机电专业《PLC原理》课教学的几种方法

来源:用户上传      作者: 董振海

　　【摘要】笔者从按教科书编写顺序教学存在的问题、尝试教学方法一――在读图中学习原理和指令、尝试教学方法二――课题式教学“七步法”三个方面分析了机电专业《PLC原理》课教学的有效方法，从学生的实践能力印证了这是一个行之有效，快速培养学生成材的方法。
　　【关键词】PLC原理　教学模式　教学方法
　　
　　《PLC原理及应用》课程具有多变性、综合性、典型性、实践性和实用性五大教学特点。如果教师进行“填鸭式”的教学，教学效果肯定不佳。改变自己的教学方法，充分调动学生的学习积极性和主观能动性，往往会收到更好的效果。
　　
　　一、按教科书编写顺序教学存在的问题
　　
　　PLC教材一般是按照：工作原理、基本指令、应用指令、实例介绍、实训操作等分成几个章节。教学要考虑有利于学生的认知过程来教学。如果按照教材的顺序进行教学，就得将基本指令学习完毕，再学习典型电路和基本编程。由于基本指令和典型电路的学习要占用很长的一段时间，学生学习后会产生遗忘混淆的现象。到基本编程时，又得重新对所涉及的指令进行学习，效率低。教学效果不好。
　　
　　二、尝试教学方法一――在读图中学习原理和指令
　　
　　为了克服上述弊端，我曾经尝试过一种新的教学模式。即开始就讲解典型的电路。将PLC的工作方式(循环扫描，串行输出)、原理和电路中涉及的指令蕴涵在每一个电路中进行讲授。由于每个电路涉及的指令不多，学生容易掌握，由于能看到PLC的具体应用，容易产生兴趣。又由于将枯燥的工作原理融入到具体电路中，学生在潜移默化中便轻松地了解了PLC的工作过程。为此，我总结了40多个典型的控制电路，所涉及的指令多数为常用的基本指令和应用指令。我欣喜地看到，学生的读图能力大大增强了，最明显的优势就是可以大大缩短了课时，使学生在较短时间便可达到一个较高的水准。
　　
　　三、尝试教学方法二――课题式教学“七步法”
　　
　　1.基本顺控程序的传授
　　首先。讲解由“起-保-停”典型控制电路所组成的顺序功能控制程序。在程序中介绍PLC的“循环扫描，串行输出”的工作方式，着重介绍最简单的基本指令。掌握程序的结构(开启条件，自锁条件，关断条件，通过辅助继电器的间接输出)，通过实际操作验证，最终达到熟记的程度。通过一个非常典型的顺控程序，学生掌握了很多知识。教学中，我只使用了2课时。学生感到简单易学，有兴趣。
　　
　　2.设计简单的顺控工程
　　随后，根据学生已有的知识，我给出了很多具有顺序功能控制的课题。比如，“天塔之光，艺术彩灯，液体混合，自动配料／四节传送带，水塔水位控制。星一角启动，十字路口交通灯，步进电动机，轧钢机，洗盐控制”等。通过这一阶段的强化练习。学生虽然具有很少的顺序控制的知识。但已经能够编写很贴近实际的控制工程了，不仅使学生PLC在工业和民用领域的应用有了一定的认识，更重要的是学生有了独立设计程序和调试程序的能力。这一点让我非常地欣慰。学生长知识。教师也轻松，只是给出控制要求，必要时给出一点建议，学生动脑的时间增多了。尤其是在设计“天塔之光”时，学生编制了很多的花样，产生了浓厚的兴趣。
　　
　　3.设计复杂的顺控工程
　　为了使学生能够掌握较复杂的顺序功能控制程序，比如，带有选择性分支，并列性分支，跳转，循环功能的程序，我选择了以下的课题训练学生的编程能力。例如，“大小球的分拣(选择性分支)，全自动洗衣机的控制(选择性分支，循环功能)。交通灯(并列性分支)，化工产品的合成(并列性分支)”等。学生已经具备了编写复杂顺序功能控制程序的能力，其调试程序的能力大大加强。这一期间，学生经常能提出很多有实际意义的问题，在讨论中完善了自己的程序。
