基于技能大赛的PLC综合实训教学改革和实践——以一堂PLC实训课为例

新疆应用职业技术学院 卢哲

引言

笔者连续两年和同事组成两人团队参加全国职业院校技能大赛暨自治区预赛（高职教师组）现代电气控制系统安装与调试项目的比赛，并指导学生也参加此项目学生组的比赛。实实在在地和学生学在一起、练在一起、比在一起 ，从备赛到参赛再到调试配合裁判评分，亲身经历了备赛过程中的困难险阻、劳累艰辛，比赛时的紧张氛围，领奖时的激动心情。现代电气控制系统安装与调试的比赛项目主要是以实际生产为任务工况环境，PLC控制技术为主体 ，并融入电机拖动技术、变频器调速技术、触摸屏组态控制技术等学科知识，综合性很强，难度较大。但是收获很多。伴随着诸多收获的同时也发现自己在实施教学过程中存在的一些问题，争取做到以赛促教 ，以赛促学，故对自己的授课内容做了一些的调整。文中将以《PLC综合实训》中一节实训内容为例展开介绍。

1 《PLC综合实训》的教学现状

《PLC综合实训》作为辅助《PLC应用技术》这门专业课理论知识的实践应用，在实践教学中使用PLC综合实训台完成实训任务，由各种模块构成，如PLC模块、按钮模块等，学生只需插线即可，虽然很方便，大大降低了难度，但也省掉了硬件接线的环节。以往主要进行的实训项目和训练的程序内容有：“多种液体自动混合”——步进指令单分支的应用，“生产线自动送料装车系统”——步进指令选择性分支的应用，“交通灯控制”——步进指令并行分支的应用；“ 全自动洗衣机控制 ”——步进指令单分支内包含子分支的应用；“铁塔之光 ”和“简易四层电梯控制”——功能性指令的应用。在我校，电气自动化专业围绕这些项目一般进行为期两周的实训。虽然这些实训项目内容比较经典，难度偏上，但是仅仅只能满足对课堂理论知识所学指令理解的强化和实践。距离职业技能大赛的赛项内容和满足行业需求还有一定差距，许多在实践工作上常用的内容都没有涉及，如学生没有接触过完整的硬件接线，只是插线。再如，不能接触到多个PLC的通讯等。

2 教学改革实践[3]

笔者以亲身经历技能大赛后获得的经验， 并结合自己在平时教学中的总结，对《PLC综合实训》进行了一些教学改革。

2.1 对教学内容的整合

除了上述内容，《PLC综合实训》还应涉及电工电子技术、机床电气控制、传感器测量与检测技术、触摸屏组态技术和变频器调速技术等 ，应该将这些学科知识融合起来，构建起联系，让学生对各个学科的内容有更深入、更具体的联系。具体实施过程就是创设工作情境，把大赛涉及的内容划分成小的实训任务，将难度降低，每个任务都有目的性、针对性地完成一些知识点。最后再通过一个综合型的任务将各部分联合起来。以2018年现代电气控制系统安装与调试项目的赛题为例，它的实质是用到两个PLC实现对电机的Y-△ 降压启动、变频器控制的电机实现变速、步进电机、双速电机这四种电机的控制 ，并用组态触摸屏来实现操作，还可以用按钮模块来调试，此外还有PLC之间的通讯。为了扩大知识面，让任务由易至难逐层递进，又增设了单速电机、电机正反转和双速电机正反转等受PLC控制的内容。在教学中，笔者把它们两两组合。如：基于生产环境，实现正反转和变频电机、双速电机和变频电机、双速电机和正反转、单速电机和步进电机、变频电机和步进电机、Y-△降压启动和变频电机等。在以前的实训任务中选择了一些在课堂理论教学过程中完成 ，不但让学生及时消化理论知识及时消化，还能使实训周有更多课时完成这些综合性强的内容。但课堂实训时间有限，不可能完全完成，因此可以把部分内容演变成考试题，将各个知识面都充分利用起来。

2.2 对实训资源整合

之前缺乏经验，为了备赛 ，有些元件都是“拆东墙补西墙 ”来满足训练，训练完再安装回去。 在经费有限的情况下，想实现成立专门技能大赛项目的实训室是有难度的， 也有可能会造成资源浪费。可以在现有的电工实训室基础上，多采购一些不同型号的PLC、步进电机 、变频器 、组态触摸屏 ，按钮模块等元件 ，以灵活完成多种项目。不至于因为元件缺乏而影响训练，也不至于元件不够用使训练和正常教学产生矛盾。

