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項目式教學法在PLC課程教學中的應用

作者:未知

  摘 要 文章從培養本科應用型人才出發,結合我校實踐教學,以觸摸屏實現人機對話的基于PLC控制的智能紅綠燈控制系統為例,介紹了項目式教學法在PLC課程教學中的應用。
  關鍵詞 項目式教學 PLC課程 觸摸屏 交通燈
  中圖分類號:G424 文獻標識碼:A   DOI:10.16400/j.cnki.kjdks.2015.10.041
  Application of Project Teaching Method in the Teaching of PLC
  LIU Hui
  (College of Mechanical and Electrical and Information Engineering, Hubei Business College, Wuhan, Hubei 430063)
  Abstract From the culture of undergraduate applied talents, combined with my school teaching, in order to achieve interactive touch screen based PLC control intelligent traffic light control system, for example, introduced the project teaching method in the teaching of PLC.
  Key words project teaching; PLC course; touch screen; traffic light
  0 引言
  可編程序控制器,簡稱PLC,是一種新型的工業控制裝置。PLC使用方便,可靠性高,體積小,與機器人,CAD/CAM并稱為工業自動化的三大支柱,在各個領域都獲得了廣泛的應用。傳統的PLC實驗設備都是實驗臺和實驗箱,用LED燈模擬控制對象,I/O口已經接出,輸入輸出設備的線也已經接好,連線采用插線式,學生自主動手機會少,只需要簡單編程控制就可以了,采用這樣的實驗裝置雖然簡化了實驗步驟,但學生無法得到實際工程方面的訓練,另外,由于價格、場地等客觀原因,也很難在實驗室全面配備各種工業控制對象,制約了實踐教學的開展。
  1 項目設定
  我校根據學歷教育+職業技能素質人才培養模式的要求,從培養工科應用型人才出發,構建實踐教學體系,開展項目式教學,具體安排是集中8周的時間,轉入項目式教學階段,由老師給出相應數量的備選課題,學生每4~6人一組,同學們經過充分考慮,可以結合自身情況選擇感興趣的題目。從信息收集、方案設計與實施一直到完成任務后的評價,都由學生為主導完成,教師只是引導、指導和監督。項目式教學突出的特點就是要通過一個完整工程項目的實施,將課程相關知識點貫穿其中,從而提高教學的實踐性。
  2 項目實施
  具體項目以觸摸屏控制的基于PLC的紅綠燈控制為例來說明。項目實施步驟如下:
  (1)根據控制要求,確定設計思路。先讓每個學生根據控制要求,設計一個方案,并說明設計的依據,這樣學生會本著解決問題的出發點去學習和思考。教師對每個設計方案的優缺點進行詳細評估,鼓勵創新做法,同學經過討論分析,決定小組的最終方案。實際中采用的最終方案是:區分白天和黑夜兩種工作方式,夜間十字路口為黃燈閃爍模式,另外增加兩種緊急模式,一種是緊急過馬路模式,此模式下,轉為雙向車行紅燈,人行綠燈,幾秒鐘(時間可根據情況自由設定,設定范圍為0.1~3276.7秒)后自動恢復。另一種是緊急行車模式,這種模式下,雙向車行和人行紅燈,給警車或救護車這些車讓道。另根據監測到路口實際情況,用觸摸屏實時修改主干道的紅綠燈點亮的時間,讓學生帶著實際工程問題去學習,從該工程出發,引出各種國家標準,老師再引導同學去查閱相關資料和理論知識的補充。
  (2)確定I/O設備,選擇PLC機型。在紅綠燈系統中, I/O設備是按鈕和三種顏色的指示燈。考慮到項目式教學的創新性和開放性,I/O口設置有30%的冗余,這樣方便同學隨時有新的控制想法都可以編程實施。根據實驗室的設備情況,PLC主模塊選用FX2N-32MR,擴展模塊選用FX2N-32ER。
  (3)硬件電氣線路設計與調試。設計主電路并根據國標繪制主電路圖和PLC外部的控制電路,確定元件安裝距離,計算電流大小以選擇導線線徑,根據元件尺寸及安裝距離,用CAD繪圖,確定安裝板尺寸及元件開孔位置。購買元器件,將安裝板開孔。電氣線路接線,制作導線;元器件的焊接與安裝;接線端、線槽的安裝,進行電路接線。
  因為PLC控制系統中,供電電壓為交流220V,電機控制組為380V的三相交流電。因此,為了安全起見,所有的線都需要預絕緣,必須有保護裝置,采用空氣開關作為電源引入開關,電壓較高的部分做好絕緣措施,以免觸電帶來嚴重后果,放熱量較大的器件必須做好散熱處理,一定要有保護接地,最后在安裝調試的時候,仔細檢查線路是否有短接的可能。
  (4)軟件設計和模擬調試。根據I/O口分配表,使用GX-developer8.86編程,并使用GX-simulator6調試。根據控制要求,用三菱觸摸屏設計軟件GT-designer2設計,在GT Simulator2調試。
