可編程序控制器課程案例教學法創(chuàng)新

張軍濤 鄧蕾

摘 要：可編程序控制器是中職學校機電一體化專業(yè)一門很重要的專業(yè)課程，該課程具有較強的理論性和實踐性。在傳統(tǒng)教學中，先講解基本指令，再根據(jù)動作要求編制程序。學生無法驗證所編程序的正確與否，且不能與實際工程相聯(lián)系，教學質(zhì)量和教學效果無法得到保證。筆者在給機電專業(yè)講可編程序控制器課程時，引入了案例教學法，通過教學案例，結(jié)合平面軟件和立體軟件的應用，使教學方法得以創(chuàng)新。

關鍵詞：可編程序控制器 案例教學法 教學創(chuàng)新

近年來，在工業(yè)自動化、機電一體化及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造方面，采用了較為先進的可編程序控制器控制方法。可編程序控制器簡稱PLC，它可通過軟件來改變控制過程且編程較為簡單，所以PLC在工業(yè)控制中占據(jù)了主導地位。PLC技術(shù)是中職院校機電專業(yè)開設的專業(yè)課之一，教材版本以三菱FX2N系列PLC的基本指令應用為主。由于本課程涉及的知識點較多，傳統(tǒng)教學方法是先講基本指令再講程序編制軟件，在無PLC硬件時無法通過設備的運行來驗證程序，因此，這種傳統(tǒng)的教學方式大大降低了教學實效。為了讓學生更好地掌握PLC理論知識和操作技能，筆者在機電專業(yè)可編程序控制器課程中采用了案例教學法，就是在PLC課程教學中引入立體軟件（三維動畫仿真軟件）的實際案例。利用案例中可能用到的基本指令，結(jié)合實習教學，讓學生體會PLC在平面軟件（GX編程軟件）中的應用，還能讓學生在三維動畫立體軟件中看到動作的結(jié)果。通過這種教學方法，充分調(diào)動了學生的主動參與性，培養(yǎng)了學生處理實際問題的能力。

一、中職學生PLC學習現(xiàn)狀

1.學習興趣不高

中等職業(yè)學校的學生普遍存在基礎差、學習動力不足、缺乏學習激情的問題，若再采用傳統(tǒng)的“填鴨式教學”，老師照本宣科，學生做筆記，課堂教學變成了一言堂，學生的學習興趣無法被激發(fā)出來，更不用說讓學生始終保持對PLC的學習興趣了。

2.掌握知識程度不夠

對書本知識，學生靠死記硬背，頂多知道點皮毛而已，對知識的理解深度遠遠不夠。筆者認為敢于對書本、標準答案甚至老師的講解提出質(zhì)疑，用貼近實際任務的思維來掌握知識，是提高學生理解能力的重要途徑，但實際的情況是學生學習的能力很差，鮮有學生能這樣做。

3.職業(yè)能力不足

一名合格的PLC技術(shù)人員要具備理論與實踐相結(jié)合的綜合能力，但是很多剛畢業(yè)的學生在適應職場和真實工作環(huán)境方面面臨諸多困難。

二、案例教學法

案例教學法是通過一個具體的教學情境的描述，引導學生對這些特殊情景進行討論的一種教學方法。在分析過程中，學習者自己提出問題，并自己找出解決問題的途徑和手段，從而培養(yǎng)獨立分析問題和解決問題的能力。

案例教學法在能力、素質(zhì)培養(yǎng)，特別是思維的培養(yǎng)方面，有著成功的經(jīng)驗。根據(jù)實際教學應用，案例教學法非常適合中職院校機電專業(yè)開設的PLC課程教學。學生在學習PLC這門課程中將涉及很多指令，而教師不可能面面俱到。因此，通過創(chuàng)新思維，將教學內(nèi)容富有創(chuàng)造性地滲透到PLC案例教學過程中，培養(yǎng)學生的綜合分析能力和實際操作能力。

GX Developer軟件是三菱公司開發(fā)的具有梯形圖仿真的編程軟件，其特點是功能強、適用于現(xiàn)場設備的編程調(diào)試，必須與控制設備聯(lián)網(wǎng)，如沒有控制設備，該軟件無法實現(xiàn)被控設備的運轉(zhuǎn)。GX軟件被稱平面編程設計軟件。

三菱三維動畫軟件FX-TRN是三菱電機最新推出的中文版教學軟件，它將虛擬舞臺和專家操作指導結(jié)合成一起，這種模擬場景的仿真運行，可以幫助學生全面認識PLC的工作過程，除使學生具備一定的編程能力，掌握基本的編程技巧外，還能讓學生按照實際控制要求進行調(diào)試和仿真運行。在仿真運行中可以觀察運行結(jié)果是否符合設計要求。同時，在運行中還可以確認各個元件與程序的狀態(tài)，適時監(jiān)控各個元件的工作過程。通過運行監(jiān)控，學生更好地理解和掌握PLC各個元件的作用，鞏固課堂上所學的理論知識。FX-TRN被稱作立體軟件。

三、案例教學法在可編程序控制器課程中的應用

1.已有基礎

案例教學法的實施是將三維動畫仿真軟件實例引入到PLC課程中，教師要精心準備個案，讓學生在案例的閱讀、分析、討論中建立起一套適合自己的完整而嚴密的邏輯思維方法，以提高學生理論水平和操作能力。

