王淼

摘 要 本文是研究高職高專學生在堅持頂崗實習的情況下，如何完成PLC與電機控制技術課程計劃和課程標準，通過校企合作項目重新制定專業(yè)人才培養(yǎng)方案。課程覆蓋了可編程控制器的原理、應用及WinCC組態(tài)軟件與Profibus現(xiàn)場總線的通信。創(chuàng)新性提出 “DL（Doing by Learning）”即為“工作式學習”模式。設計教學及生產(chǎn)一體的汽車生產(chǎn)實訓工作臺，使課程標準化、模塊化。實現(xiàn)專業(yè)與產(chǎn)業(yè)對接、課程內(nèi)容與職業(yè)標準對接、教學過程與生產(chǎn)過程對接的教育教學研究方法。實現(xiàn)學習為工作服務的校企合作的運行機制。

關鍵詞 頂崗實習 “DL”教學模式 PLC課程標準化、模塊化

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

Research and Implementation of PLC Courses to Meet the Needs of Internships

WANG Miao

（Changchun Automobile Industry Institute， Changchun， Jilin 130013）

Abstract This paper is the study of vocational students at the insistence of internships， how to complete the "PLC and motor control technology" lesson plans and curriculum standards， professional training programs re-enacted by school-enterprise cooperation projects. The course covers the principles of programmable controllers， communications applications and WinCC configuration software and profibus fieldbus. Innovative proposed "DL （Doing by Learning）" is the "work-based learning" mode. Teaching design and production of integrated automobile production training table make the curriculum standardization， modularity. Achieve professional and industrial docking， docking curriculum and professional standards， the teaching process and the production process of education and teaching methods butt. Achieve the service for working running school-enterprise cooperation mechanisms.

Key words internship； "DL" teaching mode； PLC curriculum standardization， modularity

1 高職高專院校辦學特色的分析

企業(yè)急需培養(yǎng)掌握PLC電氣控制技術理論和知識和技能的電氣自動化專業(yè)的人才，為了使學生盡早接觸到實際工作崗位的設備，更快地進步，高職高專學校始終堅持“校企融合，工學結合”的辦學體制，以“不能滿足企業(yè)人才培養(yǎng)的需要，就沒有我們存在的必要”的辦學理念為核心指導思想，以“應用型”人才培養(yǎng)目標為基礎，不斷深化課程體系改革，優(yōu)化教學內(nèi)容，強化內(nèi)涵建設，實現(xiàn)對人才的“知識、能力、素質(zhì)”全方面培養(yǎng)。學校利用學校與企業(yè)多年合作的契機，現(xiàn)在安排學生學習理論和實習的比例為1：1。使他們每天工作的同時回到學校學習自動化專業(yè)課程PLC與電機控制技術，再到實際生產(chǎn)線上不斷應用，再不斷學習、不斷提高。

目前90%的學生在第三第四學期與企業(yè)簽訂了就業(yè)協(xié)議并且深入生產(chǎn)一線頂崗實習，要完成企業(yè)安排的正常八小時工作，還有的學生在外地實習。PLC與電機控制技術課程就是在第三、第四學期上課，讓學生實習好、學習好，就是本文研究的重點，高職高專辦學特色促成了課題組成員通過從理論和實踐兩方面對PLC與電機控制技術課程的教學研究，使頂崗實習的學生無論在理論上還是實踐上都取得了優(yōu)異的成績，全面提升學生的就業(yè)競爭力。

