前言：本站為你精心整理了PLC的自動(dòng)化技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式淺析范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要：針對(duì)原有plc實(shí)踐教學(xué)中授課和考核形式單一、缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力和綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)等問題，提出基于PLC的基礎(chǔ)—綜合—?jiǎng)?chuàng)新的一體化實(shí)驗(yàn)課程體系。將虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用于實(shí)踐教學(xué)，搭建了虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建立了分階段、分層次、多樣化的實(shí)踐項(xiàng)目，提出了多種授課方式和考核方式，提高了學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：一體化；分層次；多樣化；虛實(shí)結(jié)合

隨著新工科建設(shè)的推進(jìn)，部分高校增設(shè)了智能制造相關(guān)專業(yè)?；赑LC的自動(dòng)化技術(shù)作為智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)和重要環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)掌握程度有更高的要求，也對(duì)高校實(shí)踐教學(xué)提出了新要求[1]。目前，部分高校在PLC實(shí)踐教學(xué)中提出了理論結(jié)合實(shí)踐、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式等教學(xué)方法，取得了較好的教學(xué)效果。蔡曉敏等[2]通過建立分層次實(shí)驗(yàn)室和系統(tǒng)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建了設(shè)計(jì)性、綜合性以及工程應(yīng)用性相結(jié)合的“三層次”實(shí)踐教學(xué)體系。史艷紅等[3]采用即視化、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法和線上線下相結(jié)合的教學(xué)手段，設(shè)置多層次遞進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，采取項(xiàng)目引導(dǎo)式實(shí)踐模式，提高了學(xué)生的參與度。李繼芳等[4]將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中，解決了PLC實(shí)踐教學(xué)中設(shè)備昂貴、場(chǎng)地有限、設(shè)備維護(hù)成本高等問題，滿足了實(shí)驗(yàn)室開放及學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的需求。雖然上述基于PLC的自動(dòng)化技術(shù)教學(xué)改革具有一定的創(chuàng)新性和實(shí)用性，但是隨著社會(huì)對(duì)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力要求的提高，仍需對(duì)教學(xué)模式進(jìn)一步探索和改革[5-8]。因此，本文對(duì)基于PLC的自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行探索，改革實(shí)驗(yàn)課程體系，探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

1基于PLC的自動(dòng)化技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于PLC的自動(dòng)化技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程體系采用分階段、分層次、多樣化的結(jié)構(gòu)，具體內(nèi)容如圖1所示。實(shí)驗(yàn)課程體系分為三個(gè)階段：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段、綜合實(shí)驗(yàn)階段和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)階段，內(nèi)容難度逐漸增大，對(duì)學(xué)生的能力要求也不斷提高?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段設(shè)置在實(shí)踐教學(xué)的初期，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為基礎(chǔ)的操作性實(shí)驗(yàn)，利用專門的PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行。學(xué)生通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，了解PLC基本控制原理，熟悉PLC的編程指令，可以通過簡(jiǎn)單的控制對(duì)象練習(xí)編寫PLC程序以及輸入輸出電路接線。綜合實(shí)驗(yàn)階段設(shè)置在實(shí)踐教學(xué)的中期，以現(xiàn)有的自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。學(xué)生利用所掌握的機(jī)電知識(shí)，分析自動(dòng)化系統(tǒng)的電氣控制原理，繪制電氣原理圖，列出電氣元件清單。根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制邏輯，設(shè)計(jì)PLC的控制流程圖，并編寫PLC程序。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)階段設(shè)置在實(shí)踐教學(xué)的末期，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以工廠自動(dòng)化虛擬仿真平臺(tái)為操作對(duì)象。學(xué)生根據(jù)功能要求或自主命題，從平臺(tái)中選擇元器件搭建自動(dòng)化生產(chǎn)線。虛擬仿真平臺(tái)可以與實(shí)際PLC連接，也可以與PLC仿真器連接。學(xué)生通過PLC編程實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬自動(dòng)化生產(chǎn)線的邏輯控制。

2基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)

2.1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

圖2為QSPLC-SM1型可編程控制器實(shí)訓(xùn)裝置，采用模塊化設(shè)計(jì)，包含S7-1200PLC模塊及多個(gè)控制對(duì)象模塊。利用該實(shí)訓(xùn)裝置，學(xué)生可以進(jìn)行PLC編程練習(xí)和輸入輸出接線操作。基于該實(shí)訓(xùn)裝置開展的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。

2.2授課方式

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)采用課上教學(xué)方式，學(xué)生分組進(jìn)行，采用“教師講解—學(xué)生操作—教師中間指導(dǎo)”的授課模式，目的是幫助學(xué)生充分了解PLC控制原理和編程方法，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展打下基礎(chǔ)。為了保證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的多樣化，每?jī)山M分配一個(gè)難度相當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)項(xiàng)目。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求，完成PLC編程和輸入輸出接線。

2.3考核方式

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)采用課上提問和提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式進(jìn)行考核。教師通過隨機(jī)提問，考查學(xué)生對(duì)PLC基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成情況進(jìn)行打分。課后要求學(xué)生提交電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告，主要內(nèi)容為采用編程軟件建立的PLC控制項(xiàng)目。

3綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)

3.1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

綜合實(shí)驗(yàn)采用現(xiàn)有的Me093399型機(jī)電一體化系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，如圖3所示。該系統(tǒng)涉及電氣控制、傳感器和現(xiàn)場(chǎng)總線等技術(shù)，包括10個(gè)單元：上料單元、下料單元、加蓋單元、穿銷單元、模擬單元、伸縮換向單元、檢測(cè)單元、液壓?jiǎn)卧?、分揀單元和疊層立體倉庫單元。采用S7-200PLC作為控制器，各單元都可單獨(dú)控制。

