工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專(zhuān)業(yè)“PLC技術(shù)”課程教學(xué)研究

唐翠翠

（深圳技師學(xué)院中德智造學(xué)院，廣東 深圳 518112）

1 引言

近年來(lái)，隨著工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)事業(yè)中的蓬勃發(fā)展，PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用十分重要[1]，因此，在培養(yǎng)技工院校工業(yè)機(jī)器人類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的時(shí)候?qū)ⅰ癙LC技術(shù)”作為重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，與傳統(tǒng)的教學(xué)方法所不同的是，課程采用小班制教學(xué)，20人左右1個(gè)班，2人1個(gè)組，采取項(xiàng)目教學(xué)法，實(shí)行過(guò)程考核的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，基于PLC選用3個(gè)不同的硬件平臺(tái)作為教學(xué)載體，重在培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力、動(dòng)手能力，小組合作和自主學(xué)習(xí)能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程及畢業(yè)后從事專(zhuān)業(yè)相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，接下來(lái)將對(duì)該課程在教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行分析與探討。

2 PLC選型

市場(chǎng)上PLC各大生產(chǎn)商的產(chǎn)品差異較大，編程指令、軟件不通用，由于學(xué)校的經(jīng)費(fèi)、實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地、學(xué)生教學(xué)時(shí)間等的限制，不可能引進(jìn)眾多不同類(lèi)型的PLC設(shè)備，這也是目前教學(xué)中面臨的主要問(wèn)題。前幾年三菱的PLC在筆者所在地區(qū)市場(chǎng)占有率較高[2]，學(xué)校引進(jìn)三菱的產(chǎn)品，但隨著企業(yè)的更新?lián)Q代，它的占有率降低，西門(mén)子的產(chǎn)品占據(jù)了大部分市場(chǎng)，學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生要適應(yīng)市場(chǎng)的需求，另外西門(mén)子的產(chǎn)品官方網(wǎng)站上免費(fèi)的資料庫(kù)很全，便于學(xué)生自學(xué)，這是其他公司所無(wú)法比的，因此本課程選擇主流的西門(mén)子PLC作為教學(xué)內(nèi)容。西門(mén)子PLC有很多型號(hào)，之前市場(chǎng)應(yīng)用比較多的是S7-300/400，但也逐漸進(jìn)入退市階段，S7-1200/1500是新一代PLC，其中S7-1200具有很高的性?xún)r(jià)比，價(jià)格實(shí)惠，功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛，其開(kāi)發(fā)平臺(tái)是TIA Portal，具有直觀、高效、可靠的特點(diǎn)，深受用戶(hù)喜愛(ài)[3]，因此，在教學(xué)過(guò)程中采用西門(mén)子S7-1200。

3 項(xiàng)目設(shè)置

基于實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的本課程平臺(tái)，網(wǎng)孔板上安裝有西門(mén)子S7-1200、開(kāi)關(guān)量輸入輸出拓展模塊、觸摸屏、電源等外圍硬件，控制的對(duì)象有3種類(lèi)型：①控制盒。具有8個(gè)開(kāi)關(guān)8個(gè)指示燈。②帶有傳送帶的簡(jiǎn)約版沖床。③小型自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。該系統(tǒng)具有供料、加工、搬運(yùn)和分揀產(chǎn)品功能，由供料單元、正孔加工單元、旁孔加工單元、循環(huán)送料轉(zhuǎn)臺(tái)單元、分揀單元組成?；谶@3種控制對(duì)象設(shè)置項(xiàng)目任務(wù)，從認(rèn)識(shí)PLC，了解它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外圍硬件接線(xiàn)，到TIA Portal軟件的應(yīng)用，包括參數(shù)配置、基本功能塊指令、特殊功能模塊等。通過(guò)項(xiàng)目任務(wù)對(duì)PLC的編程流程，指令應(yīng)用，按鍵開(kāi)關(guān)、指示燈、傳送帶正反轉(zhuǎn)、傳感器的控制方式，沖床工作流程，機(jī)械臂動(dòng)作的工藝流程，氣動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)的控制過(guò)程有所掌握。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)課程設(shè)置3個(gè)大項(xiàng)目，在具體實(shí)施過(guò)程中，大項(xiàng)目里面再分小項(xiàng)目。

