PLC改造继电器控制系统“四步法”教学的实践与探究

郑丽红

摘 要：可编程序控制器（PLC）是中职维修电工专业的一门主干课程。近年来，笔者在进行PLC课程教学的过程中，发现学生对于PLC改造继电器控制系统存在不理解、不会做、不会接等问题。为进一步增强教学效果，提高学生对知识与技能的理解与应用能力，笔者在教学中采用“四步法”，即析、绘、写、验四步，让学生一步一步地掌握PLC改造继电器控制系统的方法。

关键词：PLC     继电器控制    教学法

PLC是一种以微处理器为基础的通用工业自动控制装置，具有可靠性高、柔性好、编程灵活、开发周期短以及故障自诊断等特点，特别适合应用于机床的控制系统的开发和应用。PLC已广泛应用于工业控制的各个领域，是现代工业自动化三大支柱之一。随着职业教育的发展，为了适应PLC日益广泛应用的形势，近几年，许多职业学校都开设了PLC课程。作为一门专业核心课程，其教学地位不言而喻，而通过教学使学生掌握PLC相关专业知识和提高操作能力成为亟待解决的问题。

一、PLC改造继电器控制线路课程存在的问题

根据人才培养方案，PLC课程一般在学生完成电力拖动课程的学习之后开设。

笔者所任教的班级是中高职一体化班，班级入学平均分排在年级榜首，学生的课堂纪律较好，班级学习氛围也较浓厚。但从以往的教学经验来看，仍存在一定问题，如学生在处理继电器控制线路上想法单一、逻辑分析存在缺陷等。

（一）學生的依赖性强，独立分析能力弱

中职学生普遍学习基础比较薄弱，主动学习意识不强。笔者在以往的教学中发现，学生在课堂上听讲都能明白，但在独立进行操作时，能够正确完成的比例不足40%，更多的学生依赖于教师“带着做、领着做”。

（二）学生的兴趣浓，但已有知识储备不足

PLC课程是在电力拖动课程之后开设的一门专业课，对于原有知识储备有一定要求，特别是关于相关电器元件符号、电路控制原理以及实现的功能等内容。在课堂伊始，笔者调查发现，有88%的学生表示对PLC学习有兴趣。但当提及学习该课程需要具备一定的电气控制知识时，发现一些学生信心明显不足了。

（三）学生的想法多，但实践操作效果欠佳

学生在进行继电器控制线路改造时，常常用直译法进行PLC梯形图的设计。以正反转继电器控制线路为例，要学生利用PLC对继电器控制线路进行改造，他们会直接把原线路旋转90°，然后更改触点符号，便得出了PLC梯形图。也就是说，学生认为PLC改造继电器控制线路只要改变方向、改变符号即可。采用这种直译法进行操作，在简单线路（点动、自锁等）中是可以实现线路改造目标的，但在较为复杂的电路中需要考虑的因素更多，不能采用直译法，设计过程应更加规范。

二、运用“四步法”改造继电器控制线路的具体实施步骤

针对学生的学习现状以及存在的困惑，笔者设计了析、绘、写、验四个步骤展开教学，使学生在学习PLC改造继电器控制线路时有据可循，将知识化整为零，一步一步引导学生在学习中不断夯实知识基础，切实提高实践操作能力。在具体实施步骤中，“析”是为了提升学生对原理的理解，“绘”是为了引导学生正确进行外围接线，“写”是为了促进学生理解逻辑关系并且向PLC逻辑转化，“验”是为了让学生在验证的过程中再次巩固继电器控制知识，达到知识的融合与补充。

（一）析——分析原理，明确要求

这一步是进行PLC设计的基础，旨在进一步巩固学生的继电器控制知识，让学生全面、清楚地了解继电器控制系统中的指令器件（如按钮、行程开关等）与执行器件（如继电器、接触器等）所完成的动作及完成动作的顺序，这是最为关键的一步。以正反转继电器控制线路为例，分析该线路的工作原理。正反转继电器控制线路中电动机M的正反转控制是由交流接触器KM1和KM2来完成的。正转启动由SB1发出信号控制，反转信号由SB2发出信号控制。按下SB1，KM1线圈得电且常开触点闭合自锁，M电动机连续正转。而KM1常闭触点断开，对反向控制进行联锁。按下SB3，线路失电而停止工作。反转控制也是如此，即按下SB1，KM1线圈得电（KM2线圈不能得电），电动机M连续正转;按下SB2，KM2线圈得电（KM1线圈不能得电），电动机M连续反转;按下SB3，电动机停止运转。

在完成分析的基础上，也就明确了相关的控制要求，就可以开始实施第一步——分析编写I/O地址分配表了。一般来说，继电器控制系统的输入元件有按钮、指令开关、限位开关、传感器等，而输出元件有继电器、接触器等。当然，I/O址的分配因人而异，可以有不同的分配结果，这并不影响控制功能的实现。