2 校企合作，研發(fā)PLC校內(nèi)實訓臺

2.1 PLC課程教學現(xiàn)狀分析

以往PLC與電機控制技術課程分為理論教學和實踐教學兩部分，兩者在教學上自成體系互不干涉。專業(yè)技術理論教學和實習教學分段實施，理論教師和實訓指導教師各負其責在教學內(nèi)容和教學方法等方面難以形成有機結合。教學過程中往往出現(xiàn)“各自為政” 和“相互推諉” 的現(xiàn)象。往往是重理論輕實踐，理論教師往往是“一支粉筆一本書?！眱?nèi)容的講解常常是“空” 而“虛”，給學生留大量作業(yè)，學生用大量的時間背程序，應付考試。實訓內(nèi)容更多的是簡單驗證理論結果，如一臺PLC可編程控制器帶一臺三相交流異步電動機?；驇讉€指示燈學生可以通過PC機進行編程，控制電動機正反轉(zhuǎn)，或指示燈循環(huán)亮滅。所做的實訓項目較少，學生印象不深。但現(xiàn)在學生下廠頂崗實習了，他接觸到的是能生產(chǎn)出世界一流汽車的生產(chǎn)線，我們的教學方式和實訓室的設備都遠遠滿足不了頂崗實習學生對知識的渴望。

2.2 研發(fā)PLC校內(nèi)實訓臺

任課教師走訪學生實習單位，如一汽大眾公司，針對汽車行業(yè)進行了調(diào)研，教師根據(jù)在生產(chǎn)第一線設備的研究，如焊裝車間、總裝車間的汽車輸送線。調(diào)研結果是汽車制造行業(yè)每個工位之間是流水線生產(chǎn)，在生產(chǎn)線上各個環(huán)節(jié)都采用了PLC作為主控單元，同時用上位機WinCC監(jiān)控和Profibus現(xiàn)場總線技術進行通訊。endprint

通過對各個環(huán)節(jié)的電氣設備硬件結構和軟件編程進行了研究。結合在不同工廠、不同車間頂崗實習學生共同接觸的自動化設備，就是汽車生產(chǎn)輸送線。結合學生知識的循序漸進規(guī)律及全面性、課題組教師研制了來源于企業(yè)，又適合學校教學的PLC與電機控制技術實訓臺——汽車自動生產(chǎn)線實訓工作臺，本實訓裝置貼近工業(yè)現(xiàn)場要求，是典型的汽車自動生產(chǎn)線，設備從選材、工藝、流程、結構、控制等各方面都從實際工業(yè)現(xiàn)場出發(fā)，考慮工學結合要求，有機融合了機械、電氣、氣動知識，整個實訓臺就是學生工作、控制的生產(chǎn)設備。

通過該實訓系統(tǒng)的工作任務訓練，能較好地鍛煉操作者程序編寫設計能力、自動線設計開發(fā)能力、自動線連接與調(diào)試能力、工程實施能力和安全意識。突出強調(diào)技術的綜合運用。實驗室設備水平上了一個新的臺階，避免了過去教學與實際操作相脫節(jié)的教學局面?，F(xiàn)在實驗室是一周4天，8小時開放。滿足了頂崗實習學生三班倒的工作、學習的需要。對在外地的同學以網(wǎng)絡為載體，及時發(fā)送教學課件、實訓臺影像。教師制作、發(fā)送和批改和項目相對應的學習頁，使外地學生也能同步學習。

3 課題研究的主要內(nèi)容

PLC課程的項目與任務的設計即是教學內(nèi)容的設計，它是課程設計思路和教學目標的具體體現(xiàn)。它即要符合企業(yè)和崗位技能需求，具有針對性，又要保持PLC知識的系統(tǒng)性與完整性。任課老師精選設計的每個實例項目要有一定的科學性、連貫性。由簡到繁、由易到難。單元內(nèi)的實例都能有效地為該單元核心內(nèi)容的教學服務，并且這些實例課題既能方便學生的學習，提高學習效率又要包含工作現(xiàn)場，本課程預計設置10項目。

項目一，硬件系統(tǒng)安裝及軟件系統(tǒng)的使用。該項目來源于工廠的主控單元PLC，要求學生了解它的硬件結構，硬件組態(tài)、硬件調(diào)試。同時工廠大量使用STEP7軟件，要求學生可以熟練使用該軟件的位指令。

項目二，輸送滾床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)，通過PLC控制繼電器實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制、定時器控制，使?jié)L床輸送線實現(xiàn)直線運輸，旋轉(zhuǎn)運輸。

