PLC课程教学探索

李晓佳

广州工程技术职业学院 广东广州 510725

化工行业是现代工业的一个重要分支，在国家的工业发展中占有重要的地位。在化工生产中存在大量有害的气体和液体原料，因此化工生产过程需要在规定的工艺条件下进行。为了保证产品的产量和质量，同时也要保证安全生产，减轻生产人员的劳动强度，改善劳动条件，化工生产不断改进控制方式，实现化工生产自动化。PLC又称可编程控制器，是一种以微处理器为基础的通用自动装置，综合现代计算机技术、自动控制技术和通信技术，在化工自动化控制领域内得到了广泛应用。笔者针对所在学院化工自动化技术专业开设的“可编程控制器”课程，根据高职教育的特点及本专业学生的职业发展，从理论教学、实践教学和课程资源建设三个方面对“可编程控制器”课程的教学进行探讨。

一、理论教学

高职学生的基础相对薄弱，有些观点认为讲太多的理论学生也听不懂，有一定的动手能力就够了，因此忽视了对学生专业知识的培养[1]。但是实际上，必要的、扎实的理论知识是学生进入工作岗位后的基础，所谓“知其然更要知其所以然”。学习专业知识的过程其实也是培养学生进行专业学科研究的逻辑思维能力以及对知识和信息的处理能力过程。

可编程控制器PLC的课堂教学大多采用多媒体加软件授课的方式，主要讲授PLC的硬件结构及组态、编程软件、编程指令、程序设计、通信网络、故障诊断等内容。PLC的入门课程需要学习很多指令，这个过程比较单调也会比较枯燥。虽然学生可以结合仿真软件进行编程练习，但总体来说，对于刚刚接触PLC编程的同学来说，对编程思想和PLC指令的理解仍然比较困难，听课始终是云里雾里，无法激发学生的学习兴趣和学习动力，导致很多同学PLC的学习“半途而废”。

触摸屏是在工业现场与PLC配套使用的现场操作设备，触摸屏的画面设计需要应用到组态软件的知识。传统的课程安排是将PLC与组态软件课程分为两门课程进行教学，PLC课程学习编程指令，组态软件课程学习画面组态设计并采用内部变量让画面“动起来”。笔者在教学和工作过程中发现，组态软件的学习更容易上手，因为相比较PLC的指令，组态画面的元素更加直观，学生更容易理解设计需求，也更有积极性去思考各种办法完成组态任务。

下面通过PLC控制风机运行来简要说明这个过程。首先，引导学生分析系统的控制要求，并将该系统中所需的图元在软件上进行组态设计。例如，采用西门子WinCC flexible软件进行组态的画面。其中风机控制包括正转按钮、反转按钮和停止按钮，风机正转和反转通过两个扇叶的旋转来表示。

PLC控制风机运行的程序本身并不复杂，但采用组态软件与PLC相结合的方式，不仅要求学生能够对控制要求进行编程，还需要学生通过各种PLC指令完成画面动画的实现，比如扇叶旋转。因此在这个看似简单的控制任务中，程序设计时会涉及位逻辑指令、计数器指令、数据运算处理等多个指令应用。此外，还需要完成PLC与触摸屏的通信。

接下来，根据控制要求，确定系统所需的输入输出设备，这里以采用西门子S7-300PLC作为控制器为例。点击图标，打开SIMATIC Manager软件。首先进行系统的硬件组态，然后在符号表中分配系统所用的I/O点地址，进行程序编写。启用PLCSIM仿真器与组态软件运行系统，进行在线调试。按下正转按钮，风机正转运行，相应指示灯由红色变为绿色，如下图所示，满足系统控制要求。

触摸屏运行画面图

通过将HMI项目集成在S7-300/400PLC的编程软件STEP7中，用Wincc flexible的运行系统来模拟HMI设备功能，以这样的设计任务去讲授PLC的指令系统，不但使PLC课程变得生动有趣，学生更容易理解和接受，而且也可以激发学生的学习兴趣和主动思考能力。HMI和PLC项目集成的同时，可以模拟HMI设备和PLC之间的通信和数据交换，通过HMI画面组态的动画运行，可以直观明了地验证PLC的设计程序的结果，达到“事半功倍”的效果。

综上所述，把组态软件课程融入PLC课程体系中，将PLC与触摸屏画面设计有机结合，搭建PLC仿真平台，这个思想也是基于目前PLC教学中“项目式”教学[2]的大趋势为出发点，但除了将PLC课程本身设置成项目教学，还将其与人机界面组态的课程相融合，这样的项目任务更生动形象，也更接近于学生未来的实际工作需求。在课堂教学时，通过仿真平台实现PLC对控制过程的模拟，画面直观生动，既加深学生对程序的理解，也提升了学生的自主编程和设计能力。仿真教学既可以使学生易于理解理论知识，又可以在不进入实验室的情况下完成PLC实验，节省了时间和空间，提高了教学效果[3]。

二、实践教学

实践教学是职业教育的核心教学内容，是职业教育中实践教学的重点。实践教学不仅包括了在实验室可以完成的传统的验证性实验，也包括了系统的、综合的实训环节。在此过程中，不仅能够提高职业学校学生的动手操作能力和实践技能，还能够扩展学生的知识面，快速提升学生的综合素质。

