从实训设备的开发论PLC教学中典型工作任务的提炼

王章宽

广东省核工业华南高级技工学校，广东 韶关 512026

从实训设备的开发论PLC教学中典型工作任务的提炼

王章宽*

广东省核工业华南高级技工学校，广东 韶关 512026

本文从教学实际出发，论述了PLC教学中实训设备和实训任务等环节存在的问题，并结合学校情况进行教学设备开发，阐述了设备开发思路和典型工作任务的转化过程，从而解决了教学中模拟实训不直观、不综合等问题，提高了教学效果和质量。

设备开发；工作任务；转化

当前很多技工院校都在进行一体化教学实践，在一体化教学中有一个很关键的环节就是典型工作任务的开发，而典型工作任务的载体便是相应的教学设备和场地。有实力的技工院校可以自行购买先进的实训设备以及校企合作共同开发实训任务，但也有很多技工院校校企合作不完善或者合作深度不够，受资金、场地、设备、师资等因素影响，典型工作任务不能完全和企业共同完成，套用别人的任务也不一定适合自己教学，所以各学校还应根据自身的条件和特点开发相应实训设备，设计出适合自己的典型工作任务。本文以我校为例，论述实训设备开发的思路以及进行典型工作任务的转化来进行PLC教学。

一、目前PLC教学存在的问题

(一)模拟教学偏多，实际应用偏少

PLC课程具有实践性强、应用广泛等特点，学生学习兴趣也很高，但也存在一些问题：1.模拟教学多，学生学习后劲不足。PLC初学者或基础教学时大多是采用软件监控、按钮和指示灯模拟运行等方式，学生虽然能进行程序的编写，但是没有直观的实物控制，对控制技巧以及细节应用不能很好的处理，更不能直接将所学转化为现实所用，所以在后期教学中学生有时候也很迷茫，知道PLC的用处大，但是具体怎么应用还是不清楚，学习后劲不足。2.PLC教学综合实训较少。目前PLC及其相关的自动控制技术已经应用到各行各业，仅在学校里就有较高通用性，例如制冷类专业的中央空调或大型冷库的智能控制、机械类专业大型的机床设备、楼宇控制专业的电梯等。所以在教学中也应该多专业、多学科综合实训，最好让学生在校就能真正将PLC所学转化为应用，掌握更全面的知识。

(二)教学设备综合性不强

目前技工院校实训设备的来源主要有两个途径，一是购买教学仪器厂家生产的设备；二是自己设计并开发实训设备。很多院校采用的是第一个途径，但也存在一些问题：1.专业实训设备少量购买工位不足，不利于教学，批量购买价格较贵，成本较高；2.一般实训设备是进行PLC、变频器、触摸屏等教学，实训科目单一，对于场地有限的学校来说利用率不高；3.购买的设备不一定能适用自己学校的学生，实用性不强。

所以对于规模较小，场地有限，资金不充足的院校来说，可以采用第二个途径，即根据学校自身的特点开发出适合自己的实训设备，最好开发的实训设备可以多专业、多学科共同使用，这样既能提高设备和场地的利用率又能进行专业和学科整合，效果更好，最后根据开发的设备提炼出典型工作任务从而开展一体化教学。

二、实训设备的开发及工作任务的转化

PLC教学中按照控制对象的不同一般可以分为彩灯控制、接触器控制、气缸(气动)控制、电机控制、传感器控制等五种典型控制方式，而这些控制对象又在很多专业学科中存在。我校近几年根据专业发展及课程设置，将电气自动化、制冷、机械等专业教学资源及教学场地进行整合，学校教师自行设计并开发了相应实训设备并提炼典型的工作任务用于教学。

(一)智能型中央空调实训设备

1.设备开发思路

在PLC教学中会遇到很多知识点因为没有真实的环境和数据而不能很好的开展教学。例如：(1)FX2N-4AD-PT温度模块、4DA模拟量转化模块等特殊模块应用；(2)温度、压力、流量等常用传感器的实际检测；(3)电动机的变频控制；(4)触摸屏、PLC、变频器的综合应用。以上知识点在传统教学中大多采用的是模拟教学，有的根本就没有开展特殊模块教学，学生学习也得不到真实的实验数据。

同时这些技能点又在中央空调中得到了很好的应用，所以将电气自动控制技术和制冷技术整合，设计并开发了智能型中央空调实训设备。该实训设备既可以进行制冷专业实训，也可以进行自动化控制实训，让学生摆脱模拟实训的弊端，进行真实的温度控制、电机控制、变频节能调速控制等综合训练，将所学及时转为所用。设备实物如图1所示，变频节能系统结构如图2所示。

图1 智能中央空调实训设备

图2 变频节能系统结构图

2.典型工作任务的提炼和转化

根据设备的实际运行过程可以转化为不同的实训任务，能够进行直观的、实际的训练，解决了以往只能模拟运行、仿真实训的弊端，特别是故障检测实训更有针对性和实际效果，可提炼或转化的实训任务如表1所示。

