適應(yīng)生產(chǎn)一線工作的需要。要求學(xué)生做到能檢查出錯誤，并且能夠熟練的解決問題。

2 項(xiàng)目的實(shí)施

該項(xiàng)目教學(xué)法，一共分為十個模塊。以多種自動售貨機(jī)項(xiàng)目模塊為例，來具體說明項(xiàng)目的實(shí)施過程。

2.1 項(xiàng)目目的

在清楚自動售貨機(jī)運(yùn)行工作過程的基礎(chǔ)上，制定出項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，確定任務(wù)目標(biāo)。要求設(shè)計(jì)完整的售貨機(jī)工作控制程序，連接THSMS-1型可編程控制器實(shí)驗(yàn)箱，通過模擬自動售貨機(jī)（按鈕控制和二極管指示燈顯示）正常工作，調(diào)試并完善PLC程序。

2.2 項(xiàng)目要求

（1）要求用三個復(fù)位按鈕表示投入自動售貨機(jī)面值，找零按鈕表示貨幣指示，自動售貨機(jī)里有汽水（3元每瓶）和咖啡（5元每瓶）兩種飲料。

（2）要求當(dāng)找零按鈕顯示值大于或等于這兩種飲料的價格時，一排中兩個發(fā)光二極管一個或兩個同時點(diǎn)亮，表明可以購買飲料；按下汽水按鈕或咖啡按鈕表明購買飲料，此時另外一排的兩個發(fā)光二極管中的一個或兩個同時點(diǎn)亮，出口處的發(fā)光二極管會點(diǎn)亮，表明飲料已從售貨機(jī)取出。

（3）要求按下找零指示按鈕表示找零，此時找零按鈕清零，延時0.5秒找零出口發(fā)光二極管點(diǎn)亮。

2.3 項(xiàng)目任務(wù)的確定

在清楚自動售貨機(jī)運(yùn)行工作過程的基礎(chǔ)上，制定出項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，確定任務(wù)的目標(biāo)，以設(shè)計(jì)出合理的仿真系統(tǒng)。

首先，應(yīng)該做上位機(jī)與下位機(jī)的任務(wù)分工：上位機(jī)主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機(jī)則主要用來完成PLC程序的編寫。其次，要分別對上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行資料的查找與收集。例如在進(jìn)行仿真界面的設(shè)計(jì)時可以去觀看一下真正售貨機(jī)的外觀，必要時可以借助一些宣傳圖片來設(shè)計(jì)自動售貨機(jī)的外型；在進(jìn)行PLC程序的編寫時需要先分配PLC的I/O點(diǎn)，確定上、下位機(jī)的接口。

然后，分別對上、下位機(jī)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。最后，進(jìn)行上位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果與下位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

另外，上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作是密切配合的。它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都應(yīng)該是一致的?？傮w上講，仿真界面是被控對象，利用PLC來控制這個仿真的自動售貨機(jī)，仿真的自動售貨機(jī)接受PLC的控制指令并完成相應(yīng)的動作；另一方面，仿真界面中的仿真自動售貨機(jī)的運(yùn)行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語言來完成的。這是整個仿真系統(tǒng)內(nèi)部各大部件之間的內(nèi)在關(guān)系。

該項(xiàng)目主要是對自動售貨機(jī)中的下位機(jī)，也就是對PLC在其中的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.4 項(xiàng)目程序設(shè)計(jì)

這部分內(nèi)容是整個項(xiàng)目實(shí)施的主體部分。所要完成的任務(wù)是仿真系統(tǒng)的上位機(jī)與下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)，即在上述功能分析的基礎(chǔ)上，有針對性地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

該設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置選用的主機(jī)型號為S7-200系列主機(jī)，下位機(jī)程序的編制則是利用西門子PLC專用編程軟件STEP-Micro/WIN完成的。在設(shè)計(jì)的過程中，并非孤立地分別進(jìn)行上位機(jī)和下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作，而是互相配合的。因此在設(shè)計(jì)過程中，并沒有將上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)分開來寫，而是相互交替。

我們把程序設(shè)計(jì)部分分成幾個程序塊：投幣模塊；購買商品模塊；退幣模塊。然后依據(jù)相互間關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)組合，完成整個程序部分，實(shí)現(xiàn)全部功能。

