從實訓設備的開發(fā)論PLC教學中典型工作任務的提煉

王章寬

廣東省核工業(yè)華南高級技工學校，廣東 韶關 512026

從實訓設備的開發(fā)論PLC教學中典型工作任務的提煉

王章寬*

廣東省核工業(yè)華南高級技工學校，廣東 韶關 512026

本文從教學實際出發(fā)，論述了PLC教學中實訓設備和實訓任務等環(huán)節(jié)存在的問題，并結合學校情況進行教學設備開發(fā)，闡述了設備開發(fā)思路和典型工作任務的轉化過程，從而解決了教學中模擬實訓不直觀、不綜合等問題，提高了教學效果和質量。

設備開發(fā)；工作任務；轉化

當前很多技工院校都在進行一體化教學實踐，在一體化教學中有一個很關鍵的環(huán)節(jié)就是典型工作任務的開發(fā)，而典型工作任務的載體便是相應的教學設備和場地。有實力的技工院?？梢宰孕匈徺I先進的實訓設備以及校企合作共同開發(fā)實訓任務，但也有很多技工院校校企合作不完善或者合作深度不夠，受資金、場地、設備、師資等因素影響，典型工作任務不能完全和企業(yè)共同完成，套用別人的任務也不一定適合自己教學，所以各學校還應根據自身的條件和特點開發(fā)相應實訓設備，設計出適合自己的典型工作任務。本文以我校為例，論述實訓設備開發(fā)的思路以及進行典型工作任務的轉化來進行PLC教學。

一、目前PLC教學存在的問題

(一)模擬教學偏多，實際應用偏少

PLC課程具有實踐性強、應用廣泛等特點，學生學習興趣也很高，但也存在一些問題：1.模擬教學多，學生學習后勁不足。PLC初學者或基礎教學時大多是采用軟件監(jiān)控、按鈕和指示燈模擬運行等方式，學生雖然能進行程序的編寫，但是沒有直觀的實物控制，對控制技巧以及細節(jié)應用不能很好的處理，更不能直接將所學轉化為現實所用，所以在后期教學中學生有時候也很迷茫，知道PLC的用處大，但是具體怎么應用還是不清楚，學習后勁不足。2.PLC教學綜合實訓較少。目前PLC及其相關的自動控制技術已經應用到各行各業(yè)，僅在學校里就有較高通用性，例如制冷類專業(yè)的中央空調或大型冷庫的智能控制、機械類專業(yè)大型的機床設備、樓宇控制專業(yè)的電梯等。所以在教學中也應該多專業(yè)、多學科綜合實訓，最好讓學生在校就能真正將PLC所學轉化為應用，掌握更全面的知識。

(二)教學設備綜合性不強

目前技工院校實訓設備的來源主要有兩個途徑，一是購買教學儀器廠家生產的設備；二是自己設計并開發(fā)實訓設備。很多院校采用的是第一個途徑，但也存在一些問題：1.專業(yè)實訓設備少量購買工位不足，不利于教學，批量購買價格較貴，成本較高；2.一般實訓設備是進行PLC、變頻器、觸摸屏等教學，實訓科目單一，對于場地有限的學校來說利用率不高；3.購買的設備不一定能適用自己學校的學生，實用性不強。

所以對于規(guī)模較小，場地有限，資金不充足的院校來說，可以采用第二個途徑，即根據學校自身的特點開發(fā)出適合自己的實訓設備，最好開發(fā)的實訓設備可以多專業(yè)、多學科共同使用，這樣既能提高設備和場地的利用率又能進行專業(yè)和學科整合，效果更好，最后根據開發(fā)的設備提煉出典型工作任務從而開展一體化教學。

二、實訓設備的開發(fā)及工作任務的轉化

PLC教學中按照控制對象的不同一般可以分為彩燈控制、接觸器控制、氣缸(氣動)控制、電機控制、傳感器控制等五種典型控制方式，而這些控制對象又在很多專業(yè)學科中存在。我校近幾年根據專業(yè)發(fā)展及課程設置，將電氣自動化、制冷、機械等專業(yè)教學資源及教學場地進行整合，學校教師自行設計并開發(fā)了相應實訓設備并提煉典型的工作任務用于教學。

(一)智能型中央空調實訓設備

1.設備開發(fā)思路

在PLC教學中會遇到很多知識點因為沒有真實的環(huán)境和數據而不能很好的開展教學。例如：(1)FX2N-4AD-PT溫度模塊、4DA模擬量轉化模塊等特殊模塊應用；(2)溫度、壓力、流量等常用傳感器的實際檢測；(3)電動機的變頻控制；(4)觸摸屏、PLC、變頻器的綜合應用。以上知識點在傳統(tǒng)教學中大多采用的是模擬教學，有的根本就沒有開展特殊模塊教學，學生學習也得不到真實的實驗數據。

同時這些技能點又在中央空調中得到了很好的應用，所以將電氣自動控制技術和制冷技術整合，設計并開發(fā)了智能型中央空調實訓設備。該實訓設備既可以進行制冷專業(yè)實訓，也可以進行自動化控制實訓，讓學生擺脫模擬實訓的弊端，進行真實的溫度控制、電機控制、變頻節(jié)能調速控制等綜合訓練，將所學及時轉為所用。設備實物如圖1所示，變頻節(jié)能系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖1 智能中央空調實訓設備

圖2 變頻節(jié)能系統(tǒng)結構圖

2.典型工作任務的提煉和轉化

根據設備的實際運行過程可以轉化為不同的實訓任務，能夠進行直觀的、實際的訓練，解決了以往只能模擬運行、仿真實訓的弊端，特別是故障檢測實訓更有針對性和實際效果，可提煉或轉化的實訓任務如表1所示。

