论高职教学中PLC的模块化实训方法

摘 要：介绍了高职高专院校PLC应用技术实训课程进行模块化环节设计的具体方法，并说明了如何在PLC实训设备配置的十三个实训模块中选择合适的模块进行一周的实训课程，使模块化实训教学的内容和方法更加适合本学院的学生及社会的需要，培养学生的动手实践能力和创新能力，提高学生的综合素质。

关键词：PLC；模块化；实训

1 引言

可编程序控制器（programmable controller）简称 PLC，它是美国60年代来在传统的顺序控制器基础上引入微电子技术和计算机技术而研制出的新型工业自动控制装置[1]。

目前，在我国 PLC 已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻工、交通运输、环保以及文化娱乐等各种行业。随着工业控制技术的进步，可编程控制器已广泛地应用于工业生产过程的自动控制领域。为了适应社会的需要，许多高职院校已经开设了这方面的课程。本学院也开设了PLC应用技术这门重要课程。

而可编程控制器的应用技术是一门实践性很强的学科，只有通过实际操作，才能较好地掌握这门技术。为了满足教学的需要，提高教学质量，给老师和学生创造一个理想的实训条件，本学院引进了亚龙西门子CPU226CN型可编程控制器成套实训设备。并根据实训设备的实际情况，学院学生的整体素质及专业要求，在PLC应用技术实训过程中采用模块化的实训方法。

2 亚龙实训成套设备的整体构成

亚龙实训成套设备，由一台PLC主机单元与十三台实训演示单元组成。

PLC主机单元内设有西门子S7-200 CPU226CN 控制器，并配置 12V/1A 的直流稳压电源。面板上带有 PLC 的 I/O 口，在每个输入口接有纽子开关。

十三台演示单元包括：全自动洗衣机控制、三相交流异步电动机控制、步进电机控制、交通灯控制、电梯控制、电镀生产线控制、水塔水位自动控制、自控成型机、自动送料装车系统、多种液体自动混合、自控轧钢机、邮件分拣机、铁塔之光。

主机单元与实训单元均有对应接线插孔。用插线把S7-200主机与实训单元的插孔相连接，并且把主机与单元板对应接线接上，即可进行实训。

本实训系统选用适用于S7-200系列PLC的STEP7-Micro/WIN32 编程软件进行编程。

3 模块化实训环节的设计

PLC应用技术模块化实训环节具有综合性、典型性、实践性等特点。在实训中选择合适的实训模块是学生实训成功的关键。

本学院PLC应用技术这门课程的实训时间为一周。而亚龙可编程控制器成套实训设备提供了十三台实训模块，这就需要教师有针对性的选择适合的模块对实训环节进行设计。由于学生学习了理论知识，但又缺乏理论联系实际的过程，因此，为期一周的实训目的就是要学生将理论知识与实际操作相结合，并能熟练的将理论知识应用到实际中去。教师在进行模块化实训环节的设计过程中，要选择一些综合性的实训模块，为了照顾到全部学生，其中包括必做的和选做的模块，以方便不同层次学生进行模块实训。根据以上的实际情况，及模块选择的原则，本学院PLC应用技术模块化实训的设计如下。

3.1 必做模块环节设计

安排两个实训课必需完成的综合性实训模块：自控轧钢机模块和交通灯控制模块。

自控轧钢机模块可以巩固步进顺控指令。在我国，钢厂应用的连轧机，全线生产过程和操作监控都是由计算机控制实施，是比较先进的自动化控制系统。本模块中的自控轧钢机设置了3次不同轧压量的轧钢过程，钢板每次轧压过后，都需要推回原位，因此还需配合电动机反复的正转、停止、反转、停止的过程，这样既简化模拟了连轧机的轧钢过程，还结合了电动机控制和步进顺序控制指令的综合训练。教师还可以引导学生根据自控轧钢机模块的工艺过程，提出实际生产生活中所希望实现的功能，例如：如何实现加工件的计数功能？引导学生自己去改进程序。这样，也培养了学生发现问题、解决实际问题的能力和创新能力，缩短了学习周期，达到事半功倍的效果。

