制冷與空調(diào)專業(yè)《PLC編程與應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)探討

張品 段歡歡 吳殿法 劉丹

摘??要：PLC在制冷空調(diào)控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛，并且有著很大的應(yīng)用前景，目前制冷與空調(diào)專業(yè)《PLC編程與應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)中教學(xué)形式單一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與專業(yè)脫節(jié)。本文以培養(yǎng)合格的、面向工程應(yīng)用和開發(fā)型人才為目的，從教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容上對(duì)課程進(jìn)行探討，結(jié)合項(xiàng)目教學(xué)方法，設(shè)計(jì)了與《PLC編程與應(yīng)用技術(shù)》課程相配合的教學(xué)項(xiàng)目。項(xiàng)目教學(xué)點(diǎn)燃學(xué)生的求知欲和探索欲，提高學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)項(xiàng)目鍛煉了學(xué)生分析和解決問題的能力，提高了學(xué)生制冷空調(diào)控制工程的實(shí)踐能力，為培養(yǎng)制冷領(lǐng)域智能化人才奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);教學(xué)研究;工程應(yīng)用

一、概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，制冷技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來越廣泛，人們對(duì)制冷空調(diào)系統(tǒng)控制的安全性、穩(wěn)定性和節(jié)能性也提出了越來越高的要求。自動(dòng)控制已成為提高制冷品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性的最有效手段之一，采用自動(dòng)控制能夠保證制冷系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行，達(dá)到高效節(jié)能的目的[1]。隨著自控元器件的發(fā)展，制冷空調(diào)系統(tǒng)的控制技術(shù)方面取得了很大的進(jìn)步，由傳統(tǒng)的繼電器控制向程序化、數(shù)字化方向發(fā)展，由局部自動(dòng)控制到完全自動(dòng)控制發(fā)展?？删幊炭刂破鳎≒LC）控制在大型制冷裝置自動(dòng)化中應(yīng)用廣泛，如螺桿式和離心式壓縮機(jī)冷水機(jī)組、溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組、并聯(lián)壓縮機(jī)組等多采用PLC控制，并且由于PLC編程簡單，功耗小，可靠性和靈活性高，越來越多地應(yīng)用到小型制冷裝置的自動(dòng)控制中[2]。具有制冷專業(yè)知識(shí)又掌握PLC應(yīng)用技術(shù)的畢業(yè)生在制冷行業(yè)中供不應(yīng)求。在我國工科高等院校中，制冷空調(diào)專業(yè)將《PLC編程與應(yīng)用技術(shù)》作為一門核心專業(yè)課程，使學(xué)生不僅具備制冷專業(yè)知識(shí)而且具有一定的?PLC?知識(shí)，提高學(xué)生對(duì)制冷空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改造能力，滿足企業(yè)對(duì)此方面人才的需求。在此背景下，如果教學(xué)方式不變，仍以理論加實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，脫離與制冷空調(diào)工程應(yīng)用的實(shí)際聯(lián)系，那么學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)就難以落實(shí)。因此，本文從教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容方面，探究課程教學(xué)改革的方法。

二、《PLC?編程與應(yīng)用技術(shù)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀

（一）課程內(nèi)容豐富，但是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面缺乏有效實(shí)踐

《PLC?編程與應(yīng)用技術(shù)》是制冷空調(diào)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，課程的學(xué)時(shí)總數(shù)大致為48學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)24學(xué)時(shí)。理論課程通過介紹PLC的基礎(chǔ)知識(shí)和程序設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生熟悉PLC的基本組成、工作原理，熟練掌握西門子PLC的指令和編程方法，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)通過生產(chǎn)生活中的控制實(shí)例，驗(yàn)證指令功能，學(xué)習(xí)指令應(yīng)用以及程序設(shè)計(jì)方法學(xué)習(xí)各種控制要求的處理方法和編程思路，使學(xué)生熟練掌握西門子PLC編程軟件的使用、接線方法，對(duì)指令進(jìn)行驗(yàn)證學(xué)習(xí)。培養(yǎng)學(xué)生具有PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試和開發(fā)能力，以及PLC系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行、管理、維護(hù)和改造能力。在這種理論教學(xué)加課后實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)模式中，學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足，對(duì)分析問題和解決問題的應(yīng)用能力鍛煉不夠，對(duì)于培養(yǎng)合格的、面向工程應(yīng)用型人才十分不利。

（二）原有實(shí)訓(xùn)模塊與專業(yè)脫節(jié)，不能滿足未來對(duì)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的延伸需求