（二）绘——确定类型，绘接线图

由于实训场所PLC类型已经固定，因此选择PLC类型这一环节可以省略。当然，让学生简单了解PLC的硬件结构是必要的。比如，PLC的输入继电器的符号、接线端子等。在此基础上，学生就可以根据上述分析的I/O地址分配表画出PLC的外围接线图。

需要提醒注意的是，在常闭触点（如SB3）提供的输入信号处理上，最好是按设备全部为常开进行设计，以免出错。建议尽可能用输入设备常开触点与PLC输入端连接，如果某些信号能用常闭输入时，可先按输入设备为常开来设计，然后将梯形图中对应的输入继电器取反（常开改成常闭、常闭改成常开）处理。

在输入信号的确定中，学生都能够正确选择SB1和SB2中按钮的类型（即常开按钮），但对于SB3这个停止按钮，学生在选择时却出现了困难。由于PLC实训设备上只提供了常开按钮，但继电器控制线路中的SB3是一个常闭按钮。如果选择常开按钮的话，PLC程序中X3的触点如何进行修正是个难点。针对此难点教师通过PLC的输入继电器结构示意图进行讲解，并通过实践演示，让学生加深理解。通过理论铺垫和实践验证，学生能够较好地掌握此知识点。具有了这些知识储备，学生就可以较顺利地画出正反转控制线路的外围接线图了。

（三）写——观察电路，写表达式

这个步骤是至关重要的一环。学生必须要了解并较好地掌握串联、并联的相关知识，如串联、并联的表达式等，才能顺利、正确地写出逻辑表达式，为绘制PLC梯形图打下坚实基础。以正反转继电器控制电路为例，表达式的左边是线圈，右边是各触点之间的关系，即“线圈=各触点之间的关系”。通过分析，可以得到KM1、KM2两个表达式，并将其转换为PLC表达式。

此步骤是四步中最为重要的一步，如果此步骤的逻辑表达式不正确，将影响到PLC表达式的正确性，从而影响后续梯形图的绘制，最终影响正确控制功能的实现。

在此过程中，学生容易出现以下问题。第一，不能正确理解逻辑表达式左右两边表示的含义，将线圈与触点混淆。第二，知道电路中触点的串并联，但是用逻辑法表示的时候会出现错误，即串联是用逻辑乘（“·”）表示，而并联是用逻辑加（“+”）表示，一旦弄错，控制功能会完全不同。第三，对于控制线路图中公共区域部分的元器件容易漏写。因此，在四步法教学伊始，应向学生强调各环节的注意事项，加强检查，避免后续类似问题的发生。

（四）验——绘梯形图，验证结果

在明确地得出了表达式后，绘制PLC梯形图就不难了，但是必须要遵循作图原则。如左母线只能直接接各类继电器的触点，右母线只能直接接各类继电器的线圈（不含输入继电器线圈），梯形图应该按照从左到右、从上到下顺序画等，这些都是画出规范、合理梯形图的基本原则。在这样的原则指导下，就可以对应逻辑表达式画出梯形图。此外，通过PLC的实训设备，利用GX编程软件绘制梯形图，避免了直译法中出现的语言逻辑问题，同时，与前面的析、绘、写步骤相结合，最终验证接触器联锁正反转控制的进程，达到PLC改造继电器控制系统的效果。

三、PLC改造继电器控制系统“四步法”教学取得的效果

采用“四步法”教学可以改造比较复杂的继电器控制系统，能够快捷、准确地设计出PLC的梯形图。“四步法”简单、易学，针对性地解决了PLC知识抽象、学生难以理解的问题，不仅降低了学生学习难度，激发了学生的学习兴趣，而且使学生分析问题和解决问题的能力都有了进一步的提高。主要表现在以下幾个方面。

第一，帮助学生加深对理论知识的理解，使理论知识掌握更扎实。通过析、写环节，巩固了学生以往所学的电气控制相关知识，弥补了原有知识（继电控制原理分析、逻辑关系表述）的断层。

第二，培养学生独立思考的能力，养成独立思考习惯。通过“四步法”教学，学生能在掌握此方法后独立进行功能分析，绘制外围接线图，写出正确的逻辑表达式，最终完成PLC程序的编写，实现正确的控制功能。

第三，学生在学习过程中，不断分析并验证有效的继电器控制线路改造方法，提升了学习成就感。

总之，教学是教与学相辅相成的两个环节，只有将教与学有机结合，突出以学生为主体，从学生的角度出发去思考问题，才能更好地促进学生的专业技能提升，让教师的教学获得实效，从而达到教学相长的目的。

参考文献：

[1]李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练[M].3版.北京：中国劳动社会保障出版社，2001.

[2]常斗南.可编程序控制器：原理·应用·实验[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3]林春方.电气控制与PLC技术 [M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.

[4]罗庚兴.浅谈用PLC改造继电器控制系统的方法[J].煤矿机械，2006，27（7）.

（作者单位：平湖技师学院）