交通灯作为城市路口常用的、必不可少的系统，它的显示方式已为人们所熟悉，交通信号灯控制模块可以采用基本指令和步进顺序控制指令进行编程，也可以采用功能指令进行编程，可涉及到常用的传送指令、区域复位指令、比较指令减法指令等功能指令，是比较全面使用PLC指令系统的应用模块实训。

3.2 选做模块环节设计

针对实践能力和编程能力较强的学生，安排两个选做模块：全自动洗衣机控制模块和铁塔之光模块。可以在必做模块的基础上使学生的综合能力得到进一步的提高。

全自动洗衣机控制模块，可以训练学生掌握顺序功能图的跳转和分支，锻炼学生先画顺序功能图再编程的能力，巩固学生对定时器和计数器的应用。

铁塔之光模块，程序步骤多达400多步，可以训练学生编写过程复杂，步骤较多的程序。而且可以引导学生自由想象铁塔之光的完成效果，不同的效果需要不同的程序编写，可以提高学生的创造力、想象力和解决问题的能力。

针对实践能力和编程能力较弱的学生，同样安排两个选做模块：多种液体自动混合控制模块和自控成型机模块。可以在必做模块的基础上使学生的综合能力得到进一步的巩固。

多种液体自动混合控制模块，要求首先注入A、B两种液体，达到一定量后，停止注入；然后注入C液体并升至规定液面高度后停止，进入搅拌阶段，搅拌完毕将液体排出，排完液体自动关闭阀门。实训完成基本要求后，再更改三种液体的注入顺序及注入量，并增加温度控制功能，将混合液体加热到指定温度后再排放。由于本模块要求的步骤比较多，可以锻炼学生以循序渐进的方式掌握复杂程序的编程。

自控成型机模块，这是一种工业控制中常见的按照一定顺序进行动作的顺序控制过程。自控成型机控制模块要求启动后上油缸的活塞向下运动，到达指定位置后停止，左右油缸的活塞分别向右向左运动将原料压制成型，然后，各油缸退回到原始位置。此模块只有三个油缸的活塞按顺序运动，步序简单，易于理解步进顺控指令和状态转移图。油缸活塞运动的位置分别由两个限位开关控制，这是机床自动加工控制常用的定位形式。完成基本功能后，可以调整油缸活塞的运动顺序，增加控制的步序，可模拟多种类型的工件自动加工。最后要求学生实现带计数的自动控制，对加工完成的工件进行自动计数并显示，这样有助于更好地巩固掌握计数器的使用以及显示的软硬件实现方法。

在完成上述模块实训环节的过程中，一定要遵循学生为主体、教师为主导的原则。实训初期由老师对实训模块做出要求并讲解，之后在老师的指导下由学生通过自主探究、相互讨论、分组合作等方式完成以上模块的实训任务。在完成各个模块实训的过程中，教師应跟着学生的设计思路走，适时的予以点拨即可。这样可以最大限度地发挥学生的想象力、创造力，很好地完成理论与实践相结合的过程，同时在合作中让学生体会到团队合作的重要性。

4 结语

通过采用PLC模块化实训的方法，使学生具有很大的收获，一周的实训让他们学到了很多东西，认识到理论与实际的差距，也让他们找到了在以后的工作中将理论更好的联系实际的方法，加深了理解各种指令的特点及其功能、提高编程技巧、培养学生应用PLC 的能力。在模块化实训的设计上，改变了过去教学模型的呆板或抽象。使老师的教学更加生动而且具有针对性，使学生学习更有趣味。

参考文献

[1]田淑珍.可编程控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社.2005.

[2]李方圆.自动化综合实践[M].北京：中国电力出版社.2009.

[3]西门子CPU226CN型可编程控制器成套设备实训指导手册[Z]. 温州：亚龙科技集团有限公司.2010.

作者简介

赵晶（1982—）辽宁地质工程职业学院，讲师。