項目三，PLC軟件程序控制伺服電機和步進電機驅(qū)動行車運行。

項目四，指示燈控制系統(tǒng)。工廠中還有很多指示燈，它們可顯示不同的工作狀態(tài)，因此對它們的控制也是學生必須掌握的。該項目來源于激光焊指示燈系統(tǒng)，有紅黃綠三種指示燈，亮和滅各有不同的意義，閃爍的頻率代表不同的工作狀態(tài)。

項目五，PLC軟件程序控制變頻器、編碼器使升降臺變速運行。學生學會用PLC控制交流電機就掌握了工廠的大多數(shù)設備的控制原理。

前五個項目完成基本可以設計了一個完整PLC和電機的控制系統(tǒng)。以上項目為第一學期的學習內(nèi)容。在此基礎之上進行第二學期的學習內(nèi)容。

項目六，機械手的設計，運用氣動控制技術由PLC控制電磁閥使機械手按要求進行快速移動夾緊、松開動作。

項目七，堆垛解垛控制系統(tǒng)，用PLC的結構化程序處理復雜的控制任務，使學生學會在主循環(huán)組織塊中多次調(diào)用功能塊和功能。

項目八，PROFIBUS現(xiàn)場總線的應用。

學會應用通信模塊選擇調(diào)試好的任意兩個系統(tǒng)模塊，實現(xiàn)兩個CPU315-2DP之間主從通信。

項目九，自動線加工系統(tǒng)模塊上位機程序編寫、調(diào)試。

熟練應用WinCC組態(tài)軟件圖形編輯器；掌握畫面切換、顯示畫面窗口、動態(tài)設計等方法和步驟。

項目十，WinCC組態(tài)軟件與Profibus現(xiàn)場總線的通信。

利用圖形編輯器組態(tài)加工模塊的畫面，顯示加工工位的計劃值、實際值時間信息；完成加工模塊的組態(tài)功能。能夠進行上位機的控制及顯示。

4 情景教學案例

現(xiàn)以輸送滾床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)為例進行情景教學的案例進行說明：

4.1 轉(zhuǎn)臺站控制要求

輸送滾床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)，通過PLC控制繼電器實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制、定時器控制，使?jié)L床輸送線實現(xiàn)直線運輸，旋轉(zhuǎn)運輸。

4.2 教學方法比較

沒有建造汽車自動生產(chǎn)線實訓臺之前輸送輥床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)項目我們只能通過PC機用應用位邏輯指令編寫一臺電動機正反轉(zhuǎn)程序。因為沒有傳感器的輸入信號，轉(zhuǎn)臺站工作情景根本無從談起。只能用仿真軟件驗證程序編寫的正確與否。學生學習過程變成背誦程序過程。理論與實踐嚴重脫節(jié)。現(xiàn)在課題組老師研制了與工作崗位控制系統(tǒng)一致的汽車自動生產(chǎn)輸送線實訓臺，頂崗實習學生他們在工廠只是使用，但自己沒有編過能直接控制減速交流電動機的程序，現(xiàn)在他們可以自己拆裝轉(zhuǎn)臺站，這樣對機械設備結構了解更深刻?？梢詫刂葡到y(tǒng)的硬件和軟件按控制要求進行設計編程調(diào)試。同樣是應用位邏輯指令可以編寫多臺電動機的順序控制程序，所以學習興趣大增。

4.3 本項目的知識點和技能點

（1） 掌握單相交流電動機的工作原理及繼電器控制電動機原理。（2） 掌握S7-300PLC位邏輯指令。能夠利用位邏輯指令構建轉(zhuǎn)臺站控制系統(tǒng)。（3） 具有轉(zhuǎn)臺站控制系統(tǒng)的構建、接線、編程、下載、調(diào)試的技能。（4） 學會操作汽車自動線設備的轉(zhuǎn)臺站。