項(xiàng)目一中，通過(guò)認(rèn)識(shí)網(wǎng)孔板上元器件、電氣接線(xiàn)，控制盒的內(nèi)部電路，讓學(xué)生了解實(shí)訓(xùn)平臺(tái)硬件電路，并對(duì)電路進(jìn)行基本的檢測(cè)與排故；接著掌握梯形圖的組成、會(huì)識(shí)圖、設(shè)計(jì)圖，再到讓學(xué)生學(xué)習(xí)TIA Portal軟件平臺(tái)的基本應(yīng)用，教師現(xiàn)場(chǎng)演示，并將相應(yīng)操作視頻共享給學(xué)生。然后編寫(xiě)簡(jiǎn)單的程序來(lái)對(duì)硬件進(jìn)行檢測(cè)，排除故障。在此過(guò)程中學(xué)生對(duì)PLC的外圍電路接線(xiàn)、排故會(huì)有所掌握。硬件一切就緒之后，就可以針對(duì)控制盒上的8個(gè)燈8個(gè)按鈕設(shè)置不同的來(lái)源于生活的小任務(wù)，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)、調(diào)試程序的過(guò)程中知道PLC的奇妙。設(shè)置的任務(wù)有雙控?zé)舻目刂?，搶答器、電機(jī)星三角啟動(dòng)，燈按不同順序點(diǎn)亮、停車(chē)場(chǎng)控制，小車(chē)往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，十字路口交通燈的控制等。

項(xiàng)目二中，學(xué)生了解了簡(jiǎn)約版沖床。首先，認(rèn)識(shí)沖床的組成部分，了解沖床的工作原理及輸入輸出接口，對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)、排故；然后編程對(duì)沖床進(jìn)行控制，設(shè)置的小任務(wù)有傳送帶自動(dòng)循環(huán)往返，沖床自動(dòng)循環(huán)往返，物品檢測(cè)，帶有物品檢測(cè)、傳送、沖壓功能的綜合控制等，讓學(xué)生在此過(guò)程中掌握傳送帶的控制方式及沖床的工作過(guò)程。

項(xiàng)目三是學(xué)習(xí)小型自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的控制。首先，學(xué)生先了解各單元的結(jié)構(gòu)，找到對(duì)應(yīng)的傳感器、電磁閥等對(duì)應(yīng)的PLC輸入輸出點(diǎn)，對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行檢查，I/O對(duì)照編程測(cè)試，進(jìn)行信號(hào)確認(rèn)和電路排故；然后按照生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)流程對(duì)送料、轉(zhuǎn)臺(tái)、孔加工、機(jī)械臂各個(gè)單元進(jìn)行編程調(diào)試，最后編寫(xiě)一個(gè)具有黑白物料檢測(cè)加工搬運(yùn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)綜合控制程序。通過(guò)項(xiàng)目三讓學(xué)生對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的工作流程有了很清晰的認(rèn)識(shí)，能對(duì)其進(jìn)行編程調(diào)試。完成每一個(gè)大項(xiàng)目之后，讓學(xué)生進(jìn)行總結(jié)匯報(bào)。

5 教學(xué)實(shí)施

本課程在教學(xué)中始終按照學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程，從易到難層層遞進(jìn)，讓學(xué)生既有成就感，又感覺(jué)成就來(lái)之不易。教學(xué)過(guò)程采用“以行動(dòng)為導(dǎo)向，以工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)”，讓學(xué)生在做中學(xué)，學(xué)中做[4]。教師的角色是引路人，當(dāng)學(xué)生已經(jīng)熟悉軟件的基本應(yīng)用，外圍硬件的結(jié)構(gòu)組成和調(diào)試方法，教師就是布置任務(wù)，巡查指導(dǎo)，檢查評(píng)分，針對(duì)共性問(wèn)題集中講解，學(xué)生通過(guò)小組討論、編程實(shí)踐，獨(dú)立完成任務(wù)。對(duì)于完成速度快、質(zhì)量高的小組給予高分，其他組以此類(lèi)推，這樣大部分學(xué)生間就存在競(jìng)爭(zhēng)，學(xué)習(xí)氛圍很好。

