憑借西門子智能邏輯控制器實現(xiàn)太陽能自動跟蹤系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

孫鵬濤 翟慧

摘 要：本文以調(diào)試太陽能自動跟蹤系統(tǒng)為學(xué)習(xí)任務(wù)，通過任務(wù)書引導(dǎo)學(xué)生利用西門子LOGO！控制技術(shù)，實現(xiàn)預(yù)期的控制要求，從而達(dá)到抽象的知識具體化，解決學(xué)生對理論知識缺乏理解和應(yīng)用的教學(xué)難點的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：西門子LOGO！ 太陽能自動跟蹤 過程性調(diào)試 控制技術(shù)

控制技術(shù)課程是中等職業(yè)學(xué)校電氣技術(shù)類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)核心課程?？刂萍夹g(shù)課程大致包括西門子LOGO?。ㄎ鏖T子工業(yè)控制計算機的擴展模塊）控制技術(shù)、PLC（可編程序控制器）控制技術(shù)、變頻器控制技術(shù)等內(nèi)容。本文所講的控制技術(shù)課程采用了西門子LOGO！控制技術(shù)，結(jié)合職業(yè)學(xué)校教學(xué)實際與生產(chǎn)崗位需求，從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，突出了知識的應(yīng)用性和實踐性;以企業(yè)典型案例作為素材，突出了技能培養(yǎng)，提高了教學(xué)的針對性。通過學(xué)習(xí)太陽能自動跟蹤裝置系統(tǒng)，學(xué)生能夠掌握主機模塊的檢測及調(diào)試、軟件和硬件的調(diào)試，并通過LOGO！控制器給出指令，實現(xiàn)對太陽方位的跟蹤。

一、中職學(xué)生在控制技術(shù)方面實驗?zāi)芰ΜF(xiàn)狀

中職學(xué)校培養(yǎng)的是技能型人才，他們除了要掌握過硬的基礎(chǔ)理論知識外，更重要的是要具備很強的實驗?zāi)芰?。多年的教學(xué)實踐證明，中職學(xué)生的實驗?zāi)芰^差，主要表現(xiàn)為：基本操作不規(guī)范、實驗裝配不熟練、實驗過程中總結(jié)歸納能力不強、實驗結(jié)果不重視、對理論知識理解能力較差等。

學(xué)生實驗?zāi)芰Σ畹闹饕蛴校夯A(chǔ)差、底子薄、實驗態(tài)度不認(rèn)真、不注意實驗習(xí)慣和科學(xué)態(tài)度;學(xué)時壓縮、實驗課不能正常開足;調(diào)試過程不系統(tǒng)、記錄表格不全面;實驗中過程性考核不完善;實驗枯燥、無法貼近實際案例。

二、實驗裝置總體介紹

建議讓學(xué)生主動閱讀工作頁內(nèi)容，并通過教學(xué)訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生獨立分析、思考、解決問題的能力。

一是根據(jù)情境導(dǎo)入，對任務(wù)實例進(jìn)行分析，將發(fā)現(xiàn)的問題及理由填入表1中。

二是知識鏈接。該實驗裝置主要包括以下幾個部分：光傳感器模塊、太陽能跟蹤控制模塊、LOGO！主機模塊、LOGO！TD模塊等。光傳感器模塊是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號;太陽能自動跟蹤控制模塊主要實現(xiàn)太陽方位檢測與轉(zhuǎn)換;LOGO！主機模塊包含LOGO！主板和LOGO！控制器兩部分，LOGO！主板主要實現(xiàn)內(nèi)外部信號的傳送及運算，LOGO！控制器主要實現(xiàn)太陽能自動跟蹤程序的控制（見圖1、圖2）。

三、西門子LOGO！太陽能自動跟蹤實驗裝置的調(diào)試

學(xué)生不僅要學(xué)會怎么操作，還要懂得為什么這樣操作。通過教學(xué)訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生獨立分析、查找、記錄、解決問題的能力。

（一）LOGO！編程軟件介紹

這里主要涉及“工作頁5：模擬量放大器”。本次“模擬量放大器”實驗，是基于LOGO！軟件實現(xiàn)的。根據(jù)模擬量放大器的性能，轉(zhuǎn)動AI1～ AI4使模擬量輸出可調(diào)，最終達(dá)到V1～V4的輸出電壓連續(xù)可調(diào)。