4.4 轉(zhuǎn)臺站組成及功能

轉(zhuǎn)臺站由轉(zhuǎn)速1300r/min、減速比1：50交流減速電機、電壓DC24V、四路的繼電器、額定電壓DC10～30V、額定電流200mA、檢測距離10mm的電感傳感器1及檢測距離4mm的電感傳感器2、滾輪導軌、輸送輥床、鈑金結構件、機械零部件組成。主要部件功能如下：（1）交流減速電機1：用來通過同步帶/輪傳動機構驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)動。（2）交流減速電機2：用來通過驅(qū)動滾輪在導軌運行，達到轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的功能。（3）繼電器：用來控制輥床交流減速電機、轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)交流減速電機的啟動/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，當PLC輸出信號給繼電器線圈時電機運行。（4）電感傳感器1：用來檢測輸送滾床出入口滑撬的位置，實現(xiàn)傳輸定位，當檢測到滑撬物料時給PLC提供輸入信號。（5）電感傳感器2：用來轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位檢測，當檢測到轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位時給PLC提供輸入信號。

4.5 軟件設計（圖1）

4.6 項目實施

4.7 評價過程

為了全面客觀地評價每個同學項目完成的質(zhì)量和總結成果，我們制作的自評、互評和師評表。每完成一個項目，就需要填寫自評表、互評表。其中包括知識考評、軟件編程、實際操作、項目驗收、聯(lián)系實際工作的創(chuàng)新點五大方面的考核。

5 總結

通過針對滿足頂崗實習需求的PLC課程的研究與實施，使PLC與電機控制技術的課程設計、教學實施、教學管理貼近工廠實際上了一個新的臺階。使高職高專學生在堅持頂崗實習的情況下，理論聯(lián)系實際，在很短的時間里很好地掌握PLC技術、WinCC監(jiān)控軟件、Profibus現(xiàn)場總線技術的知識。使學生具備了PLC常用指令的分析應用能力、PLC控制系統(tǒng)設計、安裝、接線、調(diào)試及故障排除能力。分析問題和解決問題的能力及溝通協(xié)作的能力。也充分滿足了企業(yè)對頂崗實習學生實力的要求。在實踐中使高職高專學生實踐能力強的優(yōu)勢突顯。目前學業(yè)完成的學生已在一汽大眾、大連發(fā)動機、大連變速器、一汽解放公司、一汽技術中心、米其林輪胎、一汽豐越等多家國內(nèi)外知名企業(yè)工作，成為企業(yè)電氣設計維修的技術骨干。教學內(nèi)容科學優(yōu)化，進而為實習的崗位更好地服務。

吉林省高等教育教學研究課題：吉教高字【2012】45號

參考文獻

[1] 胡健.西門子S7-300/400PLC工程應用（第2版）.北京航空航天大學出版社，2011.9.

[2] 龐科旺.PLC、變頻器與電氣控制.中國電力出版社，2012.4.

[3] 趙文兵.工業(yè)控制組態(tài)及現(xiàn)場總線技術.北京理工大學出版社，2011.1.endprint

通過對各個環(huán)節(jié)的電氣設備硬件結構和軟件編程進行了研究。結合在不同工廠、不同車間頂崗實習學生共同接觸的自動化設備，就是汽車生產(chǎn)輸送線。結合學生知識的循序漸進規(guī)律及全面性、課題組教師研制了來源于企業(yè)，又適合學校教學的PLC與電機控制技術實訓臺——汽車自動生產(chǎn)線實訓工作臺，本實訓裝置貼近工業(yè)現(xiàn)場要求，是典型的汽車自動生產(chǎn)線，設備從選材、工藝、流程、結構、控制等各方面都從實際工業(yè)現(xiàn)場出發(fā)，考慮工學結合要求，有機融合了機械、電氣、氣動知識，整個實訓臺就是學生工作、控制的生產(chǎn)設備。

通過該實訓系統(tǒng)的工作任務訓練，能較好地鍛煉操作者程序編寫設計能力、自動線設計開發(fā)能力、自動線連接與調(diào)試能力、工程實施能力和安全意識。突出強調(diào)技術的綜合運用。實驗室設備水平上了一個新的臺階，避免了過去教學與實際操作相脫節(jié)的教學局面?，F(xiàn)在實驗室是一周4天，8小時開放。滿足了頂崗實習學生三班倒的工作、學習的需要。對在外地的同學以網(wǎng)絡為載體，及時發(fā)送教學課件、實訓臺影像。教師制作、發(fā)送和批改和項目相對應的學習頁，使外地學生也能同步學習。

