项目教学法在“PLC原理及应用”课程中的应用①

刘昕++廖柏林

摘 要：吉首大学2012年新开设了电气工程及其自动化专业。“PLC原理及应用”课程作为该专业的重要专业课程之一，被立为学校的新开课程。针对课程本身的特点以及吉首大学办学的实际，明确了本课程的教学方法采用项目教学法。项目教学法以实际工程项目为单元来设计教学模块，模块教学中包含了“PLC原理及应用”课程的绝大多数知识点。在教学过程中，让学生接触了工程中真实项目，提高了学生的学习兴趣，使他们能够学以致用。同时项目教学法具有很强的综合性，能够锻炼学生项目设计能力，提高学生的综合素质。通过实施，学生很好的掌握了PLC应用程序的使用及设计方法，为他们今后从事电气工程的相关技术工作奠定了扎实的专业基础。

关键词：PLC 电气工程 项目教学 教学效果

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0168-02

为了适应湘西地区人才市场的需求，吉首大学2012年新开设了电气工程及其自动化专业。“PLC原理及应用”课程作为该专业的重要专业课程之一，被立为学校的新开课程。同时，本课程也作为电子信息工程、机械设计制造及其自动化等专业设置的新开选修课程。针对“PLC原理及应用”课程实践性强的特点，我们探讨出此新开课程采用项目教学法，教学活动以项目模块化进行开展。

项目教学法是以学生的自主性学习、探索性学习为基础，采用科学研究及实践的方法，促进学生积极主动学习的一种的教学方法。在教学过程中，任课教师将需要完成的任务或需要解决的问题以项目的形式布置给学生，在任课教师的指导下，学生以小组工作方式完成。小组成员共同制定计划，共同或分工完成整个项目，要求小组按照实际工作的完整程序。在项目教学中，学习过程是学生的一个创造实践活动，我们注重的不是最终结果，而是完成项目的整个过程。在项目实践过程中，要求学生理解和把握课程要求的知识和技能，体验专业知识在工程中的应用。同时，项目教学法能够培养学生分析问题和解决问题的能力及团队合作能力等。

1 项目内容

借鉴许多高校本课程的项目模块内容，结合一些工程实践，经过课题组老师多次的教学调研与实践，我们制定了“PLC原理及应用”课程的教学大纲，确定了“PLC原理及应用”课程采用如表1所示的项目模块与学时安排。该课程总计36学时。

在项目教学执行过程中，我们结合实际情况，通过图纸设计、布线、程序调试、检查和运行，完成每个项目所规定的任务。同时，培养学生的实际操作能力，以适应生产一线工作的需要。要求学生做到能检查出错误，并且能够熟练的解决问题。

2 项目的实施

该项目教学法，一共分为十个模块。以多种自动售货机项目模块为例，来具体说明项目的实施过程。

2.1 项目目的

在清楚自动售货机运行工作过程的基础上，制定出项目设计方案，确定任务目标。要求设计完整的售货机工作控制程序，连接THSMS-1型可编程控制器实验箱，通过模拟自动售货机（按钮控制和二极管指示灯显示）正常工作，调试并完善PLC程序。

2.2 项目要求

（1）要求用三个复位按钮表示投入自动售货机面值，找零按钮表示货币指示，自动售货机里有汽水（3元每瓶）和咖啡（5元每瓶）两种饮料。

（2）要求当找零按钮显示值大于或等于这两种饮料的价格时，一排中两个发光二极管一个或两个同时点亮，表明可以购买饮料；按下汽水按钮或咖啡按钮表明购买饮料，此时另外一排的两个发光二极管中的一个或两个同时点亮，出口处的发光二极管会点亮，表明饮料已从售货机取出。

（3）要求按下找零指示按钮表示找零，此时找零按钮清零，延时0.5秒找零出口发光二极管点亮。

2.3 项目任务的确定

在清楚自动售货机运行工作过程的基础上，制定出项目设计方案，确定任务的目标，以设计出合理的仿真系统。

首先，应该做上位机与下位机的任务分工：上位机主要用来完成仿真界面的制作过程，而下位机则主要用来完成PLC程序的编写。其次，要分别对上位机和下位机进行资料的查找与收集。例如在进行仿真界面的设计时可以去观看一下真正售货机的外观，必要时可以借助一些宣传图片来设计自动售货机的外型；在进行PLC程序的编写时需要先分配PLC的I/O点，确定上、下位机的接口。

