項(xiàng)目教學(xué)法在“PLC原理及應(yīng)用”課程中的應(yīng)用①

項(xiàng)目教學(xué)法在“PLC原理及應(yīng)用”課程中的應(yīng)用①工程教學(xué)法在“PLC原理及應(yīng)用〞課程中的應(yīng)用①

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791〔2022〕06〔b〕-0168-02

為了適應(yīng)湘西地區(qū)人才市場(chǎng)的需求，吉首大學(xué)2022年新開設(shè)了電氣項(xiàng)目及其自動(dòng)化專業(yè)?！癙LC原理及應(yīng)用〞課程作為該專業(yè)的重要專業(yè)課程之一，被立為學(xué)校的新開課程。同時(shí)，本課程也作為電子信息項(xiàng)目、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等專業(yè)設(shè)置的新開選修課程。針對(duì)“PLC原理及應(yīng)用〞課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，我們探討出此新開課程采用工程教學(xué)法，教學(xué)活動(dòng)以工程模塊化進(jìn)行發(fā)展。

工程教學(xué)法是以學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)、探索性學(xué)習(xí)為根底，采用科學(xué)研究及實(shí)踐的辦法，促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)的一種的教學(xué)辦法。在教學(xué)過程中，任課教師將需要完成的任務(wù)或需要解決的問題以工程的形式布置給學(xué)生，在任課教師的指導(dǎo)下，學(xué)生以小組工作方式完成。小組成員共同制定方案，共同或分工完成整個(gè)工程，要求小組按照實(shí)際工作的完整程序。在工程教學(xué)中，學(xué)習(xí)過程是學(xué)生的一個(gè)發(fā)明實(shí)踐活動(dòng)，我們注重的不是最終結(jié)果，而是完成工程的整個(gè)過程。在工程實(shí)踐過程中，要求學(xué)生理解和把握課程要求的知識(shí)和技能，體驗(yàn)專業(yè)知識(shí)在項(xiàng)目中的應(yīng)用。同時(shí)，工程教學(xué)法能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力及團(tuán)隊(duì)合作能力等。

1工程內(nèi)容

借鑒許多高校本課程的工程模塊內(nèi)容，結(jié)合一些項(xiàng)目實(shí)踐，經(jīng)過課題組老師屢次的教學(xué)調(diào)研與實(shí)踐，我們制定了“PLC原理及應(yīng)用〞課程的教學(xué)大綱，確定了“PLC原理及應(yīng)用〞課程采用如表1所示的工程模塊與學(xué)時(shí)安頓。該課程總計(jì)36學(xué)時(shí)。

在工程教學(xué)執(zhí)行過程中，我們結(jié)合實(shí)際情況，通過圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、布線、程序調(diào)試、檢查和運(yùn)行，完成每個(gè)工程所規(guī)定的任務(wù)。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力，以適應(yīng)生產(chǎn)一線工作的需要。要求學(xué)生做到能檢查出錯(cuò)誤，并且能夠熟練的解決問題。

2工程的實(shí)施

該工程教學(xué)法，一共分為十個(gè)模塊。以多種自動(dòng)售貨機(jī)工程模塊為例，來具體表明工程的實(shí)施過程。

2.1工程目的

在分明自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行工作過程的根底上，制定出工程設(shè)計(jì)計(jì)劃，確定任務(wù)目標(biāo)。要求設(shè)計(jì)完整的售貨機(jī)工作控制程序，連接THSMS-1型可編程控制器實(shí)驗(yàn)箱，通過模擬自動(dòng)售貨機(jī)〔按鈕控制和二極管指示燈顯示〕正常工作，調(diào)試并完善PLC程序。

2.2工程要求

〔1〕要求用三個(gè)復(fù)位按鈕表示投入自動(dòng)售貨機(jī)面值，找零按鈕表示貨幣指示，自動(dòng)售貨機(jī)里有汽水〔3元每瓶〕和咖啡〔5元每瓶〕兩種飲料。

〔2〕要求當(dāng)找零按鈕顯示值大于或等于這兩種飲料的價(jià)格時(shí)，一排中兩個(gè)發(fā)光二極管一個(gè)或兩個(gè)同時(shí)點(diǎn)亮，說明可以購(gòu)置飲料；按下汽水按鈕或咖啡按鈕說明購(gòu)置飲料，此時(shí)另外一排的兩個(gè)發(fā)光二極管中的一個(gè)或兩個(gè)同時(shí)點(diǎn)亮，出口處的發(fā)光二極管會(huì)點(diǎn)亮，說明飲料已從售貨機(jī)取出。

〔3〕要求按下找零指示按鈕表示找零，此時(shí)找零按鈕清零，延時(shí)0.5秒找零出口發(fā)光二極管點(diǎn)亮。

2.3工程任務(wù)確實(shí)定

在分明自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行工作過程的根底上，制定出工程設(shè)計(jì)計(jì)劃，確定任務(wù)的目標(biāo)，以設(shè)計(jì)出合理的仿真系統(tǒng)。

首先，應(yīng)該做上位機(jī)與下位機(jī)的任務(wù)分工：上位機(jī)主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機(jī)那么主要用來完成PLC程序的編寫。其次，要分別對(duì)上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行資料的查找與收集。示例在進(jìn)行仿真界面的設(shè)計(jì)時(shí)可以去觀看一下真正售貨機(jī)的外觀，必要時(shí)可以借助一些宣傳圖片來設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)的外型；在進(jìn)行PLC程序的編寫時(shí)需要先分配PLC的I/O點(diǎn)，確定上、下位機(jī)的接口。