3.2授課方式

綜合實(shí)驗(yàn)采用開放式教學(xué)，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主。實(shí)驗(yàn)初期，教師對(duì)系統(tǒng)的功能、組成進(jìn)行介紹，說明實(shí)驗(yàn)要求，組織學(xué)生分組、分配實(shí)驗(yàn)單元并提供必要的參考資料，該部分內(nèi)容在課上完成。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生根據(jù)參考資料自主學(xué)習(xí)，完成實(shí)驗(yàn)要求的各項(xiàng)任務(wù)，該部分內(nèi)容在課下完成。以上料單元為例，學(xué)生分析單元組成和原理，列出單元包含的電氣元件，繪制電氣原理圖，設(shè)計(jì)PLC控制流程圖并編寫PLC程序，該過程需要2～3個(gè)學(xué)生協(xié)作完成。通過基于Me093399型機(jī)電一體化系統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以直觀地認(rèn)識(shí)和理解電機(jī)、傳感器、氣動(dòng)及液壓系統(tǒng)等在機(jī)電一體化中的應(yīng)用。

3.3考核方式

綜合實(shí)驗(yàn)采用多種考核方式，主要包括：教師不定期提問、分組答辯、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。首先，在學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的過程中，教師檢查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握程度。其次，實(shí)驗(yàn)完成后，要求各組學(xué)生通過PPT匯報(bào)的方式，對(duì)實(shí)驗(yàn)單元的結(jié)構(gòu)組成、控制原理、動(dòng)作過程、PLC控制思路等內(nèi)容進(jìn)行講解。最后，要求各組學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括電器元件列表、電氣原理圖、PLC控制流程圖和PLC程序。

4創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)

4.1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)控制要求，依托具有工廠自動(dòng)化場(chǎng)景的虛擬仿真平臺(tái)，完成自動(dòng)化單元的設(shè)計(jì)，并在虛擬仿真平臺(tái)中開展仿真驗(yàn)證。圖4為FACTORYIO虛擬仿真平臺(tái)的操作界面，右側(cè)的元件庫中提供了多種類型的部件，如工件發(fā)射和接收裝置、多種尺寸和形狀的工件模型、不同長(zhǎng)度和載重能力的傳送帶、各種傳感器、工業(yè)相機(jī)、控制臺(tái)、加工中心、機(jī)械臂等。利用這些部件，學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)和搭建多種自動(dòng)化單元，如生產(chǎn)單元、運(yùn)輸單元、分揀單元、裝配單元、倉儲(chǔ)單元等。此外，該虛擬仿真平臺(tái)支持多種型號(hào)的PLC編程，搭建好的自動(dòng)化單元可以通過PLC編程進(jìn)行控制。

4.2授課方式

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)采用完全開放式教學(xué)，學(xué)生自主完成。利用虛擬仿真平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，學(xué)生在計(jì)算機(jī)上安裝虛擬仿真軟件后即可開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制。教師利用一節(jié)課的時(shí)間向?qū)W生說明實(shí)驗(yàn)要求，指導(dǎo)學(xué)生安裝虛擬仿真軟件，并為學(xué)生提供軟件操作的參考資料。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，明確要實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化功能，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，編寫PLC程序，并在虛擬仿真平臺(tái)中進(jìn)行仿真調(diào)試。調(diào)試過程中，學(xué)生可以將虛擬仿真平臺(tái)與PLCSIM連接，該過程不需要PLC硬件。另外，還可以將虛擬仿真平臺(tái)與真實(shí)PLC硬件連接，完成對(duì)PLC的編程。該過程需要PLC硬件，學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。兩種調(diào)試方法，學(xué)生可根據(jù)實(shí)際情況選擇，增加了實(shí)驗(yàn)的靈活性。

4.3考核方式

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)以答辯的方式進(jìn)行考核，要求學(xué)生制作PPT，說明實(shí)驗(yàn)過程中的分析思路、自動(dòng)化單元結(jié)構(gòu)及工作原理、PLC編程控制邏輯，并現(xiàn)場(chǎng)展示自動(dòng)化單元的運(yùn)行過程。學(xué)生個(gè)人答辯結(jié)束后進(jìn)行分組討論，針對(duì)設(shè)計(jì)成果相互點(diǎn)評(píng)，交流設(shè)計(jì)思路，分享心得體會(huì)。通過該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以鍛煉獨(dú)立分析和解決問題的能力，有利于提升綜合實(shí)踐能力。

5結(jié)語

本文針對(duì)基于PLC的自動(dòng)化技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了探索與研究，建立了分階段、分層次、多樣化的實(shí)驗(yàn)課程體系，設(shè)置了包含基礎(chǔ)—綜合—?jiǎng)?chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)變化規(guī)律，有利于逐步提高學(xué)生的知識(shí)素質(zhì)和實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分層次設(shè)置，由基礎(chǔ)到綜合提升，難度逐漸增加，涵蓋了自動(dòng)化技術(shù)的大部分內(nèi)容，幫助學(xué)生打好基礎(chǔ)的前提下進(jìn)一步提高其知識(shí)掌握水平。充分利用實(shí)驗(yàn)條件，基于虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建軟硬結(jié)合、虛實(shí)互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，突破硬件設(shè)備的局限性，使學(xué)生全面認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。針對(duì)不同階段的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用不同的授課方式，教學(xué)過程更靈活。改革原有考核手段，采用多種考核方式，有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)過程中采用開放式教學(xué)，“以學(xué)生為中心”，采用學(xué)生小組、分組討論等多種形式，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和綜合實(shí)踐能力。

作者:梁西昌 辛倩倩 單位:山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 高效潔凈機(jī)械制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室