技校PLC课程教学实践分解

文/郑龙华

世界上第一台PLC由美国数字设备公司研制开发并成功用于汽车生产线上，它取代传统的继电器接触器控制后，PLC很快在美国其他工业领域得到推广应用。随着PLC与传感器、变频器的结合，它的功能越来越强大，应用领域越来越广泛。当前，PLC自动化控制技术在大多数国家的冶金、矿山、机械、交通、轻工等行业以及日常生活中得到广泛应用。近年来，许多技校已在机电类专业开设PLC课程。笔者结合教学实践，提出几点思考。

一、提高学生学习兴趣是关键

技校学生普遍存在文化基础知识差、对理论知识学习不感兴趣等问题，在学习专业课时，若遇到英文字母，学生可能看都不看就说自己不行。对于PLC这门课来说，学生在未入门的情况下，往往会有两个错误认识：一是认为该课程与英语（指令表）有关；二是认为该课程与制图（梯形图）有关。这些都使得学生在学习PLC课时产生畏难情绪，这就要求教师应当从以下几方面入手，提高学生的学习兴趣。

（一）就业前景激发学习兴趣。当今是信息时代、网络时代，教师应通过各种渠道，获取与本课程相关的资料，列举PLC在工业、农业、交通运输业及日常生活中广泛应用的例子，并尽可能地给学生提供到企业特别是大型企业实地参观或与企业员工交流的机会，让学生了解其就业的大好前景，激起他们的学习兴趣，使学生对PLC这门课的认识不再只停留在抽象的概念上。

（二）多媒体教学激发学习兴趣。每个教师都知道，所谓的教学难点是指学习者在学习过程中难以理解、掌握的知识点或技能。学生在学习上遇到困难，除学生的主观原因外，很多时候还来自学生对客观现象缺乏实际感受，由于感性知识太少，很难完成从感性认识到抽象概念的飞跃。PLC的特点之一是逻辑性、抽象性强。教师在教学中应尽量使用多媒体教学设备，这样不仅节约了很多时间，而且更直观、生动，学生更易接受。在条件允许的情况下，我们可以用PS软件或flash软件，把PLC要实现的功能用动画方式生动形象地呈现在学生面前，让学生能更好地理解PLC要实现的功能，从而设计出可行的梯形图。三棱PLC自带动画软件，它不仅有详细的控制要求，而且有一幅幅可以动的画面，教师在授课时借助它激发学生的学习兴趣。

通常新学期的第一节PLC课，笔者不是按教材顺序先介绍PLC的硬件、软件设备及结构等，而是先把学生带到实训室，演示几组常见的适用动画给学生看（如动感舞台、车库自动门控制、小区门口监控感应系统等），用直观的画面吸引学生的眼球，激起学生的求知欲，使之变被动学习为主动探究，提高学习兴趣。

图1

三棱PLC自带动画软件中的小区门口监控感应系统模拟画面和梯形图。当有人进前时，传感器X0接到信号，则指示灯Y1点亮，一直到出口传感器X1感应到人的信号5秒后，指示灯Y1才熄灭。当有车进前时，传感器X2接收到信号，则指示灯Y4点亮，一直到出口传感器X3感应到车的信号5秒后，指示灯Y4才熄灭，若车没有在10秒钟内通过传感器X2和X3之间的区域，则红灯Y3被点亮，而且蜂鸣器Y7接通报警，等到出口传感器X3感应到车的信号后蜂鸣器停止，5秒后指示灯Y4才熄灭（见图一）。

教师写入正确的程序，再演示给学生观看，学生看到通过教师的控制，画面不仅能动，而且指示灯能亮、蜂鸣器能叫，学生觉得挺带劲的，希望自己也能实现这样的控制，如此就为PLC的学习打开良好的开端。

（三）互动教学激起学习兴趣。教学即包含教师的教，也包含学生的学，因此需要教学互动。教学互动可以是师生互动、生生互动、教学内容与媒介之间的互动。课堂上比较常用的是师生互动和生生互动。师生互动可以是简单的教师问、学生答，学生问、教师答，教师指导、学生实践，也可以设置根据课堂情况一个场景，师生一同参与、一同探讨、最终得出正确结论。生生互动一般是以小组讨论、小组竞赛、小组合作的方式进行。在学生实践的环节，更应注意加强互动教学，这个环节不仅是老师传授给学生编程方法等内容，学生也可以通过老师给出的任务书，从各方面获取资料，充分发挥自身的创造力去设计、完成指定任务。这样不仅锻炼了学生的思维能力，而且在完成任务书的同时，学生不知不觉地学会了解决问题的方法，在这过程中还增强了学生之间的信息交流，培养学生互助合作精神。总之，教师在三尺讲台上要让每个学生都扮演一定的角色，担负一定的责任，就能激起学生学习的兴趣。

二、建立PLC梯形图的概念

学生刚接触梯形图时会有一种摸不着边的感觉，如果学生找不到入门点，即使有再高的学习兴趣恐怕也只能败兴而归。因此，笔者认为建立起PLC梯形图的概念是非常重要的。经验法是让学生在短时间内建立起梯形图概念的行之有效的方法。

