如何在中职PLC 入门教学中按项目开展教学

2013-11-30赖永镇

职业教育研究 2013年8期

赖永镇

（江门市新会机电高级职业技术学校广东江门 529100）

中职生基础知识普遍比较欠缺，缺乏学习的积极性和主动性，进取心不足，大部分学生处于被动学习的状态。为此，要想在上课时吸引学生的注意力，培养学生的动手能力，使学生掌握更多的专业知识，具备较强的实践能力，使学生毕业时能具备就业岗位所需的职业能力，就必须改变只讲理论没有实践（或者脱离实际）的教学方法。要由浅入深，设计一个又一个的项目，一讲一练（或边讲边练），引导学生一步步地获取知识。下面是笔者在中职PLC 入门教学中设计的一些项目，这些项目在实际教学中取得了非常好的教学效果。

项目1：电动机的点动控制改为PLC 控制

电动机的点动控制在工厂经常用到，是最简单的继电器、接触器控制电路。它只用到了一个电机、一个接触器和一个常开按钮。在工厂中，我们没有必要将这么简单的电路改成PLC 控制。我们是为了学习PLC 控制才在PLC 实验室将其改成PLC 控制的。将这个电路改成PLC 控制，学生可学会PLC 的硬件与按钮、线圈、接触器和电机的连接，接触到最简单的梯形图和最简单的指令，使学生消除对PLC 的神秘感。如图1 所示。

图1 三相电机的点动控制图

项目2：电动机的自锁正转控制改为PLC 控制

电动机的自锁正转控制比电动机的点动控制在硬件上多了一个常闭按钮、一个线圈的辅助触点。

学生已经学会了将电动机的点动控制电路改成PLC 控制电路。将电动机的自锁正转控制电路改成PLC 控制电路，硬件上只需要增加一个常闭按钮，梯形图上只需多并联一个常开触点、多串联一个常闭触点，指令比电动机的点动控制只增加了2 步，如图2 所示。

图2 三相电机的自锁正转图

项目3：接触器联锁的电动机正反转控制改为PLC 控制

接触器联锁控制的电动机正反转线路，是工厂里用得最多、用途最广泛的控制电路。它用到了一个电机、两个接触器、一个常开按钮和一个常闭按钮。

学生已经学会了将电动机的自锁正转控制电路改成PLC 控制电路，将接触器联锁控制的电动机正反转线路改成PLC 控制电路，硬件上只需增加一个常开按钮、一个接触器，在输出端各自串联了常闭辅助触点（用于硬件联锁）。梯形图类似于两个电动机的自锁正转控制电路，各自串联一个常闭触点（用于软件联锁），如下页图3 所示。

图3 接触器联锁的正反转控制图

项目4：两个电机顺序启动、立即停止和两个电机顺序启动、顺序停止

学生在学会将一个电机的点动、电动机的自锁正转控制、接触器联锁控制的电动机正反转线路改成PLC 控制之后，教师可适当地增加难度，将一个电机改为两个电机，可以省去继电器、接触器控制电路。

笔者设计了下面两个子项目（见下页图4）：（1）两个电机顺序启动、立即停止：有两个电机M1 和M2，控制要求如下：按下启动按钮，M1 启动并自锁，延时5秒之后，M2 启动并自锁。按下停止按钮，M1 和M2 立即停止；（2）两个电机顺序启动、顺序停止：有两个电机M1 和M2，控制要求如下：按下启动按钮，M1 启动并自锁，延时5 秒之后，M2 启动并自锁。按下停止按钮，M2 立即停止，延时5 秒之后，M1 停止。

图4 两个电机的顺序起动、立即停止图

以上两个题目看起来差别不大，PLC 控制接线图是一样的。教师可以在黑板上先讲解子项目1，并用指示灯来代替KM1 和KM2，在PLC 实验室演示其效果。然后提出问题：“如果电机停止时也要求顺序停止，怎么办呢？ ”教师接着在黑板上将子项目1 改成子项目2，让学生思考并自行设计。学生会以为子项目2 也很容易，强烈的求知欲促使学生积极地进行子项目2 的设计，结果大部分学生花了一定工夫后都没有做出来，最后在教师的指导下才做出来，反而激发了学生的学习兴趣（见图5）。

图5 两个电机的顺序起动、顺序停止图

项目5：时间继电器控制电动机自动Y—△降压起动控制电路

时间继电器控制电动机自动Y—△降压起动控制电路，对中职学生来说，是比较复杂的控制电路。它虽然只用到了一个电机，但这个电机要自动由Y 连接转为△连接。还有三个接触器、一个时间继电器、两个常开按钮和一个常闭按钮。

学生已经学会了将接触器联锁控制的电动机正反转线路改成PLC 控制电路，将时间继电器控制电动机自动Y—△降压起动控制电路改成PLC 控制电路，硬件上只需要减少一个常开按钮、增加一个接触器。梯形图采用了主控与主控复位指令，接触到了定时器，如图6 所示。

图6 Y-△降压启停控制图

项目6：三人抢答器1 和三人抢答器2

三人抢答器1：由甲、乙、丙三人组成一个抢答小组，每人前面有一个抢答按钮、一盏指示灯，主持人持有一个主控开关，一盏警告指示灯。设计要求如下：（1）在主持人闭合主控开关后，抢答开始，甲、乙、丙三人谁先按下自己前面的按钮，谁前面的指示灯亮，另两个人再按无效；（2）答题的时间为8 秒，在后3 秒主持人前面的警告指示灯闪3 次（每次1 秒），然后指示灯和警告灯均熄灭，可以重新开始抢答，如图7 所示。

