基于实训设备升级改造后《PLC与HMI创新设计》课程开发与实施的研究

关键词：实训设备;PLC;触摸屏;课程实施;

一、引言

近年来随着人机界面技术的不断发展，通过人机界面技术实现对整个生产过程的远程监控，可以使管理人员不在现场也能了解生产系统的实时情况，实现生产系统的自动化运行。触摸屏是小型的人机界面设备，通过触摸屏可以实现远程或现场的设备控制，并且将设备实时状态直观地呈现在触摸屏上，同时通过触摸屏的按钮、开关等功能，有效减少了PLC控制系统的硬件，降低系统成本，操作方便维护简单。目前越来越多的院校开设了PLC和人机界面的课程，但在教学过程中，大多数将两门课程分开进行实施，先学PLC，再学人机界面。在学PLC时，着重以编程为主，缺乏人机的互动，减低学生的学习兴趣;在学人机界面技术时，教师要把PLC的编程温习一遍，然后依托项目为背景，设计人机界面，这些项目没有实际控制对象，学生势必会在人机界面的设计上花费诸多心思，然后进行仿真，造成学生缺乏触摸屏的实际应用能力，降低了综合的实践能力。因此我们从实际的教学出发，对两门课程进行整合，既增加了课程的趣味性，又加深学生对工业控制中典型的工作任务的理解，有效地提高了课程的教学效果。

二、配套PLC实训室的现状

2020年4月前学院西门子PLC实训室的现状：（1）PLC设备成旧，落后于工业的应用。2019年底，自动化技术专业对2003级到2016级共14届毕业生进行毕业问卷调查，从调查的数据中发现，从事电气系统的开发、设备的维护、安装与调试仍是毕业生的主要工作岗位。大部分毕业生对PLC的相关课程比较认可，但也有部分学生提出，目前我们学院的PLC基础实验室，PLC控制器成旧，仍采用十几年前的S7-200系列，远远落后于工业应用。（2）控制对象老化且数量又少，不能满足学生的需求。目前PLC基础实验室共20套设备，自2006年建成以来，承担了十几届应电、自动化技术、机电一体化专业等学生的实验实训和考证任务，实验室电脑陈旧、设备电路板老化，许多地方接触不良，造成可用设备和控制对象越来越少，无法满足学生理论和实践的需求。

2020年4月后学院对西门子PLC实训室进行升级改造：从PLC实训台的控制器来说，采用现阶段西门子公司主推S7-1200PLC来进行实训台的开发，可完成PLC基本指令、扩展指令、工艺指令、通信指令的编程;从PLC的控制对象来说，我们遵循由简到难的认知规律，可完成跑马灯、十字路口交通灯、四工位小车、物料分拣、温度控制等项目的开发;从人机界面的设计来说，实验室配置了西门子公司的7寸触摸屏，提高了学生触摸屏的应用能力;从软件的更新来说，西门子公司的博图（TIAprotal）软件整合了PLC编程、人机界面和仿真等功能，集成度高，而且可以在没有硬件设备的情况下，进行模拟仿真，对于学习者来说是个很好的平台。综上所述，目前学院的西门子PLC实训室的硬件条件完全满足《PLC与HMI创新设计》课程的实施需求。

三、课程的目标及内容

《PLC与HMI创新设计》是一门自动化技术专业、机电一体化专业的实践类课程。根据行业专家对电气自动化技术所涵盖的岗位群进行的任务和职业能力进行分析，课程的总体目标：通过课程的学习，使学生具备一定人文综合素质，树立良好的职业规范，具备独立完成中等复杂程度的PLC控制系统的硬件选型、电路设计、PLC程序设计、人机界面设计、电路的安装和系统的调试与维修的能力，毕业后能服务于机电行业一线的高级技能型和应用型人才。

课程以培养学生的PLC技术和人机界面技术的综合工程应用能力为主线，课程分3个教学项目和1个考核项目进行实施，总学时为60学时，其中教学项目为54学时，考核项目为6学时。教学项目中主要涵盖了项目的应用背景及控制要求、硬件的选型、电路的设计、PLC程序的常用设计方法、人机界面的设计、电路的装调与维修等内容。按照PLC控制系统的复杂度和由简到难的认知规律，3个项目分别为“智能抢答器PLC控制系统设计与调试”、“物料分拣PLC控制系统的设计与调试”和“机械手PLC控制系统设计与调试”，各教学项目均采用项目化进行教学，“学中做、做中学”，始终将理论的学习和动手的训练贯穿其中。

项目一“智能抢答器PLC控制系统设计与调试”注重锻炼学生博图软件的使用能力，比较指令、传送指令的应用能力，PLC经验设计法的使用能力，简单人机界面的设计能力，PLC控制系统的设计与调试能力;项目二“物料分拣PLC控制系统的设计与调试”注重锻炼学生传感器、电磁阀和气缸在PLC技术中的应用能力;项目三“机械手PLC控制系统设计与调试”注重锻炼学生步进电机的控制能力，博图软件中脉冲发生器的应用能力，主程序调用块功能的能力，中等复杂程序的PLC控制系统的设计、联机调试、故障排除的能力。

四、课程的教材及使用平台

本课程所用的教材，选用本人主编的《PLC与HMI创新设计》指导书，与实验室配套的HKPLC-2A型网络型可编程控制器实验装置配套使用。另外还在超星平台上开发了课程的网站，目前已覆盖了到自动化专科及本科共8个班级。超星平台的架构以3个项目为主线，设有课程学习任务单、微课、PPT、教案、配套习题、试题库等内容，以满足学生课前、课中与课后学习的教学资源需求（图1、图2）。

本课程评价采用形成性的考核方式，始终围绕课程目标开展考核，课程考核主要由四部分组成，具体包括平时成绩15%、实践操作（三个项目）40%、实操考核30%、实训报告15%。平时成绩是由考勤、职业素养和团队协作精神组成，职业素养主要考查学生的着装、生产现场和工位整洁卫生，做到及时整理、清理和清扫等。

自《PLC与HMI创新设计》课程的开发及实施以来，得到学院、专业的领导及课程组成员的大力支持，进展基本顺利。在课程的调查研究报告中显示，学生对这门课的认可度是高的，普遍认为该门课程很好地锻炼了PLC的编程、器件的选型、电路的设计、人机界面的设计、系统的调试与维修等能力，增强了专业的归属感，树立了职业的规范意识，提高了PLC技术和触摸屏技术的实际工程应用能力，為今后就业打下了坚实的基础，课程实施效果好。

参考文献：

[1]李龙唐思均张一.PLC与人机界面结合的课程教学模式研究《教育教学》，2017

[2]杜娟.触摸屏在PLC实践教学中的应用《探索与观察》，2019

[3]鱼敏英.基于电气专业综合实践中《PLC与触摸屏控制技术》课程研究《信息化教学》，2019

作者简介：

叶红芳（1981-）女，浙江金华人，金华职业技术学院，硕士学位，实验师。现从事自动化技术专业的教学与实验室管理工作。

项目来源：2020年校内教改课题《PLC实训设备升级改造后的课程资源开发和信息化教学的研究》（20205A718）