PLC課程教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)課程以PLC實(shí)訓(xùn)裝置為教學(xué)平臺(tái)，通過驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，幫助學(xué)生理解指令的功能，由于?PLC?實(shí)訓(xùn)設(shè)備是固定的項(xiàng)目模塊，如紅綠燈設(shè)計(jì)、天塔之光設(shè)計(jì)、搶答器設(shè)計(jì)，溶液自動(dòng)混合攪拌等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，沒有將PLC運(yùn)用在制冷空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際專業(yè)中的應(yīng)用存在脫節(jié)現(xiàn)象。這在某種程度上影響了制冷空調(diào)專業(yè)的學(xué)生對(duì)?PLC在制冷空調(diào)領(lǐng)域中應(yīng)用的理解，導(dǎo)致學(xué)生所做的項(xiàng)目與制冷空調(diào)行業(yè)的企業(yè)脫軌，不能真正掌握?PLC技術(shù)?在制冷空調(diào)實(shí)際工程中的應(yīng)用，不具備進(jìn)行實(shí)際制冷工程自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、改造和開發(fā)的能力，因而不能滿足用人單位的期望。

（三）學(xué)生求知探索欲望強(qiáng)烈，但是現(xiàn)有的教學(xué)無法充分調(diào)動(dòng)其積極性

《PLC編程與應(yīng)用技術(shù)》這門課程實(shí)踐性較強(qiáng)，學(xué)生有充足的時(shí)間進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練和探索。部分學(xué)生上完課后表示希望在完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)后，能夠進(jìn)行一些設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，特別是跟制冷空調(diào)專業(yè)相關(guān)的控制設(shè)計(jì)，體現(xiàn)出這門課程在專業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，以此培養(yǎng)他們的思考能力和解決專業(yè)問題的能力。目前課程的安排，使學(xué)生安于完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，缺乏探索的途徑，抑制了學(xué)生的好奇心，使學(xué)生缺少驅(qū)動(dòng)力，無法充分調(diào)動(dòng)其積極性。

三、課程教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)方式的創(chuàng)新

針對(duì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)企業(yè)對(duì)技術(shù)人才的能力要求，進(jìn)行課程項(xiàng)目化，改變傳統(tǒng)理論加實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的不足[3]。課程的項(xiàng)目化分為以項(xiàng)目為基礎(chǔ)和以項(xiàng)目為中心，以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的課程項(xiàng)目即基礎(chǔ)項(xiàng)目是將項(xiàng)目作為課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，學(xué)生通過參與項(xiàng)目，解決實(shí)際問題，獲得學(xué)科知識(shí)，培養(yǎng)工程能力，并提升綜合素質(zhì);以項(xiàng)目為中心的課程項(xiàng)目即實(shí)際案例是將項(xiàng)目作為課程設(shè)計(jì)和實(shí)施的中心，以解決項(xiàng)目問題為目標(biāo)，在項(xiàng)目真實(shí)情景下圍繞下項(xiàng)目任務(wù)開展[4]。在本課程項(xiàng)目化設(shè)計(jì)中以?《PLC?編程與應(yīng)用技術(shù)》課程為核心，本專業(yè)其他相關(guān)課程如?《制冷原理與設(shè)備》、《自動(dòng)控制原理》、《制冷裝置設(shè)計(jì)》、《空氣調(diào)節(jié)》、《制冷空調(diào)自動(dòng)控制技術(shù)》等與之建立內(nèi)容間的有機(jī)聯(lián)系，通過企業(yè)調(diào)研，結(jié)合當(dāng)前在制冷領(lǐng)域中PLC的典型應(yīng)用進(jìn)行基礎(chǔ)項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)計(jì)和實(shí)際案例的選擇?；A(chǔ)項(xiàng)目能夠通過任務(wù)引出和梳理所要學(xué)習(xí)的知識(shí)，避免學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)時(shí)感到枯燥乏味，沒有興趣，而且能夠幫助學(xué)生理解和掌握知識(shí)。實(shí)際案例通過在真實(shí)的情景下完成高要求的真實(shí)的工程項(xiàng)目任務(wù)，使學(xué)生涉及更多學(xué)科領(lǐng)域，對(duì)多學(xué)科知識(shí)有更好的掌握，培養(yǎng)學(xué)生具備解決各類復(fù)雜工程問題的能力?；A(chǔ)項(xiàng)目和實(shí)際案例的結(jié)合既能讓學(xué)生在循序漸進(jìn)地解決問題的過程中不斷地學(xué)習(xí)和提高自己的知識(shí)儲(chǔ)備又能在真實(shí)工程情景中結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際，創(chuàng)新性地解決復(fù)雜工程問題。項(xiàng)目教學(xué)以學(xué)生為中心，課前發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)，課堂通過教師對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的講解、對(duì)任務(wù)進(jìn)行解讀和分解，最后學(xué)生完成任務(wù)并進(jìn)行討論的過程進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)，實(shí)施過程引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)探索以獲得與項(xiàng)目案例相關(guān)的知識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生具有終身學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力以及創(chuàng)新能力[5]。