三人抢答器2：由甲、乙、丙三人组成一个抢答小组，每人前面有一个抢答按钮、一盏指示灯，主持人持有一个主控开关。设计要求如下：（1）在主持人闭合主控开关后，抢答开始，甲、乙、丙三人谁先按下自己面前的按钮，谁前面的指示灯亮，另两人再按无效；（2）答题的时间为8 秒，在最后3 秒时，已经亮的指示灯闪3 次（每次1 秒），然后熄灭，可以重新开始抢答，如图7 所示。

图7 三人抢答器1 和三人抢答器2 接线图及梯形图

项目7：红绿灯1 和红绿灯2

红绿灯是学生比较感兴趣的项目，因为学生上学时会经常遇到红绿灯。但如果一个项目将东西和南北走向的红绿灯都编出来，对中职生来说难度是大了一些。为了使学生容易理解，由浅入深。笔者设计了如下页图8 所示的红绿灯，指导学生编程，编程可以用定时器编，也可以用计数器编。

编好红绿灯1 之后，笔者又增加了难度，设计了如图9 所示的红绿灯2。学生学会红绿灯1 设计的基础上再思考红绿灯2，学生的兴趣比较高，效果比较好。

图8 红绿灯1 时间规则示意图

图9 红绿灯2 时间规则示意图

项目8：抽奖机

由8 盏指示灯组成的抽奖机，按下启动按钮，8 盏指示灯每隔0.01 秒轮流闪动，按下停止（抽奖）按钮，只有一盏指示灯亮（可以先规定停在某盏灯有奖），重新按一下启动按钮后8 盏灯又重新闪动。

教学中，笔者独创了这个抽奖机的设计课题，学生对此非常感兴趣，演示的效果也非常好。教师可先演示这个程序的效果，然后要求学生去设计程序，提示和指导学生完成程序设计。教师也可以买几本笔记本或其他学习用品作为奖品，在快下课时，举行一次抽奖活动。让学生轮流去按启动和停止按钮，对指示灯停在有奖位置的学生给予奖励，这样可以活跃课堂气氛。学生对PLC 编程也会产生更浓厚的兴趣，在轻松、愉快的气氛中学到了知识。

项目9：全自动洗衣机的PLC 控制

全自动洗衣机是笔者在PLC 入门中设计的最难的一个项目。控制要求如下：在主控允许的情况下，按下启动按钮，洗衣机开始进水，进水到“高水位”后，洗衣机正转5 秒停1 秒，再反转5 秒停1 秒，洗涤时间共120 秒。然后开始排水，排水到“低水位”结束，按“手动排水”能直接排水，接下来脱水30 秒，最后蜂鸣器响15 秒。要求画出接线图、梯形图，上机运行，用指示灯来代替进水、排水的电磁阀，用指示灯来代替电机正转、反转的继电器，在PLC 实验室演示效果。

学生接到这个题目之前，已经学会了将正反转电机控制电路改成PLC 控制，将时间继电器控制电机Y—△降压起动改成PLC 控制，接到这个题目后，都跃跃欲试进行编程，但是这道题的确很复杂。这时，需要提示学生，可将全自动洗衣机分解成几个小项目。

（一）洗衣机1 的控制要求

在主控允许的情况下，按下启动按钮，洗衣机开始进水，进水到“高水位”后，洗衣机正转5 秒停1 秒，再反转5 秒停1 秒。然后开始排水，排水到“低水位”结束，按“手动排水”能直接排水。要求画出接线图、梯形图，上机运行，效果正确（见图10）。

图10 PLC 控制——洗衣机1 接线图和梯形图

洗衣机1 的控制要求比较简单，只是在电机的正反转的基础上增加了进水、排水功能。梯形图上我们用到了主控指令、辅助继电器和定时器。因为学生已经学会了继电器、接触器联锁的电动机正反转控制如何改成PLC 控制，所以洗衣机1 容易学会。

（二）洗衣机2 的控制要求

在主控允许的情况下，按下启动按钮，洗衣机开始进水，进水到“高水位”后，洗衣机洗涤3 次，每次洗涤为正转5 秒停1 秒，再反转5 秒停1 秒。然后开始排水，排水到“低水位”结束，按“手动排水”能直接排水。要求画出接线图、梯形图，上机运行，效果正确（见图11）。

图11 PLC 控制——洗衣机2 接线图和梯形图

洗衣机2 比洗衣机1 增加了一点难度，因为洗衣机1 洗涤1 次，洗衣机2 洗涤3 次。洗涤1 次只需要12 秒，洗涤3 次就需要36 秒，用定时器设置36 秒并让程序自动循环就可以了。

（三）全自动洗衣机

在洗衣机2 的基础上，再增加一些功能，就可以变成全自动洗衣机（见图12）。

通过这些项目，学生将《电力拖动》课程中学到的控制电路与PLC 控制由浅入深地结合起来。由于这些继电器、接触器控制电路，学生在电力拖动实验室都动手做过，所以印象较深。将它们改成PLC 控制，学生就比较容易理解。洗衣机的控制，学生在日常生活中经常接触到，比较熟悉。学生在PLC 实验室，一个项目接着一个项目进行实操练习，有些项目，如红绿灯、洗衣机等，也可以用仿真板进行实操。教师巡查进行个别辅导，学生之间也由先进帮后进。每一个项目完成之后，教师对学生的完成情况进行小结，表扬先进，激励后进，学生对PLC 控制的兴趣越来越浓厚，学得比较快的学生会自觉地钻研书本上较难的题目。这样，为学生毕业后进入工厂进一步学习PLC 控制电路打下了坚实的基础。