PLC发展初期是沿用设计继电器电路图的方法来设计梯形图，即在已有的继电器电路图的基础上，根据对被控制对象的控制要求，不断地修改完善成梯形图。这种方法没有普遍的规律可以遵循，设计者一定要掌握继电器控制线路基础知识，通过设计者对继电器的控制的经验，把设计继电器控制思维转化为PLC梯形图设计思维。特别是在PLC入门学习的时候，这种方法能够很快让学生建立起梯形图的模型。例如，教师可以从电动机的连续运行控制开始（见图2），先分析其工作原理，当按下正转启动按钮SB2时，接触器KM1线圈得电，其辅助常开触头闭合自锁，主触头闭合，电动机连续运行，若要让电动机停止运行，只要按下停止按钮SB1，接触器KM1线圈失电，主触头和辅助常开触头复位，电动机失电停止。

图2

第二步讲解PLC内部各类等效继电器的线圈和触点与继电器线圈和触点的图形符号比较（见图3）。

图3

第三步把上面的电路转化为梯形图（见图4），并上机仿真运行、分析，学生就能看到，当按下开关X2时，Y1得电，当松开X2时，Y1仍得电，实现连续运行；当按下开关X1时，Y1失电，电机停止运行。学生觉得这与继电器控制原理相似，比较容易接受。

图4

在连续运行的基础上，提出问题，如何用PLC控制，让电动机能正转也能反转？学生根据接触器正反转控制电路很快就能设计出反转控制梯形图（见图5）。

图5

如此一来，学生觉得梯形图并不是那么抽象和难以设计的，这时再给学生补充梯形图的组成部分和画图的注意事项等知识，加深学生印象，梯形图的概念就建立起来了。

应该注意的是，经验法是在继电器电路基础上转移而来的，因此就要求在机电类专业排课时《PLC》与《电力拖动》不能在同一学期同时开课，曾经有一学期，学生没有继电器控制电路基础知识，学起PLC来非常费劲，这样就很难达到预期效果。

三、合理采用课题式教学法

课题式教学是将学习、设计和研究贯穿于课堂教学的一种教学模式，其主要是学生在教师的指导下开展的学习、研究、讨论和设计，把教、学、实践三者有机地结合在一起。课题式教学法在PLC教学过程中比较适用，PLC这门课主要培养学生的设计思路，而不是让学生死记硬背某个梯形图。在教学过程中，教师可以把某一个要研究的课题，分解成多个已经学习过的、比较简单的小任务，并且预先分析好难点所在，做好引导工作，使课题的设计思路清晰地呈现在学生的脑海中，然后让学生讨论、研究、动手实践，最终成功完成整个课题。如抢答器的控制程序，就可以分成“分台指示灯”控制、“抢答时限”控制和“主控台”控制三个小程序，设计好每个小程序的梯形图后，再按题目要求把它们有机结合在一起就可以形成完整的梯形图。

（一）设计各分台指示灯梯形图（X1、X2、X3为各分台抢答按钮，Y1、Y2、Y3为各分台指示灯符号）：这一块的难点在于怎样实现当某一个抢答按钮被按下后，其他各个分台上的按钮再按下则为无效信号。老师可以让学生自己思考解决问题的方法，也可以提醒学生在电动机的正反转运行中，怎样实现正转和反转不同时得电，这样学生很快就能想到解决问题的办法（用触头联锁），然后完成，梯形图（见图6）。

图6

（二）抢答时限控制梯形图（10秒钟的抢答时间）：这一块的难点在于怎样设定10秒的抢答时间，即在10秒钟内按下抢答按钮为有效抢答，且定时器不再计时，若在10秒钟内无人按下抢答按钮则显示自动撤销信号，之后再按下抢答按钮为无效抢答。老师可以提示学生：①用分台指示灯的触头作为定时器的停止开关，②用定时器的触头作为自动撤销信号的启动开关。学生就能很快设计出可行的梯形图（见图7）。

图7

（三）设计总电源和抢答开始/复位的梯形图：这一块主要要设计总电源和指示灯及抢答开始/复位的梯形图（见图8）。

图8

把三个部分的梯形图组合在一起就形成完整的抢答器控制梯形图，形成完整的梯形图（见图9）。

图9

在几个程序的有机结合时，要考虑题目的总体要求和要实现的功能。如图9中的最上面一部分为“分台指示灯”控制的梯形图，这一部分与之前的图6基本相同，但不是完全相同，还要加三个Y4的常闭触头。其作用是要满足题目要求：“若在10秒钟内无人按下抢答按钮则显示自动撤销信号，之后再按下抢答按钮为无效抢答”。即一旦Y4灯亮，则切断三个抢答支路，无法再进行抢答。这些细小又不是很难的环节可以让学生讨论，自行设计解决方案，然后上机实践，仿真运行，再逐步完善。

应该注意的是，这种教学方法通常要在学生建立起梯形图概念、能独立完成简单梯形图的设计并能自行分析控制要求后，才能尝试运用并逐步推广。

四、适当增加实践课比例

技校的培养目标就是要让学生掌握一定的操作技能。若教师上课只是一味地纸上谈兵，讲解抽象的概念和空洞的理论，而没有给学生实际动手的机会，那么学生就无法把理论应用到实践中去，无法真正掌握操作技能并提高解决问题的能力。因此，教师在授课的过程中应该注意理论课与实践课的搭配比例，通过学生自己动手实践操作，提高他们发现问题解决问题的能力，为他们学好PLC 打下坚实的基础，从而为将来进入生产岗位做好准备。在学生动手实践的过程中，教师应巡回检查指导，及时发现、解决学生在实践中遇到的难题，保证教学效果。