（二）教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

PLC教學(xué)項(xiàng)目和案例的內(nèi)容設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，設(shè)計(jì)的項(xiàng)目和案例既要體現(xiàn)出在專業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，又要融合所要學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，并且能夠與其他專業(yè)課程知識(shí)融會(huì)貫通。根據(jù)《PLC?編程與應(yīng)用技術(shù)》課程的教學(xué)內(nèi)容和課程目標(biāo)，結(jié)合PLC技術(shù)在制冷空調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，筆者對(duì)教學(xué)項(xiàng)目和案例內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的教學(xué)項(xiàng)目和案例既包含了?PLC?典型的控制技術(shù)，又突出了PLC技術(shù)在制冷領(lǐng)域中的應(yīng)用。項(xiàng)目設(shè)計(jì)遵循由單一到綜合、由簡單到復(fù)雜、逐漸深入的原則，將理論知識(shí)融入到實(shí)踐操作中。任務(wù)式的項(xiàng)目教學(xué)既能讓學(xué)生較好地理解并掌握?PLC?的基礎(chǔ)理論、基本指令和程序設(shè)計(jì)方法，又能深入地了解和熟悉制冷系統(tǒng)的控制過程，不僅豐富了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)又培養(yǎng)了他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。其中，基礎(chǔ)項(xiàng)目設(shè)計(jì)有九項(xiàng)，培養(yǎng)學(xué)生正確選用PLC、正確安裝和調(diào)試PLC的電氣控制線路、熟練使用PLC西門子軟件的各項(xiàng)功能、能夠使用PLC編程語言編寫控制程序的能力;實(shí)際案例有兩項(xiàng)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、改造、革新冷庫和空調(diào)控制系統(tǒng)的能力。基礎(chǔ)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)際案例如表1?所示。

（三）具體實(shí)施過程

其中，項(xiàng)目一：機(jī)組啟動(dòng)-運(yùn)行-停止控制，起保停電路是PLC?的典型電路，也是入門基礎(chǔ)電路，是通過?PLC?和按鈕開關(guān)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的啟動(dòng)、運(yùn)行和停止的控制，該項(xiàng)目可以讓學(xué)生區(qū)分可編程控制器和繼電器控制的不同，以及它們之間的聯(lián)系，理解和掌握位邏輯指令的應(yīng)用、?PLC?軟件的使用和硬件接線設(shè)計(jì)。項(xiàng)目二：定時(shí)融霜自動(dòng)控制，使學(xué)生理解和區(qū)分四種定時(shí)器指令的異同，并掌握時(shí)間日期指令的工作特點(diǎn)和應(yīng)用。項(xiàng)目三：溫度雙位調(diào)節(jié)控制，使學(xué)生掌握PLC?對(duì)模擬量輸入的讀取、轉(zhuǎn)換和處理的方法，以及對(duì)數(shù)學(xué)運(yùn)算指令的編程及應(yīng)用。項(xiàng)目四：溫度PID調(diào)節(jié)控制，使學(xué)生掌握PID相關(guān)指令的算法和參數(shù)，以及組態(tài)和調(diào)試方法，通過模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫度控制。項(xiàng)目五：壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)控制，使學(xué)生掌握PLC與變頻器的通信協(xié)議和?PLC控制變頻器的方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞式壓縮機(jī)和螺桿式壓縮機(jī)的調(diào)速。項(xiàng)目六：制冷系統(tǒng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示和流程圖繪制，使學(xué)生掌握人機(jī)界面的組態(tài)和應(yīng)用。項(xiàng)目七：制冷機(jī)組的自動(dòng)運(yùn)行控制，通過對(duì)氨制冷機(jī)組和溴化鋰制冷機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行程序的設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和順序控制設(shè)計(jì)法來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。項(xiàng)目八：冷庫空調(diào)監(jiān)測管理系統(tǒng)，使學(xué)生理解PLC通信，掌握利用PLC構(gòu)建上位機(jī)和下位機(jī)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用工業(yè)以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷庫運(yùn)行過程的監(jiān)測和管理，如參數(shù)顯示、數(shù)據(jù)保存、故障報(bào)警等功能。項(xiàng)目九：貨物自動(dòng)碼放控制，通過設(shè)置冷庫自動(dòng)擺放貨物的場景，使學(xué)生掌握高速脈沖的輸出與高速計(jì)數(shù)器的運(yùn)用，通過PLC?高速脈沖輸出和高速計(jì)數(shù)器對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)貨物的擺放，該項(xiàng)目還對(duì)學(xué)生的邏輯思維和調(diào)試能力進(jìn)行了鍛煉。以上教學(xué)項(xiàng)目不僅讓學(xué)生能掌握了PLC控制技術(shù)，同時(shí)讓學(xué)生熟悉了?PLC?在制冷空調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠?qū)⑾嚓P(guān)的專業(yè)課程知識(shí)交叉融合，構(gòu)成一個(gè)更加完整的體系，讓專業(yè)知識(shí)更加立體豐富。

