基于技能大賽的PLC綜合實訓(xùn)教學(xué)改革和實踐
——以一堂PLC實訓(xùn)課為例

新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院 盧哲

引言

筆者連續(xù)兩年和同事組成兩人團隊參加全國職業(yè)院校技能大賽暨自治區(qū)預(yù)賽（高職教師組）現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試項目的比賽，并指導(dǎo)學(xué)生也參加此項目學(xué)生組的比賽。實實在在地和學(xué)生學(xué)在一起、練在一起、比在一起 ，從備賽到參賽再到調(diào)試配合裁判評分，親身經(jīng)歷了備賽過程中的困難險阻、勞累艱辛，比賽時的緊張氛圍，領(lǐng)獎時的激動心情?，F(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試的比賽項目主要是以實際生產(chǎn)為任務(wù)工況環(huán)境，PLC控制技術(shù)為主體 ，并融入電機拖動技術(shù)、變頻器調(diào)速技術(shù)、觸摸屏組態(tài)控制技術(shù)等學(xué)科知識，綜合性很強，難度較大。但是收獲很多。伴隨著諸多收獲的同時也發(fā)現(xiàn)自己在實施教學(xué)過程中存在的一些問題，爭取做到以賽促教 ，以賽促學(xué)，故對自己的授課內(nèi)容做了一些的調(diào)整。文中將以《PLC綜合實訓(xùn)》中一節(jié)實訓(xùn)內(nèi)容為例展開介紹。

1 《PLC綜合實訓(xùn)》的教學(xué)現(xiàn)狀

《PLC綜合實訓(xùn)》作為輔助《PLC應(yīng)用技術(shù)》這門專業(yè)課理論知識的實踐應(yīng)用，在實踐教學(xué)中使用PLC綜合實訓(xùn)臺完成實訓(xùn)任務(wù)，由各種模塊構(gòu)成，如PLC模塊、按鈕模塊等，學(xué)生只需插線即可，雖然很方便，大大降低了難度，但也省掉了硬件接線的環(huán)節(jié)。以往主要進行的實訓(xùn)項目和訓(xùn)練的程序內(nèi)容有：“多種液體自動混合”——步進指令單分支的應(yīng)用，“生產(chǎn)線自動送料裝車系統(tǒng)”——步進指令選擇性分支的應(yīng)用，“交通燈控制”——步進指令并行分支的應(yīng)用；“ 全自動洗衣機控制 ”——步進指令單分支內(nèi)包含子分支的應(yīng)用；“鐵塔之光 ”和“簡易四層電梯控制”——功能性指令的應(yīng)用。在我校，電氣自動化專業(yè)圍繞這些項目一般進行為期兩周的實訓(xùn)。雖然這些實訓(xùn)項目內(nèi)容比較經(jīng)典，難度偏上，但是僅僅只能滿足對課堂理論知識所學(xué)指令理解的強化和實踐。距離職業(yè)技能大賽的賽項內(nèi)容和滿足行業(yè)需求還有一定差距，許多在實踐工作上常用的內(nèi)容都沒有涉及，如學(xué)生沒有接觸過完整的硬件接線，只是插線。再如，不能接觸到多個PLC的通訊等。

2 教學(xué)改革實踐[3]

筆者以親身經(jīng)歷技能大賽后獲得的經(jīng)驗， 并結(jié)合自己在平時教學(xué)中的總結(jié)，對《PLC綜合實訓(xùn)》進行了一些教學(xué)改革。

