《PLC应用技术》项目课程实施探索

高士杰

（江苏食品职业技术学院 江苏 淮安 223003）

《PLC应用技术》项目课程实施探索

高士杰

（江苏食品职业技术学院 江苏 淮安 223003）

项目课程实施是当前高职教育课程改革的方向，其理论基础是职业教育课程的结构观。本文以机电专业的《PLC应用技术》课程为例，介绍项目课程探索的实施过程，重点阐述改革应把握住的几个难点和要点。

高职；PLC应用技术；项目课程

高职教育项目课程是一种以工作任务为中心，选择、组织并学习工作知识的课程模式，它是当前我国职教课程改革的主要方向，其理论基础是职业教育课程的结构观。项目课程以工作任务为中心来组织安排，项目中的理论知识负载于工作任务，注重理论、实践的一体化。项目课程以学生活动为主建立适合学生活动的教学组织方式，建立弹性化的活动教学方式，从而有效地避免将理论与实践割裂开来。项目课程教学作为高职教育教学改革的新思路，是高等职业教育走向优质教育的选择，其按照生产实际情况实现基于工作过程任务驱动的教学形式，可以很好地培养学生的工程应用能力和解决现场实际问题的能力。

在对机电专业的《PLC应用技术》课程实施项目课程教学改革时，我院将课程的内容分为三大模块进行。即：基础模块、编程模块、应用模块，针对不同的模块采取灵活的教学形式。在具体操作上，采用专题讲解形式开展教学。编程模块主要根据PLC的系列型号介绍有关的指令系统内容，包括基本指令部分、顺序指令部分以及功能指令部分等。在有关操作上采用项目驱动形式，把有关的指令内容分配到每个具体的小项目中去，通过剖析项目的控制需求，提高学生的探究兴趣。在介绍具体指令内容后，对项目的实现过程进行讲解，并安排研讨与训练。应用模块是通过选择合适的工程应用实例进行训练，本模块教学目的主要是将前面的两个模块中的有关内容进行有机地融合并运用到具体的实例中，以达到综合应用的效果。在项目课程教学改革实施过程中，根据该课程的性质和任务，我们认为应当注意以下几个要点，才能保证课程改革的成功，收到预期的教学效果。

了解基本工作原理是项目课程教学的基础

在实施项目课程教学时，PLC的基本工作原理这一教学模块是必不可少的教学内容。对于这一模块的教学，主要采用专题讲解的形式，通过课堂实物演示，运用多媒体手段展示其内部结构，进而讲解其工作原理。除了在基础模块中安排学习以外，在基础实验部分也要安排工作原理讲解，并通过硬件相关的实验来进一步学习，以使学生真正掌握其相关内容。PLC的基本工作原理包括等效电路和工作方式两个方面。

（一）PLC的等效电路

输入部分 输入部分的作用是收集被控设备的信息和操作命令。输入端子是PLC和外部开关（如行程开关等）、敏感元件等交换信号的端口；输入继电器由输入端接到的外部信号来驱动。其驱动电源由PLC电源组件提供（直流24V），也可使用独立的交流电源（交流220V）。等效电路的一个输入继电器，对应PLC输入端的一个输入点以及对应的输入电路。

内部控制部分 由用户根据控制要求编制的程序所组成，其作用是按用户程序的控制要求对输入信息进行运算处理，进而得出要输出的信号，经过输出锁存器发送到输出端子上。

输出部分 输出部分的作用是驱动外部负载。输出端子是PLC向外部负载输出信号的端子，PLC的触点与输出端子相连，通过输出端子驱动外接负载，如接触器线圈、电磁阀等，并对外部机械设备进行控制。

（二）PLC的工作方式

PLC与传统的继电接触器的重要区别之一就是工作方式不同。继电接触器是按“并行”方式工作的，只要形成电流的通路就可能有几个电器同时工作。而可编程控制器是以循环扫描的方式工作，是循环地、连续逐条地执行程序，即可编程序控制器是以“串行”方式工作的。这种串行工作方式可以避免继电接触器控制的触点竞争和时序失配的问题。