企業(yè)實(shí)際的工程項(xiàng)目往往是綜合性的復(fù)雜工程問題，各控制之間相互聯(lián)系并相互影響，除了基礎(chǔ)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，還應(yīng)選擇一些綜合性的實(shí)際工程案例項(xiàng)目，綜合性實(shí)際案例項(xiàng)目要求學(xué)生不僅能夠熟練掌握PLC的基礎(chǔ)知識(shí)，還要具有制冷空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的能力，使學(xué)生在解決真實(shí)的項(xiàng)目問題中得到培養(yǎng)和提高。結(jié)合PLC技術(shù)在當(dāng)前制冷領(lǐng)域中的應(yīng)用前沿，選擇兩個(gè)案例項(xiàng)目，一個(gè)是自動(dòng)化冷庫控制系統(tǒng)綜合性項(xiàng)目，要求對(duì)穿堂，冷藏間、凍結(jié)間、預(yù)冷間等不同房間的貨物進(jìn)行自動(dòng)碼垛，不同房間的溫度進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行調(diào)節(jié)并聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控管理，這一案例綜合了制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)控制，溫度控制，融霜控制，保護(hù)控制，顯示和遠(yuǎn)程控制的程序設(shè)計(jì)。另一個(gè)是中央空調(diào)智能控制系統(tǒng)綜合性項(xiàng)目，要求對(duì)多個(gè)房間的溫度和濕度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)并監(jiān)控管理，此案例除了制冷機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行控制程序設(shè)計(jì)外，還包括風(fēng)系統(tǒng)控制和水系統(tǒng)控制的程序設(shè)計(jì)。綜合性教學(xué)案例具有真實(shí)的工程背景，來自于制冷工程實(shí)際中的項(xiàng)目，并且此工程案例具有開放性，可以添加其他控制功能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)生在完成基本控制要求之后，可以根據(jù)興趣需要繼續(xù)開展創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)并進(jìn)行后續(xù)學(xué)習(xí)。綜合性案例豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，拓寬了PLC的應(yīng)用背景，使學(xué)生更加熟悉和了解制冷領(lǐng)域工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程。

四、總結(jié)與討論

《PLC?編程與應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)正處于探索階段，作為應(yīng)用型高校的教師，我們的培養(yǎng)目標(biāo)要滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需要，培養(yǎng)學(xué)生成為企業(yè)所需的人才，突出學(xué)生中心的原則。課程項(xiàng)目化要以學(xué)生為中心，以實(shí)際工程應(yīng)用為背景，設(shè)計(jì)和選擇與制冷領(lǐng)域自動(dòng)控制緊密結(jié)合的教學(xué)項(xiàng)目和案例，由淺入深地將PLC?應(yīng)用技術(shù)融合進(jìn)制冷空調(diào)領(lǐng)域的其他專業(yè)知識(shí)中，建立整體的制冷空調(diào)專業(yè)知識(shí)體系。與制冷空調(diào)專業(yè)結(jié)合的項(xiàng)目教學(xué)既拓寬了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面，又培養(yǎng)了學(xué)生專業(yè)自動(dòng)化技能，鍛煉了學(xué)生分析和解決問題的能力，提高了學(xué)生制冷空調(diào)控制工程的實(shí)踐能力，為培養(yǎng)制冷領(lǐng)域智能化人才奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者簡介：張品（1981—??），女，河南舞鋼人，漢族，講師，博士研究生，研究方向：主要從事大學(xué)生課程教學(xué)方面研究。