在PLC教学中如何培养学生的设计能力

王建华　张群

【摘要】在PLC教学中加强学生设计能力的培养是整个教学的关键点，也是难点。在教学中要打破传统的教学理念，增强学生的参与意识，激发学生的学习兴趣，培养学生勇于尝试、敢于自主探索的能力，提高学生自觉学习、主动学习的能力和分析问题解决问题的能力，增强学生将理论知识运用于实践的能力。

【关键词】激趣设疑 循循善诱 主动学习 举一反三 循序渐进 事半功倍

了解PLC的工作原理，具备设计、调试和维护PLC控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。本人在多年的教学工作中感觉到，对于我们的学生来说，PLC的设计就是一道坎，不少学生常常手脚无措，不知从何下手，就此结合我多年的教学体会谈谈如何提高学生PLC设计能力的看法。

一、兴趣是最好的老师，学生学习兴趣的培养是首要的、关键的一环

我们面对的是十几岁的青少年学生，他们的求知欲和可塑性都很强，对新鲜事物充满了好奇心和敏感性，因此首次课程的引入是至关重要的，如何激发兴趣，让课程内容牢牢抓住学生的思绪，让他们感到好奇，从而产生一种想继续了解探索的欲望，激发起一种本能的学习动力和学习热情，使学生能够自觉学习，主动学习，学习效果自然就会事半功倍。比如在课程教学之初可以通过日常生活的常见实例引入，像十字路口交通灯、广告牌彩灯、电梯等这些与我们日常生活息息相关的实例入手，让学生对整个课程内容充满了期待。可编程控制器是传统继电器控制系统的替代产品，我们的学生已经学习过继电器控制，能体会到传统继电器的繁琐，接线的复杂，因此应把可编程控制器控制与传统的继电器控制进行比较，突出可编程控制器的优点，让学生对PLC控制有全面的了解，充满期待地去学习。

二、通过应用实例提高学生对PLC的理解，掌握设计的方法和步骤

PLC应用非常广泛，它不仅仅用于工业生产中，还广泛应用于日常生活中，为了让学生易于接受，尽快地进入角色，课程教学中可从生活实例入手，比如十字路口交通灯的控制、洗衣机的控制、自动门的控制等等，这些都是我们日常生活中经常见到的，容易激发学生的学习兴趣，在设计过程中，可以采用由易到难，由简单到复杂，逐步增加设计要求，提高设计难度，让学生有一个循序渐进的适应过程。

PLC的设计一般分六步完成：详细了解生产工艺和设备对控制系统的要求，画出系统的工作循环图或流程图及有关信号的时序图；输入和输出设备分配，确定哪些外围设备是送信号给PLC的，哪些外围设备是用来接收PLC输出信号的，完成PLC输入输出地址分配；完成PLC程序设计，设计时可以用梯形图语言，也可用助记符语言；通过编程器或编程软件把程序传送到PLC中；对程序进行模拟调试和修改，直至满足要求为止；程序设计完成后，应进行在线统调。开始先带上输出设备，不带负载进行调试，正常后再带上负载运行。全部调试完毕后保存已完成的程序。

要建立一个PLC控制系统，首先必须把PLC的输入输出数量确定下来，再按需要确定各种控制动作的顺序及各控制装置彼此间的关系，分配输入输出设备，作出梯形图，通过专用软件输入计算机并下装到PLC进行模拟调试、修改，直到满足控制要求。

设计中，如果程序比较复杂，让学生一步到位很难，这是可以把整个设计分成多个小块，设计出多个小程序，再逐步增加难度，把这些程序组合在一起构成完整的设计，学生学起来要容易得多。在应用程序举例时，力求做到接近实际，突出设计过程、设计方法和思路，以达到对PLC编程的认识和理解。

三、总结PLC设计的一般方法，做到举一反三、触类旁通

通过课堂进行的PLC案例设计总是有限的，如何让学生通过课堂教学掌握PLC设计的一般方法，能够做到举一反三，触类旁通才是至关重要的。其实任何一门学科都是有规律可循的，PLC也不例外。PLC设计的方法归纳起来有以下几种：

1、经验设计法

经验设计法是用继电器电路图的方法来设计比较简单的开关量控制系统的梯形图，即利用一些典型控制环节和基本控制电路，根据被控对象的要求，依靠经验直接用PLC设计电气控制系统，设计中不断地修改和完善梯形图来满足生产机械和工艺过程的控制要求。这种方法对于有继电器控制电路基础的人非常适用，它没有普遍的规律可循，具有很大的試探性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间、设计质量与设计者的经验有很大的关系，在设计复杂程序时容易出现设计漏洞，一般用于较简单的梯形图的设计。

2、逻辑设计法

逻辑设计法是以逻辑组合的方法和形式来设计电气控制系统，这种方法既有严密可循的规律性和明确的步骤，又具有简便、直观和十分规范的特点。从某种意义上说，PLC是“与”、“或”、“非”三种逻辑代数的组合体，而梯形图程序的基本形式也是“与”、“或”、“非”的逻辑组合，当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表示出来后，实现该逻辑功能的线路也随之确定，并可进一步由梯形图直接写出对应的指令程序表。但逻辑设计法的缺点是设计难度大，不易掌握。

3、顺序功能图设计法

顺序功能图又叫SFC或状态转移图，它是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能说明语言，是完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性的一种图形，它适合于顺序控制的标准化语言，利用顺序功能图进行程序设计，具有简单、规范、通用的优点，不仅使梯形图变得容易，而且初学者容易掌握，对于有经验的设计者也会提高设计效率，程序的调试、修改和阅读也很方便，有一定的方法和步骤可循。

4、计算机辅助编程设计法

计算机辅助编程可以把梯形图直接译成指令形式，可进行在线编程，远距离编程，也可离线编程，有些还具有网络监控等更强大的功能，计算机辅助编程设计法代表着PLC应用程序设计方法今后的发展方向。

总之，PLC的程序设计是将其应用到实际的生产过程和生产机械控制的最为关键的一环，也是整个电气控制系统设计的核心，随着PLC自身功能不断增强，PLC应用系统也越来越复杂，对PLC应用系统设计人员的要求也越来越高。对于初学者来说，教师是引导者，是指路人，如何激趣设疑，循循善诱，让学生快速进入角色，让学生在设计中体会到快乐，自觉学习，主动学习，是我们课程教学的难点和关键点。

参考文献：

[1]杨青杰.三菱FX系列PLC应用系统设计指南.机械工业出版社.

[2]史宜巧.PLC控制系统设计与运行维护.机械工业出版社.