2.1 對教學(xué)內(nèi)容的整合

除了上述內(nèi)容，《PLC綜合實訓(xùn)》還應(yīng)涉及電工電子技術(shù)、機床電氣控制、傳感器測量與檢測技術(shù)、觸摸屏組態(tài)技術(shù)和變頻器調(diào)速技術(shù)等 ，應(yīng)該將這些學(xué)科知識融合起來，構(gòu)建起聯(lián)系，讓學(xué)生對各個學(xué)科的內(nèi)容有更深入、更具體的聯(lián)系。具體實施過程就是創(chuàng)設(shè)工作情境，把大賽涉及的內(nèi)容劃分成小的實訓(xùn)任務(wù)，將難度降低，每個任務(wù)都有目的性、針對性地完成一些知識點。最后再通過一個綜合型的任務(wù)將各部分聯(lián)合起來。以2018年現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試項目的賽題為例，它的實質(zhì)是用到兩個PLC實現(xiàn)對電機的Y-△ 降壓啟動、變頻器控制的電機實現(xiàn)變速、步進電機、雙速電機這四種電機的控制 ，并用組態(tài)觸摸屏來實現(xiàn)操作，還可以用按鈕模塊來調(diào)試，此外還有PLC之間的通訊。為了擴大知識面，讓任務(wù)由易至難逐層遞進，又增設(shè)了單速電機、電機正反轉(zhuǎn)和雙速電機正反轉(zhuǎn)等受PLC控制的內(nèi)容。在教學(xué)中，筆者把它們兩兩組合。如：基于生產(chǎn)環(huán)境，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和變頻電機、雙速電機和變頻電機、雙速電機和正反轉(zhuǎn)、單速電機和步進電機、變頻電機和步進電機、Y-△降壓啟動和變頻電機等。在以前的實訓(xùn)任務(wù)中選擇了一些在課堂理論教學(xué)過程中完成 ，不但讓學(xué)生及時消化理論知識及時消化，還能使實訓(xùn)周有更多課時完成這些綜合性強的內(nèi)容。但課堂實訓(xùn)時間有限，不可能完全完成，因此可以把部分內(nèi)容演變成考試題，將各個知識面都充分利用起來。

2.2 對實訓(xùn)資源整合

之前缺乏經(jīng)驗，為了備賽 ，有些元件都是“拆東墻補西墻 ”來滿足訓(xùn)練，訓(xùn)練完再安裝回去。 在經(jīng)費有限的情況下，想實現(xiàn)成立專門技能大賽項目的實訓(xùn)室是有難度的， 也有可能會造成資源浪費?？梢栽诂F(xiàn)有的電工實訓(xùn)室基礎(chǔ)上，多采購一些不同型號的PLC、步進電機 、變頻器 、組態(tài)觸摸屏 ，按鈕模塊等元件 ，以靈活完成多種項目。不至于因為元件缺乏而影響訓(xùn)練，也不至于元件不夠用使訓(xùn)練和正常教學(xué)產(chǎn)生矛盾。

2.3 對考核辦法創(chuàng)新[2]

堅持考核形式多樣化，注重過程性考核。每個項目都會進行一次小組互評，并對每個同學(xué)進行學(xué)生個人評分。小組成績 = 每個實訓(xùn)任務(wù)完成度60%+ 接線的工藝性20%+ 做衛(wèi)生、著裝等情況20%。學(xué)生個人得分 = 小組分40%+ 個人在實訓(xùn)中的表現(xiàn)情況60%，防止個別同學(xué)渾水摸魚。課程總評成績 = 實訓(xùn)報告成績30%+ 平時表現(xiàn)70%。平時表現(xiàn)則為學(xué)生個人得分的平均成績。避免出現(xiàn)平時不認真實訓(xùn) ，只靠完成一個實訓(xùn)報告就得高分的現(xiàn)象。

3 實訓(xùn)教學(xué)過程

教學(xué)過程要充分體現(xiàn)學(xué)生自主思考、探索、實踐、調(diào)試的過程，教師則是起到正確引導(dǎo)、提示、及時總結(jié)和給予學(xué)生積極評價的作用。和理論教學(xué)一樣，也分為課前、課中和課后三個環(huán)節(jié)。

3.1 課前預(yù)習(xí)

實訓(xùn)周期間學(xué)生所有的理論課都會停課，20至24學(xué)時實訓(xùn)課之外，學(xué)生有許多閑暇的時間。提前把任務(wù)書發(fā)放至每個學(xué)生，要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)，編制程序上課時檢查。

3.2 課中實訓(xùn)

課中實訓(xùn)是教學(xué)的重點，主要有任務(wù)分配和分析、任務(wù)實踐、小組互評和個人評分、任務(wù)小結(jié)、課后作業(yè)等5個環(huán)節(jié)。將結(jié)合一個具體的實訓(xùn)任務(wù)為例，并把該任務(wù)的接線原理等圖和程序完整的分享給大家。