課程采用小班教學(xué)，20人左右，分為10組，在分組的時(shí)候先了解學(xué)生的特點(diǎn)和以往的成績(jī)，小組成員強(qiáng)弱搭配，互幫互助。任務(wù)設(shè)置有通用任務(wù)和拓展任務(wù)，有的做的快的學(xué)生可以做拓展任務(wù)，它屬于加分項(xiàng)，可以激發(fā)學(xué)生的積極性，同時(shí)讓課堂任務(wù)比較充實(shí)。

教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用學(xué)校引進(jìn)的教學(xué)云平臺(tái)，根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，布置預(yù)習(xí)作業(yè)、課堂作業(yè)、課后作業(yè)、小組任務(wù)、在線(xiàn)測(cè)驗(yàn)，上傳并且共享教學(xué)資源，線(xiàn)上批改作業(yè)等，學(xué)生用手機(jī)從學(xué)校官方微信公眾號(hào)就可以進(jìn)入云平臺(tái)，不需要另外安裝APP軟件，操作非常方便，學(xué)生比較喜歡。在題目設(shè)置方面盡量都是以選擇題之類(lèi)的形式呈現(xiàn)，這樣學(xué)生用手機(jī)操作比較方便。

完成每一個(gè)大項(xiàng)目之后，安排實(shí)操考試，單人單工位考，檢驗(yàn)學(xué)生的掌握情況，同時(shí)也可以激勵(lì)學(xué)生的上進(jìn)心，對(duì)于本項(xiàng)目考試不理想的學(xué)生可以在下一個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)中更加努力。另外，會(huì)安排項(xiàng)目匯報(bào)，以小組形式進(jìn)行，每個(gè)小組匯報(bào)自己的小組情況、成果展示、經(jīng)驗(yàn)交流，尤其是故障檢測(cè)和排故、編程思路的經(jīng)驗(yàn)分享，各小組可以互相借鑒。課程成績(jī)由考勤、實(shí)訓(xùn)室6S、課堂表現(xiàn)、平時(shí)任務(wù)成績(jī)、實(shí)操考試成績(jī)、理論考試成績(jī)、項(xiàng)目匯報(bào)多項(xiàng)內(nèi)容匯總構(gòu)成。

6 教學(xué)效果與反思

該課程實(shí)施比較順利，效果不錯(cuò)，學(xué)生的積極性、小組合作能力、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力得到了提升，課程內(nèi)容充實(shí)，能滿(mǎn)足不同學(xué)生的需求，學(xué)生快樂(lè)地收獲知識(shí)。云平臺(tái)理論知識(shí)的布置，讓學(xué)生理論知識(shí)得到了提升，服務(wù)于課堂教學(xué)，在保證安全的情況下，教師盡量放手讓學(xué)生自己做，讓他們?cè)谧鲋袑W(xué)，學(xué)中做。當(dāng)遇到共性問(wèn)題時(shí)教師再集中講解，會(huì)更加吸引學(xué)生的注意力。學(xué)生相互學(xué)習(xí)的能力很強(qiáng)，只要有學(xué)生會(huì)了，他們會(huì)相互請(qǐng)教相互學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。但在教學(xué)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了一些不足之處，例如，一個(gè)班有兩三個(gè)學(xué)習(xí)能力比較弱的學(xué)生跟不上節(jié)奏，即使組員已經(jīng)很用心地在教他了，但還是有些力不從心，他們的成績(jī)不太理想，對(duì)于這些學(xué)生還是需要再想想策略；實(shí)訓(xùn)平臺(tái)有的設(shè)備由于經(jīng)常被使用，出現(xiàn)某些功能不全的情況，個(gè)別小組要借用其他組的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，影響小組的進(jìn)度和積極性。

7 總結(jié)

綜上所述，在“PLC技術(shù)”課程的教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)平臺(tái)的選用及教學(xué)任務(wù)的設(shè)置十分重要，配合適合學(xué)生的教學(xué)方法，因材施教，教師授之以漁，才能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，讓學(xué)生學(xué)有所用，對(duì)軟硬件知識(shí)都有所掌握，服務(wù)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程，適應(yīng)社會(huì)崗位需求。