  (5)系統聯機調試。PLC輸入輸出電路接線,PLC與主機接線,通訊參數設置,主程序寫入,觸摸屏與主機接線,通訊參數設置,觸摸屏程序寫入,觸摸屏與PLC接線,通訊參數設置,變頻器與PLC接線,通訊及參數設置,PLC、變頻器、觸摸屏聯合調試,與控制對象完成整體聯機調試,(變頻器只有控制電機組的才有)根據原理圖仔細檢查線路接線,通電測試。   (6)作品展示和評價:項目制作完成后,上交作品。每組同學制作10~15分鐘的VCR,通過照片和運行視頻將整個制作過程記錄,與其他同學一起交流。先由學生自評,再由學生之間互評,最后老師結合程序的編寫能力、作品效果、作品創意、學生運用專業知識分析解決實際問題的能力,在團隊中起的作用,能否在老師的指導下自己查閱資料積極主動地整改等綜合考慮,將成果交流階段總結整理,給出具體的評價和分數。
  3 教學效果
  從運行的實際情況來看,項目式教學相比于傳統課堂教學方式,可以調動學生主動學習的積極性,增加學生的參與感。
  (1)提高學生的學習積極性和主動性。學生帶著具體任務學,有很強的目的性,促使學生在積極、主動的狀態中學習、思考、判斷,變“要你學”為“我要學”,遇見問題時,師生間相互交流和討論,并在教師指導下看書、查資料,主動尋找解決方法,最終應用在實踐中。
  (2)提高了學生的工程實踐能力,學生通過項目式教學,完成軟硬件設計、安裝接線、調試運行,基本掌握了PLC控制系統的一般設計方法,工程實踐能力得到提高。
  (3)有利于學生創新能力的培養,項目實施時,學生處于主體地位,實訓室就是課堂,在寬松的學習環境里,可以充分發揮潛能,在老師的鼓勵下大膽創新。在這項目中,學生利用波紋管,做出立體交通燈,并利用觸摸屏,完成人機對話的智能紅綠燈系統。
  (4)培養學生的團隊協作意識和團隊合作精神。因為項目式教學是以小組為單位完成一個項目,考慮到學生理論知識,實踐動手、興趣愛好方面都是有差異的,這時候就需要大家取長補短,協同合作。在項目式教學中,沒有同學能完全置身在外,有的同學編程能力強,有的同學動手能力強,所有的同學都會參與其中,收集資料、做線、接線、采購、編程,很多同學反映,不好意思 “打醬油” ,最終是合作共贏的局面。
  4 項目式教學的感想
  (1)采用循序漸進的方式來推進項目。剛開始普遍有畏難情緒,可先做出按鈕控制的十字路口紅綠燈的編程,完成后,引導或提示他們增加部分功能,比如夜間模式、人控人行道模式,最后用觸摸屏實現時間可調的人機界面控制系統。
  (2)定位為本科應用性人才的培養,因此對理論知識的要求不能降低。在項目式教學中,程序設計和實踐教學并重,程序設計中,要求不僅完成基本指令的控制,可引導學生使用順序控制設計法(SFC),綜合以上要求,教材的內容就遠遠不夠了,查閱資料、請教老師、同學之間的互相討論,互相交流,變被動學習為主動學習。傳統的教學偏重于理論教學,各門課程的實驗之間相互分割,相互獨立,缺乏綜合性,在解決實際問題的過程中,涉及到了多學科的綜合交叉,提高了學生的實踐綜合能力。
  (3)采用了計算機仿真技術和實踐環節相結合的方法。如編程入門,調試有困難的,可先使用FX-TRN-BEG-C仿真學習軟件,優點是有多種控制對象,編寫的程序可以通過動畫模擬仿真,直觀,方便改變參數和調試。與編程軟件GX-developer 8.86操作相同。熟悉后,再用GX-developer8.86編程并用GX-simulator6仿真調試。觸摸屏組態設計GT-designer2并用GT Simulator2調試仿真,在調試成功后再寫入PLC,學生可在課下自主完成,大大減少現場調試的時間,提高設備的使用率,提高效率。
  5 存在的問題
  (1)對教師提出了更高的要求。項目式教學雖然以學生為主導,但是教學絕對不能放任自流,這樣效果會大打折扣,全程都必須有教師的指導和管理,教師根據每個項目,編制項目式教學進度安排,每天檢查學生進度,及時了解項目進展情況,解答學生遇見的接線方面或者是編程設計方面的問題。
  (2)老師工作量增加了很多。傳統的PLC實驗設備都是實驗臺和實驗箱,用LED燈模擬出控制對象,I/O口已經接出來,輸入輸出設備的線也已經接好,采用插線式,因此學生習慣做實驗的簡單實踐思維方式,首要要保證安全,用空氣開關接通電源,可以起到保護作用,因為PLC直接控制工業對象,可以直接驅動控制對象,電壓為交流220V,電機控制組為380V的三相交流電。因此,為了安全起見,所有的線都需要預絕緣,老師必須做好安全把關,還要一邊向他們傳授如何用萬用表查電路,一邊協助學生查線。
  (3)學習項目數量少,課程的教學成本比較高,學校的投入比較大。在項目式教學中,觸摸屏使用的GT940,觸摸屏只有8種顏色,屏幕尺寸較小(320*240)。對有些功能不支持,因此畫面不夠炫。
  6 結束語
  項目式教學是個開放的教學環節,是一個師生雙向交流的動態環節,它不可能完全按照教師的預先設計發展,老師引導、點撥,學生自學自得,師生互教互學,共同體會和享受創新教學的成果。
  參考文獻
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  [2] 金漫彤,孫燁.以項目式教學推進人才培養模式改革[J].教育教學論壇,2013.14.
  [3] 馬玉玲.項目教學法在PLC課程教學中的應用[J].中國職業技術教育,2006.10.
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