2.3 对考核办法创新[2]

坚持考核形式多样化，注重过程性考核。每个项目都会进行一次小组互评，并对每个同学进行学生个人评分。小组成绩 = 每个实训任务完成度60%+ 接线的工艺性20%+ 做卫生、着装等情况20%。学生个人得分 = 小组分40%+ 个人在实训中的表现情况60%，防止个别同学浑水摸鱼。课程总评成绩 = 实训报告成绩30%+ 平时表现70%。平时表现则为学生个人得分的平均成绩。避免出现平时不认真实训 ，只靠完成一个实训报告就得高分的现象。

3 实训教学过程

教学过程要充分体现学生自主思考、探索、实践、调试的过程，教师则是起到正确引导、提示、及时总结和给予学生积极评价的作用。和理论教学一样，也分为课前、课中和课后三个环节。

3.1 课前预习

实训周期间学生所有的理论课都会停课，20至24学时实训课之外，学生有许多闲暇的时间。提前把任务书发放至每个学生，要求学生提前预习，编制程序上课时检查。

3.2 课中实训

课中实训是教学的重点，主要有任务分配和分析、任务实践、小组互评和个人评分、任务小结、课后作业等5个环节。将结合一个具体的实训任务为例，并把该任务的接线原理等图和程序完整的分享给大家。

3.2.1 任务分配和分析

把学生分成若干组，每组2至3人，组内划分职责，如：编程、接线等。接下来举一个具体的任务实例来说明：

在某混料装置项目中，需要用到步进电机M1（只进行单向正转运行）和变频电机M2进行加料（有正反转），其中：

按下启动按钮SB5（x0）后，M1以速度1启动(每脉冲转动角度为0.1125度，每秒1圈)。再按下SB5按钮M1电机以速度2(每脉冲转动角度为0.45度，每秒3圈) 运行按下停止按钮SB6（x2），M1电机停止。

按下启动按钮SB5（x1）后，电机M2以25Hz正转启动，再按下SB5按钮M2电机50Hz反转运行，加速时间为0.5s，按下停止按钮SB6，M2电机停止。

分析任务：题目主要涉及步进电机、变频器和PLC型号选择。对于步进电机需要注意接线、步进电机的编程指令。对于变频器需要注意接线、参数设置。此外，步进电机只能选用能产生高频信号的T型PLC, 而变频器接三相交流电， 故选用R型PLC。学生有提前预习，但对于新的知识需要着重讲解。

3.2.2 任务实践

图1电气原理图

图2元件布局图

完成一个任务，大致需经历以下六步：（1）任务分析；（2）完成I/O地址分配；（3）完成电路图、元件布局图的设计，见图1和图2，注意两个PLC之间的通讯 ；（4）正确接线 ，注意接线工艺性，做到横平竖直，不交叉。通电前必须用万用表测量有无短路和接线错误。接线时最好按图接线可以避免很多错误。（5）变频器的参数设置，见表1；（6）PLC程序的编制，对步进电机用PLSY指令，还用到了功能指令和普通指令的配合使用，见图3；（7）下载程序，根据任务要求的动作完成调试，检查程序是否能完成动作要求。完成这部分内容需要组内同学互相配合。能完整调试成功的过程中会遇到很多问题，培养了学生不气馁，会排查错误，并尽力解决问题的宝贵品质。

表1变频器参数设置表

图4FX3U-48MR型PLC内的程序

3.2.3小组互评和个人评分

这部分内容上文已讲过，不再重复。注重此部分主要是让同学之间互相学习，取长补短。如，接线的工艺性。再如工作台面是否干净整齐，是否能做到零线头等。这些都是大赛比较重视的部分，也是工作中需要的宝贵品格。

3.2.4 任务小结

1～2分钟的任务小结对重难点进行梳理，帮助学生构建知识体系。

3.2.5 课后作业

完成实训报告的书写，课前交作业，而不是拖到最后。并预习新的内容。

3.3 课后复习

对本堂课学习到的知识、遇到的问题和困难、实训中出现的错误等进行详细总结，并记录在任务书上，作为以后工作中有参考价值的一手资料，培养学生勤思考、善总结的能力。

4 结语

经过一系列的实训课程教学内容的改革，学生在软件编程、硬件设计和接线、调试等方面的能力得到了很大提高，在工具摆放整齐，台面整洁等职业素养方面形成自觉习惯。学生在2019年自治区技能大赛中此项目获得二等奖的好成绩。学无止境，只有不断参与，勇于迎接新挑战才能接受更多新知识。