掌握软件编程是项目课程教学的重点和难点

项目课程教学的开展必须要抓住课程的重点和难点，针对重点和难点采取特定的教学手段。针对《PLC应用技术》课程来说，软件编程是课程的重点，也是课程的难点。

传统的继电器接触器控制是将各自独立的电器元件以固定接线的方式实现控制要求。而PLC是将控制要求以程序形式存储在内部。输入的这些程序相当于继电接触器控制的各种线圈、触点以及接线。当需要改变控制要求时，只需修改程序而不用改变接线方式。因此，为了抓住要点，就要做到以下几个方面。首先，要建立程序的概念。因为学生在前期课程中接触的都是传统的继电接触器控制的硬接线，因此，要求学生要从思维方式上进行转变，学会利用计算机或编程器进行编程。其次，要掌握PLC的各种指令。PLC的指令包括基本顺序指令、基本功能指令、控制指令、比较指令、高级指令以及一些特殊指令等。只有掌握了各种指令的功能和用法，才能熟练运用各种指令进行软件编程。再次，要学会利用梯形图进行软件编程。PLC是根据用户的控制要求编写程序进行工作的，程序的编制就是用一定的编程语言把一个控制任务描述出来。通常有梯形图、指令表、逻辑功能图以及高级语言等四种表达方式。绝大部分的可编程控制器都采用梯形图进行编程。因为梯形图编程沿用了继电接触器控制电路的元件符号，电路结构形式大致相同，信号输入、信息处理及输出功能均相同。因此，这种梯形图编程方法对机电一体化及相关专业的学生来说，是一种易于掌握的编程方法，在编程中也应注意其不同之处。

在学习的过程中，可采用任务驱动形式，把有关的指令内容分配到每一个具体的小项目中去，将班级学生分成若干个小组，每3～4人为1组，引导学生剖析项目的控制需求，提高学生的探究兴趣，让学生带着问题听有关指令内容的介绍，然后对项目的实现过程进行分析讲解，再安排研讨与训练。研讨与训练的环节既可以总结指令的内容，还可以进一步提高学生的钻研热情，为后续内容的讲解奠定基础。

开展基础实验是项目课程教学的重要环节

在讲述了PLC软件编程的方法后，基础实验是PLC项目教学的重要环节，可用学习机进行模拟试验和调试。进行基础实验应遵循以下原则：首先，要讲解各种仪器设备的使用注意事项，防止意外事故的发生；其次，要先从基础实验做起，先易后难，先简单，后复杂。比如，先进行基本指令系统的训练，等学生能熟练地使用仪器设备后，再进行复杂程序的设计训练；再次，在实验中，实验指导教师应做到“五勤”，即“脚勤、眼勤、嘴勤、手勤、脑勤”并加强巡回指导。

基础实验内容是跨越编程模块和应用模块两个部分的内容，在编程模块学习的过程中，要让学生随时可以进行基础实验，而在应用模块开始的时候，也必须根据需要安排基础实验的内容。在可编程序控制器项目课程教学中，一定要加强考核，只有进行严格考核，项目课程教学的教学质量才能得到保证。

实施应用设计是项目课程教学的关键

应用设计是PLC应用技术教学的根本目的，也是实施项目课程教学的关键，应用设计环节的教学可以结合课程设计（或大型实验）环节进行，也可以在课堂教学中实施。设计的项目应结合工程实际和自动控制系统的目的，可以采取循序渐进的方式，开始选择一些小型项目进行，再逐步实施大型项目，通过这一环节使学生正确掌握应用PLC进行生产过程控制的方法。PLC的应用设计主要包括以下几个方面的内容。

（一）系统设计

深入、仔细地了解被控设备的生产过程、工艺过程、环境特点、对控制的要求 对被控对象的控制过程和特性进行分析，确定控制系统的控制任务，即决定哪些外部元器件将发送信号到PLC，哪些外部元器件将从PLC接收信号。明确输入输出属于开关量，还是模拟量，并粗略估算I／0的点数。然后根据I／0点数、控制要求等选择PLC。

机型选择和硬件配置 选择机型主要应考虑以下几个方面的因素：一是功能范围。主要考虑有无扩展能力，有无模拟输入输出，指令系统是否完善，有无中断能力和联网能力。应根据系统的具体情况决定，使其性价比较高。二是I／0点数。I／0的种类和数量应满足系统的最小要求，并留有一定的余量，同时，也要注意其经济性。三是处理时间。其时间的长短不仅决定于CPU扫描周期，还与输出继电器机械滞后输入信号到来时刻有关，与在扫描周期中的时机和程序语句的安排也有关。