然后，分別對(duì)上、下位機(jī)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。最后，進(jìn)行上位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果與下位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個(gè)工程的設(shè)計(jì)。

另外，上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作是密切配合的。它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對(duì)象都應(yīng)該是一致的?？傮w上講，仿真界面是被控對(duì)象，利用PLC來控制這個(gè)仿真的自動(dòng)售貨機(jī)，仿真的自動(dòng)售貨機(jī)接受PLC的控制指令并完成相應(yīng)的動(dòng)作；另一方面，仿真界面中的仿真自動(dòng)售貨機(jī)的運(yùn)行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語言來完成的。這是整個(gè)仿真系統(tǒng)內(nèi)部各大部件之間的內(nèi)在關(guān)系。

該工程主要是對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)中的下位機(jī)，也就是對(duì)PLC在其中的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.4工程程序設(shè)計(jì)

這局部?jī)?nèi)容是整個(gè)工程實(shí)施的主體局部。所要完成的任務(wù)是仿真系統(tǒng)的上位機(jī)與下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)，即在上述功能分析的根底上，有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

該設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置選用的主機(jī)型號(hào)為S7-200系列主機(jī)，下位機(jī)程序的編制那么是利用西門子PLC專用編程軟件STEP-Micro/WIN完成的。在設(shè)計(jì)的過程中，并非孤立地分別進(jìn)行上位機(jī)和下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作，而是互相配合的。因此在設(shè)計(jì)過程中，并沒有將上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)分開來寫，而是相互交替。

我們把程序設(shè)計(jì)局部分成幾個(gè)程序塊：投幣模塊；購(gòu)置商品模塊；退幣模塊。然后依據(jù)相互間關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)組合，完成整個(gè)程序局部，實(shí)現(xiàn)全部功能。

〔1〕投幣模塊：在投幣的過程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應(yīng)的幣值，余額也增加同樣幣值。先制定投幣端口表，再編寫程序；〔2〕購(gòu)置模塊：在購(gòu)置過程中，僅設(shè)計(jì)汽水和咖啡兩種商品，商品選擇為輸入端，由購(gòu)置按鈕輸入，輸出端分別為6種指示燈顯示；

〔3〕退幣模塊：本自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)不辨別退幣幣值，以找零輸出簡(jiǎn)化整個(gè)退幣過程，找零按鈕輸入退幣信號(hào)，輸出端為退幣出口顯示燈，貨幣指示LED余〔總〕額顯示清零，各定時(shí)器、計(jì)數(shù)器復(fù)位，各模塊返回初始狀態(tài)。

每個(gè)模塊將所編寫的梯形圖轉(zhuǎn)換為STL程序模式，并且進(jìn)行仿真。

2.5工程的總結(jié)與思考

完成工程以后，以小組的形式進(jìn)行總結(jié)與探討。撰寫工程實(shí)施報(bào)告，并找出工程實(shí)施中存在的一些問題，以便在今后工程實(shí)施中得到解決。在工程實(shí)施過程中，教師僅起側(cè)面輔導(dǎo)和把關(guān)作用，主要注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力與發(fā)明思維能力。

3工程的考核的評(píng)定

“PLC原理及應(yīng)用〞課程考核方式要求滿足工程法教學(xué)的特點(diǎn)，采取的措施具體體現(xiàn)在考核成績(jī)的評(píng)定上，課程考核成績(jī)由十個(gè)工程考核成績(jī)來確定，每個(gè)工程占課程考核的10%。每個(gè)工程的成績(jī)?cè)u(píng)定采用百分制，由下列三局部構(gòu)成：

第一局部：常規(guī)表現(xiàn)，占總成績(jī)的20%。常規(guī)表現(xiàn)成績(jī)由任課教師根據(jù)學(xué)生的上課和情況和與同學(xué)的合作情況打分。依據(jù)是學(xué)生出勤記錄登記及小組討論記錄本。

第二局部：工程執(zhí)行成績(jī)，占總成績(jī)的50%。每個(gè)工程完成以后，任課老師會(huì)根據(jù)學(xué)生的工程完功效果、學(xué)生的操作能力、解決問題的能力等進(jìn)行綜合的評(píng)定，給出相應(yīng)的成績(jī)。

第三局部：工程實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，占總成績(jī)的30%。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求學(xué)生把工程的目的、實(shí)施、程序及總結(jié)闡述分明，并能夠提出新的問題。任課教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫質(zhì)量給出相應(yīng)的成績(jī)。

同時(shí)，我們激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新。對(duì)于在本課程整個(gè)實(shí)踐過程中有創(chuàng)新，積極協(xié)助教師完成PLC實(shí)踐環(huán)節(jié)、發(fā)表PLC相關(guān)論文、加入與本課程相關(guān)的技能大賽的學(xué)生，任課教師在總分不超過100分的情況下，可以給其酌情加分，最多加10分。

4結(jié)語

根據(jù)吉首大學(xué)新開電氣項(xiàng)目及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課程需要，我們?cè)O(shè)置了“PLC原理及應(yīng)用〞新開課程，通過專業(yè)組老師的認(rèn)真研究與探討，我們確定該課程采用的工程教學(xué)法模式，對(duì)