表1 中央空调实训设备可提炼的实训任务

(二)卫生间智能冲水系统

1.设备开发思路

我校教学楼修建时间较早，公共卫生间结构是传统的槽式蹲位便池，冲水装置原先采用定时直冲方式，由于水压和厕所结构的原因，常常出现冲不干净、异味很大和浪费水的情况。为解决以上问题，并结合专业知识设计开发了卫生间智能冲水装置，需满足的功能有：(1)采用PLC和触摸屏控制，能进行分楼层、分时段在入厕高峰期进行自动冲水；(2)能进行正常上课、夜晚、假期三种模式相互切换，在夜间和假期人少时少冲或者不冲，节约用水用电；(3)能随时进行手动和自动运行模式切换，方便检修和调试。设备实物如图3所示。

图3 智能型卫生间冲水装置控制箱

2.典型工作任务的提炼与转化

设备的开发除了解决学校实际问题之外，也进行了教学任务的转化，为教学服务。该设备有24个彩色指示灯和24个继电器，对应控制6个楼层24个冲水电磁阀，既有模拟输出又有实际动作，学生学习基本指令、比较指令、SFC图、时钟指令等知识点时可以进行很好的实际应用。可提炼的任务如表2。

表2 智能冲水装置可提炼的实训任务

(三)PLC与变频技术工作岛

1.设备开发思路

我校传统的PLC与变频器教学设备采用的是板件式，即PLC和变频器安装在板件上，并配有按钮、指示灯及电动机，由于结构简单，功能单一，PLC与变频器也不能进行通讯，导致实训内容较少，不利于PLC新技术以及一体化教学，实训板件和教学模式都处于被淘汰的边缘。为了更好的进行PLC与变频器基础教学，结合一体化教学改革，开发设计了PLC与变频器技术工作岛实训设备，并进行一体化实训室改造。

实训设备为六边形不锈钢结构，每岛6工位，实训室共九岛54工位。每台设备配有PLC、变频器、电动机各三台以及电脑6台，能进行分组分任务一体化教学。设备及实训室如图4、5所示。

2.典型工作任务的提炼和转化

PLC与变频技术工作岛配有较多按钮、指示灯、电动机，后续升级后每岛又增加了三台触摸屏，对于PLC基本指令、步进指令、SFC图、应用指令的训练以及触摸屏、变频器的综合操作等都可以完成，能够满足中、高级课程教学。设备可开展的实训任务如表3所示。

图4 PLC与变频技术工作岛 图5 PLC与变频技术实训室

表3 PLC与变频器技术工作岛可提炼的实训任务

(四)气动挖掘机实训设备

1.设备开发思路

机械类课程和电气自动化课程如何结合一直是机电一体化专业研究的重点，但也存在一些问题，例如：(1)传统的数控铣课程所加工的零件最后都成为了摆饰品，并没有进行二次应用；(2)液压与气动课程实训也没有很好的设备，购买专用设备利用率也不高；(3)PLC控制实际的气缸和机械动作不多，学生学习不够直观。基于以上问题，设计开发了DIY气动挖掘机实训台，如图6所示。

图6 DIY气动挖掘机实训台

2.实训任务的转化

设备模拟的挖掘机选用的是气动驱动，区别于实际的液压控制，因为不考虑较大系统负载和机械动作控制精度，液压和气动控制原理和效果相差不大，且气动元件拆卸和清洁方便，便于学生操作。其中挖掘机铲、挖掘机手臂、驾驶舱、挖掘机底座、控制箱和面板上的动作雕刻图都是学生在数控铣实训课程中的产品，进行了二次利用。该设备采用PLC控制，可以实现挖掘机手动、自动、多角度动作，真正实现机电一体化专业综合实训教学。可提炼的实训任务如表4所示。

表4 气动挖掘机实训设备可提炼的实训任务

三、结束语

教学设备的开发和典型工作任务的提炼既要结合学校实际又要联系生产生活实际，本文结合学校自身特点开发教学设备，进行专业和学科整合，充分提高实训设备和场地的利用率，并进行工作任务的转化，投入到实际教学中去，提高教学效果和质量，对其他技工院校来说也具有一定的参考价值。虽然设备的开发在精度、工艺美观度、技术先进性等方面还存在不足，典型工作任务的提炼还不够完善和系统，但是对学校目前的教学、教师的能力提升、成果积累等各方面都有很大的帮助，也为以后的继续发展打下了坚实的基础。

[1]何绍鹏，练伟新.基于PLC控制的智能冲水系统开发与教学应用[J].广东技工教育研究，2014.3.

[2]吴振东，王璐.技工院校专业教学设备研发体制研究[J].广东技工教育研究，2014.4.

[3]吴振东.特色气动挖掘机综合实训台设计研发[J].广东技工教育研究，2014.4.

王章宽，广东省核工业华南高级技工学校，一级实习指导教师，研究方向：机电一体化教学。

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