3.2.1 任務(wù)分配和分析

把學(xué)生分成若干組，每組2至3人，組內(nèi)劃分職責(zé)，如：編程、接線等。接下來舉一個具體的任務(wù)實例來說明：

在某混料裝置項目中，需要用到步進電機M1（只進行單向正轉(zhuǎn)運行）和變頻電機M2進行加料（有正反轉(zhuǎn)），其中：

按下啟動按鈕SB5（x0）后，M1以速度1啟動(每脈沖轉(zhuǎn)動角度為0.1125度，每秒1圈)。再按下SB5按鈕M1電機以速度2(每脈沖轉(zhuǎn)動角度為0.45度，每秒3圈) 運行按下停止按鈕SB6（x2），M1電機停止。

按下啟動按鈕SB5（x1）后，電機M2以25Hz正轉(zhuǎn)啟動，再按下SB5按鈕M2電機50Hz反轉(zhuǎn)運行，加速時間為0.5s，按下停止按鈕SB6，M2電機停止。

分析任務(wù)：題目主要涉及步進電機、變頻器和PLC型號選擇。對于步進電機需要注意接線、步進電機的編程指令。對于變頻器需要注意接線、參數(shù)設(shè)置。此外，步進電機只能選用能產(chǎn)生高頻信號的T型PLC, 而變頻器接三相交流電， 故選用R型PLC。學(xué)生有提前預(yù)習(xí)，但對于新的知識需要著重講解。

3.2.2 任務(wù)實踐

圖1電氣原理圖

圖2元件布局圖

完成一個任務(wù)，大致需經(jīng)歷以下六步：（1）任務(wù)分析；（2）完成I/O地址分配；（3）完成電路圖、元件布局圖的設(shè)計，見圖1和圖2，注意兩個PLC之間的通訊 ；（4）正確接線 ，注意接線工藝性，做到橫平豎直，不交叉。通電前必須用萬用表測量有無短路和接線錯誤。接線時最好按圖接線可以避免很多錯誤。（5）變頻器的參數(shù)設(shè)置，見表1；（6）PLC程序的編制，對步進電機用PLSY指令，還用到了功能指令和普通指令的配合使用，見圖3；（7）下載程序，根據(jù)任務(wù)要求的動作完成調(diào)試，檢查程序是否能完成動作要求。完成這部分內(nèi)容需要組內(nèi)同學(xué)互相配合。能完整調(diào)試成功的過程中會遇到很多問題，培養(yǎng)了學(xué)生不氣餒，會排查錯誤，并盡力解決問題的寶貴品質(zhì)。

表1變頻器參數(shù)設(shè)置表

圖4FX3U-48MR型PLC內(nèi)的程序

3.2.3小組互評和個人評分

這部分內(nèi)容上文已講過，不再重復(fù)。注重此部分主要是讓同學(xué)之間互相學(xué)習(xí)，取長補短。如，接線的工藝性。再如工作臺面是否干凈整齊，是否能做到零線頭等。這些都是大賽比較重視的部分，也是工作中需要的寶貴品格。

3.2.4 任務(wù)小結(jié)

1～2分鐘的任務(wù)小結(jié)對重難點進行梳理，幫助學(xué)生構(gòu)建知識體系。

3.2.5 課后作業(yè)

完成實訓(xùn)報告的書寫，課前交作業(yè)，而不是拖到最后。并預(yù)習(xí)新的內(nèi)容。

3.3 課后復(fù)習(xí)

對本堂課學(xué)習(xí)到的知識、遇到的問題和困難、實訓(xùn)中出現(xiàn)的錯誤等進行詳細總結(jié)，并記錄在任務(wù)書上，作為以后工作中有參考價值的一手資料，培養(yǎng)學(xué)生勤思考、善總結(jié)的能力。

4 結(jié)語

經(jīng)過一系列的實訓(xùn)課程教學(xué)內(nèi)容的改革，學(xué)生在軟件編程、硬件設(shè)計和接線、調(diào)試等方面的能力得到了很大提高，在工具擺放整齊，臺面整潔等職業(yè)素養(yǎng)方面形成自覺習(xí)慣。學(xué)生在2019年自治區(qū)技能大賽中此項目獲得二等獎的好成績。學(xué)無止境，只有不斷參與，勇于迎接新挑戰(zhàn)才能接受更多新知識。