《PLC技术》实验教学内容的改革与实验室建设

王梅　刘金桂

【摘 要】PLC实践教学环节主要包括实验教学，课程设计，毕业设计，生产实习，课外科技活动，产品、科研开发等[1]，根据自动化专业人才培养的目标，结合企业对PLC工作岗位所需职业能力需要，课题组通过对PLC课程问题的分析以及教学过程中的实践，从实践教学内容，实验室管理与建设两个方面进行了研究与探索。经过实践检验，在教学中取得了较好的成效，为其他专业课程的实践教学提供了借鉴和参考。

【关键词】PLC技术；实践教学；实验室建设；教学内容

0 引言

《PLC技术》课程是我校电气自动化专业的一门主干课程，工程应用性很强，是形成该专业学生强电控制能力的核心课程。其目标是培养能从事电气设备控制线路安装与调试、故障检修和技术支持等工作岗位的高素质技能型专门人才。PLC理论知识的掌握程度及工程实践能力的强弱对学生的就业及未来从事相关技术的工作起着重要作用。而该课程实践教学环节是该课程的一个重要环节，对学生工程设计能力，新技术应用开发能力，创新意识的培养具有不可替代的作用。因此，深化对《PLC技术》课程实践教学的改革，构建《PLC技术》课程实践教学新方案具有重要而深远的意义。

1 PLC实践教学中存在的问题

PLC课程应用型、实践性、综合性强，传统的实践教学项目形式单一、多为验证型，缺少完整 PLC控制系统的设计和制作，不能满足学生对工程实际的认知，无法帮助其树立完整的控制工程意识[1]。其次，普通高校由于缺乏资金，实验室设备环境落后，而制约了实验的数量和质量，也无法胜任复杂的教学任务，如课程设计、毕业设计等，影响了实践教学工作的有效开展。

因此，本课题组根据自动化专业人才培养的目标，结合企业对PLC工作岗位所需职业能力需要，从实践教学内容，实验室管理与建设等方面进行了研究与探索，努力给学生营造培养综合能力的教学环境[3]，使学生深化对理论知识的理解，掌握关键技术，培养工程实践能力，有效的提高人才培养的质量[4]，以满足社会经济发展的需要。

2 PLC实验教学内容的改革

教学内容的设计是教学改革的核心，实验是实践教学中最基本、最重要的一个内容。实验教学的改革中，实验项目的改革特别重要，针对传统实践教学项目内容单一、缺乏工程实用性等问题，对PLC实践教学内容进行了全面改革，在实训项目的选择上， 既兼顾学生学习程度的差异性， 又考虑项目选择的典型性。在实验项目安排上减少基础性实验的比例，增加综合性和设计性的实验，构建了基础性、设计性、综合性三层实践教学内容体系，承担了我校电气自动化专业的实验教学、课程设计、课程实习、毕业设计等教学任务，满足了本专业的实践教学需要，使学生循序渐进地把知识融会贯通。

基本型实验主要服务于先期的课内实验，一次课时为2 学时。基本型实验内容包括：实验硬件资源配置的认识、编程软件的使用、基本指令的练习、以及梯形图典型单元、环节的学习。通过这部分内容的学习，使每个学生都能进行PLC接线、编程与调试，为综合性设计性实验做准备。

在较好完成基础性实验的基础上引入设计性实验[4]，设计型实验主要服务于中后期的课内实验，以及学期末的课程设计环节，课程设计环节学时一般为1～2周。设计型实验内容包括三相异步交流电动机的（包括点动、连续、正反转、顺序启动、Y—Δ减压启动等子环节）控制、运料小车的控制、交通灯的控制、 步进电机的控制十个实验项目等。在该层次的教学中，教师只提出任务与要求，学生自主分析、设计、编程、调试。教师负责指点、检查、把关、答疑。使学生能够熟练地进行PLC硬件设计与软件编程，培养学生基本专业技术实践技能，提高学生独立分析问题、解决问题的能力。

综合性实验主要服务于具有一定难度的课程设计以及毕业设计环节，对基础较好学有余力的学生，可根据自己的兴趣或就业方向自行选题，在课余时间开放实验室期间进行综合性实验。综合性实验内容包括机械手的控制、变频器的控制、触摸屏的控制、室内温湿度检测系统的设计、直流电机双闭环调速系统的设计等。通过该环节使学生进一步的学习PLC的扩展功能，可培养学生专业综合技能及PLC工程应用能力，为今后从事相关工作打下坚实基础。