（二）软件程序设计

软件设计是PLC工作的一个主要依据。首先，在详细了解生产工艺和对控制系统要求的基础上，画出系统的工作循环图或流程图、功能图及有关信号的时序图，将所有输入信号（按钮、行程开关、传感器等）和输出信号（接触器、电磁阀、信号灯等）及其他信号分别列表。并按PLC内部软继电器的编号范围，给每个输入输出信号指定一个I／0位，即编制现场信号和PLC软继电器编号对照表。然后设计梯形图，根据此图编写程序。编程时常用方法有：

根据设备的工作流程 采用PLC梯形符号，并依据梯形图设计原则，绘制出梯形图来描述所需操作的顺序和他们之间的相互关系。如果是要改造的控制设备，可直接将继电器控制电路改造成梯形图，然后编程。

经验设计法 根据被控对象对控制的要求，初步设计出继电器控制线路或直接设计出梯形图，然后编程。此法灵活性较大，但往往控制程序不是唯一的。

程序设计的状态表法 其设计思想是被控制过程由若干个状态组成，每个状态都是由于接受了某个切换主令信号而建立。辅助继电器用于区分状态且构成执行元件输入变量，而辅助继电器的状态由切换主令信号来控制。写出辅助继电器与切换主令信号之间的逻辑关系，执行元件与辅助继电器之间的逻辑方程，然后将逻辑关系转化为梯形图编程。

除以上三种方法以外，还有用功能图法和移位寄存器实现顺序控制的方法等。

（三）电气施工设计

与一般的电气施工设计一样，PLC控制系统的电气施工也包括以下内容：完整的电路图、电气元件清单、电气柜内电器布置图、电器安装接线互连图等。在完成以上工作的同时应注意以下几个问题：

画出PLC的I／0接线端子接线图 按现场信号与PLC软继电器编号对照表对应接线，以免误接。

电气柜结构设计和柜内电器位置图 可将PLC强电电路、保护电器以及电源变压器等置于电器柜内，以防粉尘、防腐蚀等。要注意PLC的散热等问题。当PLC的环境温度大于55℃时，要用风扇强制风冷。主机、扩展机及柜壁间的距离应满足一定要求。

画现场布线图 PLC信号线与动力线要分开铺设，分不开的要屏蔽，屏蔽线要有良好的接地。输入输出线要分开铺设。信号线要远离有较强电磁干扰的设备，如电焊机等。

（四)总装调试

输入程序 把梯形图转换成助记符（由地址、指令及数据组成），再通过操作编程器将编制好的程序输入到PLC的存储器中。在PLC上插入编程器，清除原有程序，逐条输入新的程序语句，并利用显示器进行核对，应保证无输入错误。或使用编程软件在计算机上编程并利用专用电缆直接输入PLC中。

程序调试 包括输入信号的调试、输出信号的调试及总调试等。利用模拟控制对象实验板，由控制开关和按钮设置输入指令，通过信号灯的亮、灭，表示动作的状态，以此观察执行电器是否按预定规律动作。程序出错时，可利用普通编程器或计算机编程软件的监控程序进行检查。程序调试好后，再进行现场调试，直到系统运行完全满足加工要求为止。在现场调试时，要注意电气与机械设备之间的配合。

应用设计环节是课程的应用模块部分，主要是通过选择合适的工程应用实例来加以训练，这一环节的训练可以将零散的、独立的知识点整合，使学生深刻体会到应用型课程的价值所在。在选择工程项目时，可以根据需要从小型项目到中型项目，再到大型项目。在做小、中型项目时，并不需要对有关的应用设计环节面面俱到，可以只进行系统设计和软件程序的设计，而在做大型项目时再加入施工设计和总装调试等内容。项目课程的实施包括许多方面的内容，涉及教学方式、教学方法、教学情境以及对其课程实施的评价等等方面，因而需要做大量的细致的工作，当然，也不是所有课程都需要在这方面进行改革，必须根据具体课程进行具体设计，必须符合课程的特点和实际需要。

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G710

A

1672-5727（2010）05-0088-02

高士杰（1973—），男，江苏淮安人，江苏食品职业技术学院副教授，工程师，主要从事自动化类课程的教学与研究。