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PLC实验教学三部曲

来源:用户上传      作者:范小兰 赵春锋 何志苠 陆善婷

  [摘 要] 该文分析论证了PLC实验教学三部曲:学生基于模块化的实验设备进行连线和编程,对PLC快速入门;建立一个完整的PLC控制系统,增加学生设计和制作PLC系统的工程意识;最后通过电梯仿真实验设备使学生对PLC的编程有突破性的掌握。实践证明,经过这三个步骤的锤炼,学生不仅会对PLC控制系统有一个全面认识,而且能较好地掌握其编程方法。
  [关键词] PLC;实验教学;电梯仿真
  [基金项目] 2018年度上海工程技术大学教学建设项目(X201824001);金课培育计划
  [作者简介] 范小兰(1968—),女,山西晋中人,硕士,上海工程技术大学工程实训中心副教授,主要从事电工电子技术教学与研究。
  [中图分类号] TP273    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324(2020)23-0387-02    [收稿日期] 2019-11-11
   一、引言
  “可编程控制器”(PLC)是专门为工业环境下应用设计的,具有体积小、功能强、可靠性高的特点。因此,在工业控制领域应用越来越广泛,相关的课程是电气自动化专业的一门专业课,甚至很多非电类专业的工科学生也都在学习这门课程。由于该课程实践性很强,必须借助实验环节来使学生理解和掌握PLC的应用。为了达到良好的实验效果,我们在实际教学中不断进行摸索,总结出了行之有效的可编程控制器实验教学三部曲,能够比较理想地达到实验教学目的。
  二、实验三部曲
  PLC课程教学,一般都是先理论后实践。通过教师在课堂上的讲解,学生已经了解了PLC的结构、原理和简单程序的编写。但如果想让学生理解和掌握PLC的输入、输出点的分配乃至接线、复杂程序的编写以至整个PLC控制系统的设计等方面,必须要通过后续循序渐进的实验。
  (一)初识PLC
  对于从未接触过PLC的学生来说,利用实验室现有的用指示灯模拟显示PLC控制对象的实验教学设备,如图1所示。在众多的实验模块中,学生可以选择其中一个来接线并完成程序的调试。从图1看出,每个模块主要包括了按钮和指示灯。按钮为输入,指示灯模拟控制对象。当输入PLC中程序,用导线把按钮或开关、指示灯与PLC的输入输出点连接,然后启动程序,那么指示灯会模拟PLC控制对象的工作。与实物模型相比,这个实验台的优点是成本低,但实验对象比较单一,不具备良好的人机界面。
  (二)对PLC系统的认识
  在对PLC参数、指令有了初步认识后,大多学习者对于PLC还是处于似懂非懂的状态。这主要是由于前面基于模块的实验中,输入输出电路是完全现成的电路,且这些电路大多是封闭不可见的。只有让学生从选型、设计、接线、编程到调试进行一个完整的系统设计和调试过程,才能具有对PLC系统的整体认识和掌握。为此,我们让学生利用创新活动制作了电梯实验装置,如图2所示。与实际电梯装置比较,这个实验装置缺少平层传感器来感受电梯位置,电梯的上下运行也只是靠指示灯模拟,仍然存在不够直观的缺点。但输入系统、输出系统与PLC的连接一览无余,能给学生一个清晰的系统认识。学生能够通过其明白输入电路和输出电路是如何设计并与PLC连接的。
  (三)PLC编程水平的提高
  为了使学生能更好地掌握编程技巧,让学生直观感受到控制对象是如何在自己编写的程序下对控制对象进行控制的,我们借助了实验室购买的电梯仿真实验装置,图3为电梯仿真软件主界面。在计算机屏幕上,电梯的动作直观,开门、关门、上、下等动作与实际电梯接近。学生下载自己编写的程序,观察电梯的动作是否达到自己的预定要求,实验兴趣极大。
  本着从简到难循序渐进的原则,我们让学生先编写相对简单的四层电梯控制程序。在对单部四层楼层电梯的控制了然于胸后,逐步增加难度,尝试编写更复杂的程序来控制画面中的多部电梯和不同楼层数的电梯控制,这样对PLC的各种指令就有了全面的了解。另外,从图3不难看出,为了节省硬件资源,这套实验装置借助了Profibus-DP通讯模块来实现PLC与仿真对象的连接,还可以使学习者增加了通讯软、硬件方面的知识。
  三、教学成果
  实践教学的重点是培养学生的高素質工程应用能力。为了检验学习成果,我们在实验中注意选拔优秀学生,鼓励他们参加一年一度的“西门子杯”中国智能制造挑战赛。虽然我们是从非电类专业的学生中选出参赛选手,但学生们却在比赛中取得了令人满意的成绩,其中合理的PLC实验教学三部曲功不可没。
  四、结束语
  实践证明,经过这三个实验过程,基本上使学习者对PLC的硬件连接和软件设计有了全面完整的认识。在这三个过程的实施中,以学生为中心,学习者由浅入深地了解`PLC,既有硬件的学习,又有软件的深入,是基于成果导向(OBE)的教学过程,是激发学生主动学习和有效学习,教学过程突出学生深度参与、与实践体验的实验教学。
  参考文献
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  Three Steps of PLC Experimental Teaching
  FAN Xiao-lan,ZHAO Chun-feng,HE Zhi-min,LU Shan-ting
  (Engineering Training Center,Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620,China)
   Abstract:This article analyzes and demonstrates the three steps of PLC experimental teaching.Based on modular experimental equipment,students can quickly get a rudimentary grasp of PLC by connecting circuit and programming.Then they can analyze a complete PLC control system,which helps increase their engineering consciousness of designing and making PLC system.Finally,students can have a breakthrough grasp of PLC programming by elevator simulation experimental equipment.Practice has proved that with the three steps of learning,students will not only have a comprehensive understanding of the PLC control system,but also have a better grasp of its programming methods.
   Key words:PLC;experiment teaching ;elevator simulation
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