例如在順序控制問題中，要聯(lián)系實際情況進行如下控制：

啟動順序為1號電機、2號電機、3號電機順序啟動，停止順序為3號電機、2號電機、1號電機順序停止。這樣控制的目的主要考慮到以下三點實際情況：以防止貨物在帶上堆積；停止順序為3號電機、2號電機、1號電機逆序停止，以保證停車后帶上不殘存貨物；當1號電機或2號電機出現(xiàn)故障停止時，3號電機能隨即停止，以免繼續(xù)進料。

對于上述電路控制原理及實際控制要求，學生已在《電力拖動控制線路》（第四版）一書中已學過，對原理及動作過程非常了解，已經(jīng)熟練地完成了電路的布線和調(diào)試，但如何轉(zhuǎn)到用PLC來控制是本門課程的重點。

2.典型案例實施過程

教師先將本電路可能用到的基本指令如LD、AND、OR、OUT、END，結(jié)合實例進行講解，其次再明確PLC主要設計步驟：I/O分配表的確定，外圍接線圖的設計，編程設計及程序的運行調(diào)試。

（1）根據(jù)控制要求輸入/輸出地址，根據(jù)任務地址則有輸入：SB0（X0）1#電機啟動；SB1（X1）2#電機啟動；SB2（X2）3#電機啟動；SB3（X3）2#電機停止；SB4（X4）3#電機停止；SB5（X5）1#電機停止輸出：KM1（Y0）接觸器1；KM2（Y2）接觸器2；KM3（Y4）接觸器3。本案例重點掌握PLC輸入、輸出繼電器編號，明確其配置（輸入、輸出點采用的是八進制）。

（2）畫主回路及外圍接線圖（略）。此學習階段學生在教師的啟發(fā)下完成外圍接線圖的設計。此階段的難點：PLC的觸點和按鈕的觸點的對等畫法。解決措施：將PLC的觸點和按鈕的觸點進行比較，包括常開觸點和常閉觸點的對應關系，充分了解它們的作用。

（3）掌握基本指令的作用和梯形圖的編程規(guī)則。教師根據(jù)電拖控制線路圖，通過GX三菱編程軟件轉(zhuǎn)換成梯形圖，并將梯形圖整合簡化。在轉(zhuǎn)化過程中介紹PLC的輔助常開點、常閉點，梯形圖的畫法及編程規(guī)則。將轉(zhuǎn)換的梯形圖通過軟件上的轉(zhuǎn)換鈕轉(zhuǎn)換成指令表。

3.案例反饋

通過此案例，學生在實際中理解LD、AND、OR、OUT、END基本指令的應用，以及ANB、ORB的編程技巧。明確梯形圖的設計，重點掌握三菱GX編程軟件的使用。反復練習達到熟練掌握后，教師應結(jié)合實際對知識量的多少及拓展知識的前后聯(lián)系進行創(chuàng)新應用。

4.拓展案例一

上述案例中，3臺電機分別啟動、分別停止，將控制要求改為順序啟動，一個停止按鈕逆序停止，則減少為一個停止按鈕。

（1）實施案例：為與三維仿真軟件相一致，重新分配I/O地址，列出I/O分配表，則有輸入：SB0（X20）1#電機啟動；SB1（X21）2#電機啟動；SB2（X22）3#電機啟動；SB3（X23）停止按鈕。輸出：KM1（Y0）接觸1；KM2（Y2）接觸2；KM3（Y4）接觸3。從以上分析中可以看出輸入點減少了2個（即增加了一個停止按鈕，減少了三個停止按鈕）。此外畫出外圍接線圖（略）。

（2）設計梯形圖：教師啟發(fā)學生設計梯形圖，將梯形圖在三維動畫軟件上進行模擬運行，觀察三條皮帶的動作情況。

（3）案例反饋：通過拓展案例，讓學生學會條件控制點的應用，重點掌握三維動畫軟件的使用。

5.拓展案例二

案例控制要求：通過時間繼電器完成三條皮帶每三秒鐘依次啟動，按下停止按鈕后，三秒鐘依次停止。

（1）重新分配I/O地址，設計I/O分配：根據(jù)任務擇優(yōu)如下分配輸入：SQ1（X3）有料；SQ2（X5）原位；SB0（x20）啟動按鈕；SB2（X22）停止按鈕.輸出：KM1（Y0）接觸器1；KM2（Y2）接觸器2；KM3（Y4）接觸器3；YV（供料電磁鐵）Y7。從以上分析中可以看出輸入點減少為2個，按要求畫出外圍接線圖（略）。

（2）設計梯形圖：由學生自己設計梯形圖，并在三維動畫軟件上調(diào)試運行。教師設計的梯形圖僅供學生參考。

（3）案例反饋：通過本案例，讓學生充分理解、熟練掌握定時器TIM的應用方法，并在三維動畫軟件上進行簡單的程序修改。同時對其他指令的理解及使用，也可進一步拓展開來，如指令的應用，從而拓展學生的創(chuàng)新思維能力。

四、小結(jié)

采用案例教學法，使學生明確了抽象的理論概念在生產(chǎn)中的具體應用。教師通過可編程序控制器課程的創(chuàng)新教學，利用兩種成熟的教學軟件，縮短了教學情景與實際生產(chǎn)的差距，激發(fā)了學生的學習興趣，鍛煉了學生獨立思考、分析問題的能力。通過案例教學法，借助三維動畫軟件由平面教學轉(zhuǎn)變到立體教學，培養(yǎng)學生逐漸學會了處理綜合性疑難問題，為學生適應今后的工作需要打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]吳金浩，曾慶樂.電氣控制與PLC應用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]高安邦.三菱PLC工程應用設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[3]彭小平.電氣控制PLC應用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

（作者單位：河北保定技師學院）