PLC實驗教學(xué)三部曲

范小蘭 趙春鋒 何志苠 陸善婷

[摘 要] 該文分析論證了PLC實驗教學(xué)三部曲：學(xué)生基于模塊化的實驗設(shè)備進(jìn)行連線和編程，對PLC快速入門;建立一個完整的PLC控制系統(tǒng)，增加學(xué)生設(shè)計和制作PLC系統(tǒng)的工程意識;最后通過電梯仿真實驗設(shè)備使學(xué)生對PLC的編程有突破性的掌握。實踐證明，經(jīng)過這三個步驟的錘煉，學(xué)生不僅會對PLC控制系統(tǒng)有一個全面認(rèn)識，而且能較好地掌握其編程方法。

[關(guān)鍵詞] PLC;實驗教學(xué);電梯仿真

[基金項目] 2018年度上海工程技術(shù)大學(xué)教學(xué)建設(shè)項目（X201824001）;金課培育計劃

[作者簡介] 范小蘭（1968—），女，山西晉中人，碩士，上海工程技術(shù)大學(xué)工程實訓(xùn)中心副教授，主要從事電工電子技術(shù)教學(xué)與研究。

[中圖分類號] TP273? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）23-0387-02? ? [收稿日期] 2019-11-11

一、引言

“可編程控制器”（PLC）是專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計的，具有體積小、功能強、可靠性高的特點。因此，在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，相關(guān)的課程是電氣自動化專業(yè)的一門專業(yè)課，甚至很多非電類專業(yè)的工科學(xué)生也都在學(xué)習(xí)這門課程。由于該課程實踐性很強，必須借助實驗環(huán)節(jié)來使學(xué)生理解和掌握PLC的應(yīng)用。為了達(dá)到良好的實驗效果，我們在實際教學(xué)中不斷進(jìn)行摸索，總結(jié)出了行之有效的可編程控制器實驗教學(xué)三部曲，能夠比較理想地達(dá)到實驗教學(xué)目的。

二、實驗三部曲

PLC課程教學(xué)，一般都是先理論后實踐。通過教師在課堂上的講解，學(xué)生已經(jīng)了解了PLC的結(jié)構(gòu)、原理和簡單程序的編寫。但如果想讓學(xué)生理解和掌握PLC的輸入、輸出點的分配乃至接線、復(fù)雜程序的編寫以至整個PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計等方面，必須要通過后續(xù)循序漸進(jìn)的實驗。

（一）初識PLC

對于從未接觸過PLC的學(xué)生來說，利用實驗室現(xiàn)有的用指示燈模擬顯示PLC控制對象的實驗教學(xué)設(shè)備，如圖1所示。在眾多的實驗?zāi)K中，學(xué)生可以選擇其中一個來接線并完成程序的調(diào)試。從圖1看出，每個模塊主要包括了按鈕和指示燈。按鈕為輸入，指示燈模擬控制對象。當(dāng)輸入PLC中程序，用導(dǎo)線把按鈕或開關(guān)、指示燈與PLC的輸入輸出點連接，然后啟動程序，那么指示燈會模擬PLC控制對象的工作。與實物模型相比，這個實驗臺的優(yōu)點是成本低，但實驗對象比較單一，不具備良好的人機(jī)界面。

（二）對PLC系統(tǒng)的認(rèn)識

在對PLC參數(shù)、指令有了初步認(rèn)識后，大多學(xué)習(xí)者對于PLC還是處于似懂非懂的狀態(tài)。這主要是由于前面基于模塊的實驗中，輸入輸出電路是完全現(xiàn)成的電路，且這些電路大多是封閉不可見的。只有讓學(xué)生從選型、設(shè)計、接線、編程到調(diào)試進(jìn)行一個完整的系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試過程，才能具有對PLC系統(tǒng)的整體認(rèn)識和掌握。為此，我們讓學(xué)生利用創(chuàng)新活動制作了電梯實驗裝置，如圖2所示。與實際電梯裝置比較，這個實驗裝置缺少平層傳感器來感受電梯位置，電梯的上下運行也只是靠指示燈模擬，仍然存在不夠直觀的缺點。但輸入系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)與PLC的連接一覽無余，能給學(xué)生一個清晰的系統(tǒng)認(rèn)識。學(xué)生能夠通過其明白輸入電路和輸出電路是如何設(shè)計并與PLC連接的。

（三）PLC編程水平的提高

為了使學(xué)生能更好地掌握編程技巧，讓學(xué)生直觀感受到控制對象是如何在自己編寫的程序下對控制對象進(jìn)行控制的，我們借助了實驗室購買的電梯仿真實驗裝置，圖3為電梯仿真軟件主界面。在計算機(jī)屏幕上，電梯的動作直觀，開門、關(guān)門、上、下等動作與實際電梯接近。學(xué)生下載自己編寫的程序，觀察電梯的動作是否達(dá)到自己的預(yù)定要求，實驗興趣極大。

本著從簡到難循序漸進(jìn)的原則，我們讓學(xué)生先編寫相對簡單的四層電梯控制程序。在對單部四層樓層電梯的控制了然于胸后，逐步增加難度，嘗試編寫更復(fù)雜的程序來控制畫面中的多部電梯和不同樓層數(shù)的電梯控制，這樣對PLC的各種指令就有了全面的了解。另外，從圖3不難看出，為了節(jié)省硬件資源，這套實驗裝置借助了Profibus-DP通訊模塊來實現(xiàn)PLC與仿真對象的連接，還可以使學(xué)習(xí)者增加了通訊軟、硬件方面的知識。

三、教學(xué)成果

實踐教學(xué)的重點是培養(yǎng)學(xué)生的高素質(zhì)工程應(yīng)用能力。為了檢驗學(xué)習(xí)成果，我們在實驗中注意選拔優(yōu)秀學(xué)生，鼓勵他們參加一年一度的“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽。雖然我們是從非電類專業(yè)的學(xué)生中選出參賽選手，但學(xué)生們卻在比賽中取得了令人滿意的成績，其中合理的PLC實驗教學(xué)三部曲功不可沒。

四、結(jié)束語

實踐證明，經(jīng)過這三個實驗過程，基本上使學(xué)習(xí)者對PLC的硬件連接和軟件設(shè)計有了全面完整的認(rèn)識。在這三個過程的實施中，以學(xué)生為中心，學(xué)習(xí)者由淺入深地了解`PLC，既有硬件的學(xué)習(xí)，又有軟件的深入，是基于成果導(dǎo)向（OBE）的教學(xué)過程，是激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和有效學(xué)習(xí)，教學(xué)過程突出學(xué)生深度參與、與實踐體驗的實驗教學(xué)。

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Three Steps of PLC Experimental Teaching

FAN Xiao-lan，ZHAO Chun-feng，HE Zhi-min，LU Shan-ting

（Engineering Training Center，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China）

Abstract：This article analyzes and demonstrates the three steps of PLC experimental teaching.Based on modular experimental equipment，students can quickly get a rudimentary grasp of PLC by connecting circuit and programming.Then they can analyze a complete PLC control system，which helps increase their engineering consciousness of designing and making PLC system.Finally，students can have a breakthrough grasp of PLC programming by elevator simulation experimental equipment.Practice has proved that with the three steps of learning，students will not only have a comprehensive understanding of the PLC control system，but also have a better grasp of its programming methods.

Key words：PLC;experiment teaching ;elevator simulation