先在LOGO！上編寫功能塊圖。

一是開始編寫電路程序，從輸出開始編寫，直至輸入結(jié)束編寫。

二是當(dāng)程序編輯完成后，就可以在LOGO！上測試了。按下ESC鍵返回到LOGO！菜單模式，有一個START（啟動），點擊OK，就進(jìn)入了程序運行階段。

三是根據(jù)模擬量放大器的性能，轉(zhuǎn)動AI1～ AI4，使AQ1模擬量輸出可調(diào)，最終達(dá)到V1～V4的輸出電壓連續(xù)可調(diào)。

（二）太陽能自動跟蹤裝置自動運行編程操作

這里涉及“工作頁6：裝置自動運行編程操作”。

1.LOGO！顯示屏的編程使用

硬件連接：如圖1所示，先將LOGO！TD的12V電源線，連接電纜同LOGO！主機模塊相應(yīng)接口進(jìn)行連接，然后再將LOGO！的編程電纜同電腦相連接，最后24V/2A直流電源同LOGO！主機模塊相連接，并接通電源。

2.LOGO！控制太陽能自動跟蹤裝置運行編程操作（手動）

硬件連接：如圖1所示，將主機模塊用24針數(shù)據(jù)電纜相連接，然后再將LOGO！的編程電纜同電腦相連接，最后24V/2A直流電源同LOGO！主機模塊相連接，并接通電源。

提醒：在LOGO！主機模塊上將六個黑色的撥盤開關(guān)撥至“D”的位置，將I1～I(xiàn)8八個紐扣開關(guān)置于中間“零位”;太陽能自動跟蹤裝置如圖2所示，將撥動開關(guān)1和撥動開關(guān)2撥向“右邊”位置，同時將電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋到底。

控制要求：當(dāng)按下LOGO！TD上的“F1”按鈕時，太陽能光電池板逆時針旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)按下LOGO！TD上的“F2”按鈕時，太陽能光電池板順時針旋轉(zhuǎn)。

在光電傳感器的輸出信號電壓發(fā)生偏差時開通電壓和關(guān)斷電壓，即輸出信號電壓5.02V， 開通電壓和關(guān)斷電壓為0.2V。在LOGO！顯示屏上顯示輸出信號電壓5.02V，開通電壓和關(guān)斷電壓為0.3V。

注意：請再次核對實物現(xiàn)象，并填寫表格。

3.太陽能自動跟蹤裝置自動運行編程操作

硬件連接：與（手動編程操作）上文相同。

控制要求：在實驗室內(nèi)，當(dāng)遮光罩罩住上面的光電傳感器時，太陽能光電池板順時針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)遮光罩罩住下面的光電傳感器時，太陽能光電池板逆時針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)天氣好、陽光充足時，學(xué)生可以在戶外進(jìn)行太陽能自動跟蹤裝置實驗。

四、課程特色與亮點

一是系統(tǒng)性強?？刂萍夹g(shù)最大的特點在于應(yīng)用，但是這一特點常常會在教學(xué)中被忽略。 所以要在西門子LOGO！教學(xué)中將硬件安裝、電子板檢測、軟件編程及整機調(diào)試等知識和LOGO！理論知識進(jìn)行密切的融合，最終設(shè)置一些具有實際意義的應(yīng)用項目，使學(xué)生從中得到鍛煉。

二是連貫性強。將涉及的每個知識點通過一個實際項目貫穿始終。例如在進(jìn)行設(shè)計的過程中，學(xué)生應(yīng)用了LOGO！編程進(jìn)行仿真調(diào)試，不但能夠畫出電器接線圖、接線、調(diào)試、運行，而且還能對其中遇到的問題進(jìn)行分析、解決。

三是習(xí)慣滲透。為學(xué)生制定適合學(xué)情的工作頁。工作頁不僅可以幫助學(xué)生快速理解內(nèi)容，還可以將理論知識和操作技能轉(zhuǎn)換為書面成果，讓學(xué)生養(yǎng)成良好的記錄習(xí)慣。

四是角色轉(zhuǎn)變。本次教學(xué)模式的另一個創(chuàng)新之處是教師的角色發(fā)生了轉(zhuǎn)變，教師由傳統(tǒng)的傳授者成為學(xué)生的協(xié)助者、促進(jìn)者，對整個教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計和組織。所以，教師應(yīng)引導(dǎo)教學(xué)過程，從可控課堂向自由課堂、構(gòu)建學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變， 并建立切實有效的過程性評價機制。

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（作者單位：孫鵬濤，上海信息技術(shù)學(xué)校

翟慧，上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）