基于PLC 運(yùn)料小車制作反觀課程改革

崔少軍，王 聰，苗 鵬，王 艷

（汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 汕尾 516600）

PLC 應(yīng)用技術(shù)課程有編寫運(yùn)料小車控制程序的案例，實(shí)際教學(xué)中通過仿真或LED 燈顯示等方法來驗(yàn)證程序，但缺乏真實(shí)的運(yùn)料小車工作情景，因此利用學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)完成運(yùn)料小車教具設(shè)計(jì)與制作。設(shè)計(jì)過程中需運(yùn)用電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子技術(shù)等課程內(nèi)容，但學(xué)生很難靈活運(yùn)用課程知識解決實(shí)際問題?，F(xiàn)有課程教學(xué)內(nèi)容（教材）與實(shí)際應(yīng)用銜接太少，尤其是專業(yè)基礎(chǔ)課，高職教育課程改革勢在必行。

1 PLC 運(yùn)料小車模型設(shè)計(jì)

為了簡化設(shè)計(jì)，將運(yùn)料小車模型所運(yùn)的“料”用“水”代替，右邊為儲料箱，左邊為用料，小車在平臺上左、右循環(huán)運(yùn)料，采用PLC 循環(huán)控制往返運(yùn)行，構(gòu)建起運(yùn)料小車的工作模型。

制作運(yùn)料小車實(shí)物模型。放料裝置由儲料箱（PVC 材料）和放料電磁閥（洗衣機(jī)進(jìn)水閥改制）構(gòu)成；運(yùn)料車采用PVC 材料，內(nèi)部安裝卸料電磁閥；牽引裝置采用低速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，左右兩邊各固定一個(gè)滑輪，牽引線（用松緊帶）連接運(yùn)料車，同時(shí)左右兩邊各安裝一個(gè)限位開關(guān)（燃?xì)鉄崴髦械奈?dòng)開關(guān)）；平臺與支架用輕便的膠合板搭建。該運(yùn)料車輔助電路包括定時(shí)顯示、報(bào)警、電源、PLC連接電路及到位自動(dòng)放料電磁裝置等（見圖1）。

2 PLC 運(yùn)料小車硬件設(shè)計(jì)

圖1 PLC 運(yùn)料小車實(shí)物模型

2.1 出料電磁閥設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)儲料下方的出料電磁閥不能直接用洗衣機(jī)進(jìn)水閥代替。原因有兩個(gè)：一是電壓太高（220V交流電）不安全；二是水槽水壓不同于自來水水壓，水壓太小閥門不開啟。解決方案是重新纏繞線圈，采用12V 直流驅(qū)動(dòng)。根據(jù)“電路基礎(chǔ)”知識，先估算電源功率，確定電流I 小于0.5～0.1A 為宜，由歐姆定律算出漆包線電阻取值范圍在24～120?，根據(jù)匝數(shù)估算長度，再由電阻定律算出漆包線的線徑，確定0.35～0.14mm，根據(jù)漆包線線徑與電流、線徑與電阻對照表，確定線徑和長度，纏好的電磁閥接上12V 電源，通電測試幾分鐘摸線圈不過熱便可（實(shí)際工作設(shè)定10 秒出料）[1]。

2.2 小車左行到位卸料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在運(yùn)料小車運(yùn)行過程中，如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)料車碰到左邊限位開關(guān)自動(dòng)停止同時(shí)自動(dòng)放水的問題，設(shè)計(jì)中采用小車內(nèi)的電磁閥接9V 電池與干簧管串聯(lián)，干簧管處于常開，小車運(yùn)行到左邊碰到限位開關(guān)停止，同時(shí)干簧管靠近電磁鐵（固定在支架上，左限位開關(guān)接通電磁體電源），干簧管吸合，小車內(nèi)9V 電源電磁閥開啟卸料，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。此電磁鐵采用 “]”磁芯（老式電視機(jī)行輸出變壓器磁芯），選用漆包線的參數(shù)，纏繞方法同上[2]。

2.3 顯示系統(tǒng)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用三菱FX1S-14MT8 入6 出的PLC控制器件，出料、卸料定時(shí)顯示的數(shù)碼管都采用PLC 驅(qū)動(dòng)。因輸出端口不夠故數(shù)顯模塊采用單片機(jī)控制。工作結(jié)束報(bào)警電路用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中提到的555 音頻振蕩器即可解決此問題[3]。