（1）投幣模塊：在投幣的過程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應(yīng)的幣值，余額也增加同樣幣值。先制定投幣端口表，再編寫程序；

（2）購買模塊：在購買過程中，僅設(shè)計(jì)汽水和咖啡兩種商品，商品選擇為輸入端，由購買按鈕輸入，輸出端分別為6種指示燈顯示；

（3）退幣模塊：本自動售貨機(jī)設(shè)計(jì)不區(qū)分退幣幣值，以找零輸出簡化整個退幣過程，找零按鈕輸入退幣信號，輸出端為退幣出口顯示燈，貨幣指示LED余（總）額顯示清零，各定時器、計(jì)數(shù)器復(fù)位，各模塊返回初始狀態(tài)。

每個模塊將所編寫的梯形圖轉(zhuǎn)換為STL程序模式，并且進(jìn)行仿真。

2.5 項(xiàng)目的總結(jié)與思考

完成項(xiàng)目以后，以小組的形式進(jìn)行總結(jié)與探討。撰寫項(xiàng)目實(shí)施報告，并找出項(xiàng)目實(shí)施中存在的一些問題，以便在今后項(xiàng)目實(shí)施中得到解決。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，教師僅起側(cè)面輔導(dǎo)和把關(guān)作用，主要注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力與創(chuàng)造思維能力。

3 項(xiàng)目的考核的評定

“PLC原理及應(yīng)用”課程考核方式要求滿足項(xiàng)目法教學(xué)的特點(diǎn)，采取的措施具體體現(xiàn)在考核成績的評定上，課程考核成績由十個項(xiàng)目考核成績來確定，每個項(xiàng)目占課程考核的10%。每個項(xiàng)目的成績評定采用百分制，由以下三部分構(gòu)成：

第一部分：常規(guī)表現(xiàn)，占總成績的20%。常規(guī)表現(xiàn)成績由任課教師根據(jù)學(xué)生的上課和情況和與同學(xué)的合作情況打分。依據(jù)是學(xué)生出勤記錄登記及小組討論記錄本。

第二部分：項(xiàng)目執(zhí)行成績，占總成績的50%。每個項(xiàng)目完成以后，任課老師會根據(jù)學(xué)生的項(xiàng)目完成效果、學(xué)生的操作能力、解決問題的能力等進(jìn)行綜合的評定，給出相應(yīng)的成績。

第三部分：項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報告的撰寫，占總成績的30%。實(shí)驗(yàn)報告要求學(xué)生把項(xiàng)目的目的、實(shí)施、程序及總結(jié)闡述清楚，并能夠提出新的問題。任課教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報告的書寫質(zhì)量給出相應(yīng)的成績。

同時，我們鼓勵學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新。對于在本課程整個實(shí)踐過程中有創(chuàng)新，積極協(xié)助教師完成PLC實(shí)踐環(huán)節(jié)、發(fā)表PLC相關(guān)論文、參加與本課程相關(guān)的技能大賽的學(xué)生，任課教師在總分不超過100分的情況下，可以給其酌情加分，最多加10分。

4 結(jié)語

根據(jù)吉首大學(xué)新開電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)課程需要，我們設(shè)置了“PLC 原理及應(yīng)用”新開課程，通過專業(yè)組老師的認(rèn)真研究與探討，我們確定該課程采用的項(xiàng)目教學(xué)法模式，對本課程的教學(xué)方法進(jìn)行了大膽的嘗試。我們確定了十個項(xiàng)目作為教學(xué)的主要內(nèi)容，并且對每個項(xiàng)目的實(shí)施目的、任務(wù)進(jìn)行了規(guī)定。同時，我們確定了該課程的考核大綱。通過學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生加深了對PLC內(nèi)容的理解，學(xué)會了運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識來分析問題、解決實(shí)際問題的方法，為學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李文娟，周美蘭，戈寶軍.“PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)研究與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報， 2010，2（10）：84-85.

[2] 吉敬華，黃永紅，張新華.“PLC原理及應(yīng)用”教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考[J].中國電力教育，2008，12：（2）49-50.

[3] 王震宇.“如何在PLC教學(xué)中運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)法”[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，17（1）：246-247.

[4] 王兆明，云建軍.“電氣控制與PLC應(yīng)用 課程”教學(xué)改革[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2011，7（1）：35-36.