然后，分别对上、下位机分别进行设计工作。最后，进行上位机设计结果与下位机设计结果的配合工作，经调试后完成整个项目的设计。

另外，上位机与下位机的设计工作是密切配合的。它们无论在通信中使用的变量，还是在仿真中控制的对象都应该是一致的。总体上讲，仿真界面是被控对象，利用PLC来控制这个仿真的自动售货机，仿真的自动售货机接受PLC的控制指令并完成相应的动作；另一方面，仿真界面中的仿真自动售货机的运行，都是由组态界面所提供的命令语言来完成的。这是整个仿真系统内部各大部件之间的内在关系。

该项目主要是对自动售货机中的下位机，也就是对PLC在其中的程序进行设计。

2.4 项目程序设计

这部分内容是整个项目实施的主体部分。所要完成的任务是仿真系统的上位机与下位机的程序设计，即在上述功能分析的基础上，有针对性地进行设计。

该设计实验装置选用的主机型号为S7-200系列主机，下位机程序的编制则是利用西门子PLC专用编程软件STEP-Micro/WIN完成的。在设计的过程中，并非孤立地分别进行上位机和下位机的设计工作，而是互相配合的。因此在设计过程中，并没有将上位机与下位机的设计分开来写，而是相互交替。

我们把程序设计部分分成几个程序块：投币模块；购买商品模块；退币模块。然后依据相互间关系进行系统组合，完成整个程序部分，实现全部功能。

（1）投币模块：在投币的过程中，每投下一枚硬币，投入显示将增加相应的币值，余额也增加同样币值。先制定投币端口表，再编写程序；

（2）购买模块：在购买过程中，仅设计汽水和咖啡两种商品，商品选择为输入端，由购买按钮输入，输出端分别为6种指示灯显示；

（3）退币模块：本自动售货机设计不区分退币币值，以找零输出简化整个退币过程，找零按钮输入退币信号，输出端为退币出口显示灯，货币指示LED余（总）额显示清零，各定时器、计数器复位，各模块返回初始状态。

每个模块将所编写的梯形图转换为STL程序模式，并且进行仿真。

2.5 项目的总结与思考

完成项目以后，以小组的形式进行总结与探讨。撰写项目实施报告，并找出项目实施中存在的一些问题，以便在今后项目实施中得到解决。在项目实施过程中，教师仅起侧面辅导和把关作用，主要注重培养学生的综合实践能力与创造思维能力。

3 项目的考核的评定

“PLC原理及应用”课程考核方式要求满足项目法教学的特点，采取的措施具体体现在考核成绩的评定上，课程考核成绩由十个项目考核成绩来确定，每个项目占课程考核的10%。每个项目的成绩评定采用百分制，由以下三部分构成：

第一部分：常规表现，占总成绩的20%。常规表现成绩由任课教师根据学生的上课和情况和与同学的合作情况打分。依据是学生出勤记录登记及小组讨论记录本。

第二部分：项目执行成绩，占总成绩的50%。每个项目完成以后，任课老师会根据学生的项目完成效果、学生的操作能力、解决问题的能力等进行综合的评定，给出相应的成绩。

第三部分：项目实验报告的撰写，占总成绩的30%。实验报告要求学生把项目的目的、实施、程序及总结阐述清楚，并能够提出新的问题。任课教师根据实验报告的书写质量给出相应的成绩。

同时，我们鼓励学生进行创新。对于在本课程整个实践过程中有创新，积极协助教师完成PLC实践环节、发表PLC相关论文、参加与本课程相关的技能大赛的学生，任课教师在总分不超过100分的情况下，可以给其酌情加分，最多加10分。

4 结语

根据吉首大学新开电气工程及其自动化专业的专业课程需要，我们设置了“PLC 原理及应用”新开课程，通过专业组老师的认真研究与探讨，我们确定该课程采用的项目教学法模式，对本课程的教学方法进行了大胆的尝试。我们确定了十个项目作为教学的主要内容，并且对每个项目的实施目的、任务进行了规定。同时，我们确定了该课程的考核大纲。通过学习该课程，学生加深了对PLC内容的理解，学会了运用所学的专业知识来分析问题、解决实际问题的方法，为学生的专业学习打下了扎实的基础，培养了学生的创新实践能力。

参考文献

[1] 李文娟，周美兰，戈宝军.“PLC电气控制与组态设计”课程教学研究与实践[J].电气电子教学学报， 2010，2（10）：84-85.

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[4] 王兆明，云建军.“电气控制与PLC应用 课程”教学改革[J].吉林工程技术师范学院学报，2011，7（1）：35-36.