　　
　　4.多程序组合，实现程序的连接
　　顺序功能控制程序常常工作在多种工作方式下，为了使学生掌握这一特点，我指导学生在“天塔之光”程序的基础上，实施单步工作方式的实现，单周期工作方式的实现。连续运行工作方式的实现，手动工作方式的实现。同时为了将这些工作方式有机的结合起来，我适时的讲解了几个常用的程序流控制指令。运用程序流指令将多种工作方式编制成为独立的子程序，然后在主程序中设置子程序的入口地址，便轻松实现了这一控制功能。
　　
　　5.自动过度到状态转移图的学习
　　由“起-保-停”典型控制电路所组成的顺序功能控制程序占用的PLC内存空间比较大，执行速度慢，编写周期长。容易出错。但编程逻辑严谨，容易理解掌握。由于每种PLC都有自己的步进指令，比如，三菱PLC的STL步进接点指令是专门用来设计顺序功能控制程序的。并且采用状态转移图(SFC图)设计程序后可以直接转化为梯形图逻辑，编写工作十分简化，逻辑严谨，效率很高。在前面指导学生设计程序时，都是先画控制功能图，然后再根据功能图编写程序，这样做学生不易出错，头脑思路清晰，同时也是为将来学习状态转移图打下一个很好的铺垫。
　　
　　6.水到渠成设计大型课题
　　综合前面的学习内容。我给出了一个大型的课题设计一一“具有多种控制方式的机械手”。机械手的程序设计包括以下几个方面的设计：
　　(1)原点归零的程序设计；(2)转盘启动和报警的程序设计；(3)启动机械手的程序设计；(4)物料分拣的程序设计；(5)手动程序的设计；(6)单周期方式运行的程序设计；(7)单步方式运行的程序设计；(8)连续方式运行的程序设计。
　　
　　7.进一步培养读图能力
　　我在后续阶段为学生讲解了48个具有典型控制功能的程序。包括：“点动运行控制、连续运行控制、三地‘启动一停止’控制、脉冲发生器、闪光控制、定时控制、电动机启动后定时停止控制、两个定时器接力延时30秒、电动机正反转控制、顺序控制、失电延时控制、双延时定时器(延时接通，延时断开)、通断比相同的闪光控制电路、闪光控制、单按钮‘启一停’控制、使用计数器定时10000分钟、计数器扩展(700 ×800)、二分频控制(待分频的信号加在X001端)、定时器与计数器配合延时4000秒、单稳态控制、计数控制、顺序启动控制电路、互锁控制、用计数器实现单按钮‘启一停’控制、‘启-保-停’控制(停止优先)、‘启-保-停’控制(启动优先)、顺序定时启动电动机、由两个定时器组成的长定时控制、三相异步电动机‘Y―△’降压启动控制、三组灯循环点亮、倒计时程序、不用计数器的单按钮‘启-停’控制、二分频器(接通1秒，断开1秒)、采用跳转指令实现手动与自动挡位的切换(电动机星形一三角形启动控制)、采用调用子程序实现手动与自动挡位的切换(电动机星形一三角形启动控制)、利用时间中断子程序产生斜坡信号、由外部输入中断子程序实现计数控制、由增量式凸轮顺控指令实现交通灯控制、由增量式凸轮顺控指令实现交通灯控制、由主控指令和跳转指令实现的自动和手动控制、总控与单独控制、多台电动机控制、由主控指令MC实现的顺序控制、带有总启动和总停止的顺序控制、由步进指令STL实现的顺序控制、由主程序，调用子程序，外部中断子程序构成的带有启动和停止的彩灯顺序控制、双线圈输出”等。
　　笔者称该方法为“七步法”。从学生的实践能力中，我看到，这是一个行之有效，快速培养学生成材的方法。

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