2.4 電源及電機(jī)控制

基于上述各硬件模塊的設(shè)計(jì)，除單片機(jī)用5 V以外，其余均采用12 V 電壓，采用“模擬電子技術(shù)”課程中的直流穩(wěn)壓電源知識完成電源電路設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)選用10 W左右的220V/12V小型變壓器，以7812、7805 為輸出模塊設(shè)計(jì)電路即可。運(yùn)料小車往返運(yùn)行，即電機(jī)能正反轉(zhuǎn)問題，可以結(jié)合“電力拖動(dòng)技術(shù)”課程中的電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本控制通過PLC 分別控制兩個(gè)小型直流12 V 繼電器便可實(shí)現(xiàn)[4]。

2.5 平臺與支架設(shè)計(jì)

支架、儲料盒、運(yùn)料小車的設(shè)計(jì)，運(yùn)用“機(jī)械制圖”課程中的三視圖知識不難完成相關(guān)設(shè)計(jì)。支架選用膠合板，儲料盒、運(yùn)料小車選擇有機(jī)玻璃較好，剩下就是裁剪、粘合、組裝技術(shù)。

3 反觀課程教學(xué)內(nèi)容改革

基于上述PLC 運(yùn)料小車各部分硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)可知，解決每個(gè)問題的知識、技能都源于已學(xué)的專業(yè)課程，但學(xué)生不能較好地運(yùn)用所學(xué)課程知識解決實(shí)際問題。翻閱現(xiàn)有教材，內(nèi)容還是以傳授知識體系為主。要想學(xué)生學(xué)以致用，在實(shí)際教學(xué)過程中應(yīng)面向工作崗位要求，將課程要求的知識、能力的培養(yǎng)融入一個(gè)個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中進(jìn)行教學(xué)。

例如，繼電器、電磁閥等在電路中經(jīng)常遇到，有必要添加到課程教學(xué)中來。如上述運(yùn)料小車使用的兩種不同電磁閥，有了這方面知識就可自制完成；電容、電感串并聯(lián)諧振內(nèi)容放到高頻電子技術(shù)課程中講授；電路的基本定理、定律與分析方法，直流激勵(lì)下的一級動(dòng)態(tài)電路等知識可在電路基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)課程中通過驗(yàn)證性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目來完成；元器件選用、測量、裝配，電路分析、故障診斷，儀器儀表的使用維護(hù)等能力的培養(yǎng)可嵌入到電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)課程的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目實(shí)施教學(xué)。

經(jīng)過多年教學(xué)實(shí)踐，對電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子技術(shù)等課程進(jìn)行有益的探索和改革，總結(jié)梳理了課程對應(yīng)的知識、能力清單及所對接的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目（見表1～4）。

在教學(xué)過程中，通過實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目將課程各章節(jié)知識有機(jī)結(jié)合，學(xué)生更容易接受，可有效提高專業(yè)基本能力，遇到諸如上述PLC 運(yùn)料小車等電子產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)制作，學(xué)生也有能力解決。

表1 電路基礎(chǔ)課程知識、能力、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目內(nèi)容對接[5]

表2 模擬電子技術(shù)課程知識、能力、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目對接 [6]

4 小結(jié)

由于篇幅所限，本文僅以部分電子類專業(yè)課程為例，淺析了教學(xué)中如何將課程的知識、能力、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目有效對接實(shí)施教學(xué)，并對課程改革進(jìn)行了積極的思考和探索。在實(shí)際教學(xué)中，不能一本教材講到底，課程內(nèi)容應(yīng)隨新產(chǎn)品、新技術(shù)的出現(xiàn)以及授課對象的不同及時(shí)更新實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目實(shí)施教學(xué)，學(xué)生知識、能力、素養(yǎng)的形成最終落腳點(diǎn)還是課程教學(xué)，所以課程改革永遠(yuǎn)在路上。

表3 數(shù)字電子技術(shù)課程知識、能力、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目對應(yīng)表[7]

表4 高頻電子技術(shù)課程知識、能力、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目對應(yīng)表[8]