3 課題研究的主要內(nèi)容

PLC課程的項目與任務的設計即是教學內(nèi)容的設計，它是課程設計思路和教學目標的具體體現(xiàn)。它即要符合企業(yè)和崗位技能需求，具有針對性，又要保持PLC知識的系統(tǒng)性與完整性。任課老師精選設計的每個實例項目要有一定的科學性、連貫性。由簡到繁、由易到難。單元內(nèi)的實例都能有效地為該單元核心內(nèi)容的教學服務，并且這些實例課題既能方便學生的學習，提高學習效率又要包含工作現(xiàn)場，本課程預計設置10項目。

項目一，硬件系統(tǒng)安裝及軟件系統(tǒng)的使用。該項目來源于工廠的主控單元PLC，要求學生了解它的硬件結構，硬件組態(tài)、硬件調(diào)試。同時工廠大量使用STEP7軟件，要求學生可以熟練使用該軟件的位指令。

項目二，輸送滾床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)，通過PLC控制繼電器實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制、定時器控制，使?jié)L床輸送線實現(xiàn)直線運輸，旋轉(zhuǎn)運輸。

項目三，PLC軟件程序控制伺服電機和步進電機驅(qū)動行車運行。

項目四，指示燈控制系統(tǒng)。工廠中還有很多指示燈，它們可顯示不同的工作狀態(tài)，因此對它們的控制也是學生必須掌握的。該項目來源于激光焊指示燈系統(tǒng)，有紅黃綠三種指示燈，亮和滅各有不同的意義，閃爍的頻率代表不同的工作狀態(tài)。

項目五，PLC軟件程序控制變頻器、編碼器使升降臺變速運行。學生學會用PLC控制交流電機就掌握了工廠的大多數(shù)設備的控制原理。

前五個項目完成基本可以設計了一個完整PLC和電機的控制系統(tǒng)。以上項目為第一學期的學習內(nèi)容。在此基礎之上進行第二學期的學習內(nèi)容。

項目六，機械手的設計，運用氣動控制技術由PLC控制電磁閥使機械手按要求進行快速移動夾緊、松開動作。

項目七，堆垛解垛控制系統(tǒng)，用PLC的結構化程序處理復雜的控制任務，使學生學會在主循環(huán)組織塊中多次調(diào)用功能塊和功能。

項目八，PROFIBUS現(xiàn)場總線的應用。

學會應用通信模塊選擇調(diào)試好的任意兩個系統(tǒng)模塊，實現(xiàn)兩個CPU315-2DP之間主從通信。

項目九，自動線加工系統(tǒng)模塊上位機程序編寫、調(diào)試。

熟練應用WinCC組態(tài)軟件圖形編輯器；掌握畫面切換、顯示畫面窗口、動態(tài)設計等方法和步驟。

項目十，WinCC組態(tài)軟件與Profibus現(xiàn)場總線的通信。

利用圖形編輯器組態(tài)加工模塊的畫面，顯示加工工位的計劃值、實際值時間信息；完成加工模塊的組態(tài)功能。能夠進行上位機的控制及顯示。

4 情景教學案例

現(xiàn)以輸送滾床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)為例進行情景教學的案例進行說明：

4.1 轉(zhuǎn)臺站控制要求

輸送滾床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)，通過PLC控制繼電器實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制、定時器控制，使?jié)L床輸送線實現(xiàn)直線運輸，旋轉(zhuǎn)運輸。