表1 中央空調實訓設備可提煉的實訓任務

(二)衛(wèi)生間智能沖水系統(tǒng)

1.設備開發(fā)思路

我校教學樓修建時間較早，公共衛(wèi)生間結構是傳統(tǒng)的槽式蹲位便池，沖水裝置原先采用定時直沖方式，由于水壓和廁所結構的原因，常常出現沖不干凈、異味很大和浪費水的情況。為解決以上問題，并結合專業(yè)知識設計開發(fā)了衛(wèi)生間智能沖水裝置，需滿足的功能有：(1)采用PLC和觸摸屏控制，能進行分樓層、分時段在入廁高峰期進行自動沖水；(2)能進行正常上課、夜晚、假期三種模式相互切換，在夜間和假期人少時少沖或者不沖，節(jié)約用水用電；(3)能隨時進行手動和自動運行模式切換，方便檢修和調試。設備實物如圖3所示。

圖3 智能型衛(wèi)生間沖水裝置控制箱

2.典型工作任務的提煉與轉化

設備的開發(fā)除了解決學校實際問題之外，也進行了教學任務的轉化，為教學服務。該設備有24個彩色指示燈和24個繼電器，對應控制6個樓層24個沖水電磁閥，既有模擬輸出又有實際動作，學生學習基本指令、比較指令、SFC圖、時鐘指令等知識點時可以進行很好的實際應用。可提煉的任務如表2。

表2 智能沖水裝置可提煉的實訓任務

(三)PLC與變頻技術工作島

1.設備開發(fā)思路

我校傳統(tǒng)的PLC與變頻器教學設備采用的是板件式，即PLC和變頻器安裝在板件上，并配有按鈕、指示燈及電動機，由于結構簡單，功能單一，PLC與變頻器也不能進行通訊，導致實訓內容較少，不利于PLC新技術以及一體化教學，實訓板件和教學模式都處于被淘汰的邊緣。為了更好的進行PLC與變頻器基礎教學，結合一體化教學改革，開發(fā)設計了PLC與變頻器技術工作島實訓設備，并進行一體化實訓室改造。

實訓設備為六邊形不銹鋼結構，每島6工位，實訓室共九島54工位。每臺設備配有PLC、變頻器、電動機各三臺以及電腦6臺，能進行分組分任務一體化教學。設備及實訓室如圖4、5所示。

2.典型工作任務的提煉和轉化

PLC與變頻技術工作島配有較多按鈕、指示燈、電動機，后續(xù)升級后每島又增加了三臺觸摸屏，對于PLC基本指令、步進指令、SFC圖、應用指令的訓練以及觸摸屏、變頻器的綜合操作等都可以完成，能夠滿足中、高級課程教學。設備可開展的實訓任務如表3所示。

圖4 PLC與變頻技術工作島 圖5 PLC與變頻技術實訓室

表3 PLC與變頻器技術工作島可提煉的實訓任務

(四)氣動挖掘機實訓設備

1.設備開發(fā)思路

機械類課程和電氣自動化課程如何結合一直是機電一體化專業(yè)研究的重點，但也存在一些問題，例如：(1)傳統(tǒng)的數控銑課程所加工的零件最后都成為了擺飾品，并沒有進行二次應用；(2)液壓與氣動課程實訓也沒有很好的設備，購買專用設備利用率也不高；(3)PLC控制實際的氣缸和機械動作不多，學生學習不夠直觀?；谝陨蠁栴}，設計開發(fā)了DIY氣動挖掘機實訓臺，如圖6所示。

圖6 DIY氣動挖掘機實訓臺

2.實訓任務的轉化

設備模擬的挖掘機選用的是氣動驅動，區(qū)別于實際的液壓控制，因為不考慮較大系統(tǒng)負載和機械動作控制精度，液壓和氣動控制原理和效果相差不大，且氣動元件拆卸和清潔方便，便于學生操作。其中挖掘機鏟、挖掘機手臂、駕駛艙、挖掘機底座、控制箱和面板上的動作雕刻圖都是學生在數控銑實訓課程中的產品，進行了二次利用。該設備采用PLC控制，可以實現挖掘機手動、自動、多角度動作，真正實現機電一體化專業(yè)綜合實訓教學?？商釤挼膶嵱柸蝿杖绫?所示。

表4 氣動挖掘機實訓設備可提煉的實訓任務

三、結束語

教學設備的開發(fā)和典型工作任務的提煉既要結合學校實際又要聯系生產生活實際，本文結合學校自身特點開發(fā)教學設備，進行專業(yè)和學科整合，充分提高實訓設備和場地的利用率，并進行工作任務的轉化，投入到實際教學中去，提高教學效果和質量，對其他技工院校來說也具有一定的參考價值。雖然設備的開發(fā)在精度、工藝美觀度、技術先進性等方面還存在不足，典型工作任務的提煉還不夠完善和系統(tǒng)，但是對學校目前的教學、教師的能力提升、成果積累等各方面都有很大的幫助，也為以后的繼續(xù)發(fā)展打下了堅實的基礎。

[1]何紹鵬，練偉新.基于PLC控制的智能沖水系統(tǒng)開發(fā)與教學應用[J].廣東技工教育研究，2014.3.

[2]吳振東，王璐.技工院校專業(yè)教學設備研發(fā)體制研究[J].廣東技工教育研究，2014.4.

[3]吳振東.特色氣動挖掘機綜合實訓臺設計研發(fā)[J].廣東技工教育研究，2014.4.

王章寬，廣東省核工業(yè)華南高級技工學校，一級實習指導教師，研究方向：機電一體化教學。

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