“可编程控制器”课程特点本身就是理论与实践相结合，因此在本课程的课程设置中必须要包含一定量的实践环节，而且实践教学的比例在高职院校教学中会相对更高。职业教育培养的是技能型人才，对职业院校的学生而言，不仅要“能学”，更要“会做”。因此，培养学生的动手能力和实战经验是职业教育中不可缺少的一课。所谓“学以致用”，要将理论知识转化为实践能力，告别“眼高手低”，为将来步入社会打下坚实的基础。传统的PLC实践教学大多都采用从厂家采购的标准PLC实验台进行，实验台会预留相应的输入输出端口，学生通过下载程序和外部接插线路的方式完成实验要求。学生可以通过这种验证性的实验及应用加深对PLC指令的理解，但缺乏对系统的整体认识。

在对PLC课程教学探索中，笔者提出采用模块搭建组建实践平台的方式。由师生组成的实训团队自行采购最新硬件版本的PLC模块以及相应的低压电气元件等，共同搭建PLC实践平台。这种平台与整体采购的实验台不同，所有模块的连接、系统的配置都是“透明式”的接线形式，可以作为PLC课程教学的辅助，使学生对PLC控制系统有更清晰的认识，教师可以借助该平台指导学生如何进行线路的故障检查及处理等内容，同时也可以作为学生读图、识图及PLC系统接线、系统扩展等学习内容的平台。这样的平台不但可以极大地降低实验台整体采购的成本，同时具有可扩展性、可更换性、可升级性。

大多数学校的“可编程控制器”课程只学习一种品牌的PLC，而学生在走上工作岗位后却发现，企业中使用的品牌自己却不了解。而在本系统中采用的标准配置是西门子系列PLC和触摸屏产品，但可以根据需要在此基础上配置其他厂商的PLC(如三菱、AB)和触摸屏(如Proface、MCGS)甚至变频器等，并将其进行任意组合。在这个过程中，学生可以举一反三，将编程、组态、变频器调试等知识应用在不同品牌的自动化产品上，同时可以直观地学习到各种不同厂家的设备之间如何进行通信连接，让整个自动化系统动起来。这样的系统有助于扩展学生知识面，使学生在面对一个新的工作环境、工作对象时可以应对自由。此外，还可以随时将工业自动化现场应用到的各种电气元件、传感器、执行器等补充进来进行控制，提高了系统配置的灵活性。此外，该平台除作为现有PLC课程的实践平台，也可以作为“低压电气控制”“自动化仪表”“变频器”等课程的辅助平台使用。

三、课程资源建设

近年来，各大高校不断探索新的课堂教学模式，并借助各种线上教学平台开展线上教学[4]。这种采用互联网与教育相结合的方式为学校教育改革带来新的契机，也对任课教师提出了更高的要求。为了完成在线教学，确保教学进度和教学质量，教师要比以往备课付出更多的精力，在这样的教学背景下，课程资源就显得尤为重要。

“可编程控制器”课程实践性较强，需要学生进行大量的编程练习来提高控制系统的分析及程序设计等能力。传统的PLC理论教学主要是采用课堂讲授的教学方法，并与教学课件和编程软件相结合。然而在网络教学中，教师无法第一时间看到每个学生的课堂反应，因此理论教学需要浓缩，知识点不能一次讲得过多，要“取其精华”，还要把握学生的心理，吸引学生的注意力，要通过多种手段调动学生的学习兴趣。因此，理论教学的课程资源，不仅要有PPT课件，还需要增加更多的动画演示、软件实操讲解微视频，并利用学习平台、微课等为学生提供内容丰富的课程资源，提高学生自主学习能力，并尽量采用直观、生动的方式促进学生的对理论知识的理解和掌握。有了丰富的课程资源作为基础，更加有助于实现线上教学与线下教学的融合。教师从课前预习、课堂学习及课后复习三个阶段进行教学设计，既可以拓宽学生的学习视野和途径，又能丰富教学内容和教学方法。

随着在线教学的普及，不断涌现新的教学系统，教师应主动探索并充分利用新技术、新平台，充分利用各种功能并将其融入教学当中。同时，将“教”“学”“做”三者有机结合，不断丰富现有的习题库和试题库，设置不同难度等级的任务，学生可以从易到难、从浅入深进行学习，通过“升级闯关”等模式提高学生的学习兴趣，并引导学生从PLC编程练习与模仿到分析、设计应用案例，逐步提高学生的综合应用能力，同时也促进了学生专业能力、方法能力和社会能力的提升。

结语

近年来，随着我国的自动化行业市场规模不断扩大和产业结构的不断优化升级，工业现场朝着自动化、智能化的方向发展[5]，使得PLC、HMI、变频器等控制类的工业自动化产品具有广阔的市场空间和潜力。目前行业内对PLC工程技术人员需求也呈上升趋势。“可编程控制器”课程作为自动化相关专业的重要课程之一，对学生未来的职业发展具有十分重要的意义。

职业教育是国民教育体系和人力资源开发的重要组成部分。随着经济社会的发展，需要加快构建现代职业教育体系，培养更高质量的职业技能型人才，发展高质量的职业教育。本文以高职院校的培养目标为基础，分析了目前“可编程控制器”课程的教学思路、成果以及探索下一步课程教学的建设方向，旨在通过丰富课程教学资源和教学手段，提升教学质量，进一步夯实学生的专业理论基础、激发学生的学习兴趣，提高学生的职业素养和社会素养。