3 PLC实践教学基地的建设与完善

为保证PLC相关实践教学内容的正常开展，我们进行了PLC 专题及新技术应用的研究，逐步建立起了一套PLC 的实践基地[3]，包括电气控制实验实训室、PLC实验室、PLC综合实训室等，利用这些实践教学场所及装置，可依次完成上述实践教学环节。

电气控制实验实训室可以进行的实验实训项目有：低压电器的认识与使用、三相异步电动机的启动制动控制等，是学生学习PLC技术课程的一个先导与前提。该实验室采用传统的插拔式的接线方法，简单、安全、方便，便于学生迅速掌握传统的继电器-接触器控制系统的相关知识，为PLC技术课程的学习奠定坚实的基础。

PLC实验室配备有22套实验设备，每套设备均有三菱FX系列PLC实验装置一套、计算机一台、RS-232或RS-485通信线一根、以及若干实物模型。计算机上安装有PLC编程软件、仿真软件以及组态软件、通信驱动软件等。实物模型是按一定比例缩小的工程实物，如交通灯模型、电梯模型等，共计十二套不同的模型。实物模型可使实验更加丰富、形象，可以满足学生PLC 的基本实验教学以及一些简单课程设计、实训、课外科技活动等的需要。但是在该实验室中，实验装置功能简单、系统无法扩展，无法实现复杂的控制要求、不能胜任复杂的教学任务，如复杂的课程设计、课程实习、毕业设计等。而市售的设备普遍存在用途单一、价格较高、通用性不强等问题而影响综合性设计性实验、课程设计、毕业设计等实践教学工作的有效开展[2]。在电气控制实验室以及PLC实验室中，所使用的设备和器件都是实验室专用的装置，接线方法也采用传统的插拔式，与工业生产现场的实际设备和器件有着较大的差异。

为了满足PLC多任务、多功能的控制要求，营造真实的工程环境，在实验室建设经费有限的情况下，我们决定建设PLC综合实训室，在综合实训室中自行配置多功能PLC的实践教学平台以满足不同实践教学环节的多种需要。

PLC综合实训室共有22套PLC实践教学装置，考虑到PLC作为常用的工业控制设备，不仅可独立运行，还常与计算机、变频器、触摸屏、各种电机以及仪表等共同构成控制系统[2]。因此每套装置中不仅配有计算机、通信电缆、PLC主机单元，还配有PLC的模数转换模块、数模转换模块、I/O扩展模块、变频器与触摸屏等，可以扩展PLC功能，另外还配有有继电器等必备的低压电器可供师生选择使用，以及电磁阀、各种电机、电机驱动器等执行元件，以方便进行步进控制或伺服控制用。计算机中装有PLC编程软件、仿真软件、HMI画面设计组态软件、上位机组态监控软件等。通信电缆主要有RS-232、RS-485、USB口转RS422等。这些软硬件配置既可承担实验教学、又可胜任课程设计、课程实习、毕业设计的实践教学环节的教学任务。学生可根据不同的工程项目、不同的控制要求，灵活增减各种配置、并进行有机组合，构建所需的控制系统。

在PLC综合实训室，采用了网孔板式的实训装置，每套装置各设备元件均安装在定制的网孔板上，一方面便于灵活组合和安装接线，另一方面让学生真正动手参与到工程实际接线的真实环境中来，并能深入的了解一个PLC 控制系统的设计及施工安装过程，给学生营造了一个培养工程技术应用能力的教学环境。该装置经过多班级多人次的实践教学环节的使用，表明取得了良好的教学效果。

4 结束语

PLC 实践教学是我校电气自动化专业教学中非常重要的一个环节，合理的设置实践教学内容，配备完善的实践教学设施，对培养学生的工程实践能力十分关键，通过对PLC课程问题的分析，对PLC实践教学内容进行了改革，对PLC实验基地进行了建设，经过实践检验，在教学中取得了较好的成效，学生反馈良好，为其他专业课程的实践教学提供了借鉴和参考。

【参考文献】

[1]张君霞，戴明宏.三步递阶式PLC实验教学[J].中国职业技术教育，2010，26.

[2]束长宝，蒋步军，等.多功能PLC实践教学装置研制[J].实验技术与管理， 2014，12. [3]乔俊福.关于PLC实践教学的探讨[J].福建电脑，2009，2.

[4]顾桂梅.加强PLC实践教学改革 培养高素质创新型人才[J].自动化与仪器仪表，2007，2.

[责任编辑：李书培]