4.2 教學方法比較

沒有建造汽車自動生產(chǎn)線實訓臺之前輸送輥床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)項目我們只能通過PC機用應用位邏輯指令編寫一臺電動機正反轉(zhuǎn)程序。因為沒有傳感器的輸入信號，轉(zhuǎn)臺站工作情景根本無從談起。只能用仿真軟件驗證程序編寫的正確與否。學生學習過程變成背誦程序過程。理論與實踐嚴重脫節(jié)?，F(xiàn)在課題組老師研制了與工作崗位控制系統(tǒng)一致的汽車自動生產(chǎn)輸送線實訓臺，頂崗實習學生他們在工廠只是使用，但自己沒有編過能直接控制減速交流電動機的程序，現(xiàn)在他們可以自己拆裝轉(zhuǎn)臺站，這樣對機械設備結構了解更深刻?？梢詫刂葡到y(tǒng)的硬件和軟件按控制要求進行設計編程調(diào)試。同樣是應用位邏輯指令可以編寫多臺電動機的順序控制程序，所以學習興趣大增。

4.3 本項目的知識點和技能點

（1） 掌握單相交流電動機的工作原理及繼電器控制電動機原理。（2） 掌握S7-300PLC位邏輯指令。能夠利用位邏輯指令構建轉(zhuǎn)臺站控制系統(tǒng)。（3） 具有轉(zhuǎn)臺站控制系統(tǒng)的構建、接線、編程、下載、調(diào)試的技能。（4） 學會操作汽車自動線設備的轉(zhuǎn)臺站。

4.4 轉(zhuǎn)臺站組成及功能

轉(zhuǎn)臺站由轉(zhuǎn)速1300r/min、減速比1：50交流減速電機、電壓DC24V、四路的繼電器、額定電壓DC10～30V、額定電流200mA、檢測距離10mm的電感傳感器1及檢測距離4mm的電感傳感器2、滾輪導軌、輸送輥床、鈑金結構件、機械零部件組成。主要部件功能如下：（1）交流減速電機1：用來通過同步帶/輪傳動機構驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)動。（2）交流減速電機2：用來通過驅(qū)動滾輪在導軌運行，達到轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的功能。（3）繼電器：用來控制輥床交流減速電機、轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)交流減速電機的啟動/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，當PLC輸出信號給繼電器線圈時電機運行。（4）電感傳感器1：用來檢測輸送滾床出入口滑撬的位置，實現(xiàn)傳輸定位，當檢測到滑撬物料時給PLC提供輸入信號。（5）電感傳感器2：用來轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位檢測，當檢測到轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位時給PLC提供輸入信號。

4.5 軟件設計（圖1）

4.6 項目實施

4.7 評價過程

為了全面客觀地評價每個同學項目完成的質(zhì)量和總結成果，我們制作的自評、互評和師評表。每完成一個項目，就需要填寫自評表、互評表。其中包括知識考評、軟件編程、實際操作、項目驗收、聯(lián)系實際工作的創(chuàng)新點五大方面的考核。

5 總結

通過針對滿足頂崗實習需求的PLC課程的研究與實施，使PLC與電機控制技術的課程設計、教學實施、教學管理貼近工廠實際上了一個新的臺階。使高職高專學生在堅持頂崗實習的情況下，理論聯(lián)系實際，在很短的時間里很好地掌握PLC技術、WinCC監(jiān)控軟件、Profibus現(xiàn)場總線技術的知識。使學生具備了PLC常用指令的分析應用能力、PLC控制系統(tǒng)設計、安裝、接線、調(diào)試及故障排除能力。分析問題和解決問題的能力及溝通協(xié)作的能力。也充分滿足了企業(yè)對頂崗實習學生實力的要求。在實踐中使高職高專學生實踐能力強的優(yōu)勢突顯。目前學業(yè)完成的學生已在一汽大眾、大連發(fā)動機、大連變速器、一汽解放公司、一汽技術中心、米其林輪胎、一汽豐越等多家國內(nèi)外知名企業(yè)工作，成為企業(yè)電氣設計維修的技術骨干。教學內(nèi)容科學優(yōu)化，進而為實習的崗位更好地服務。

吉林省高等教育教學研究課題：吉教高字【2012】45號

參考文獻

[1] 胡健.西門子S7-300/400PLC工程應用（第2版）.北京航空航天大學出版社，2011.9.

[2] 龐科旺.PLC、變頻器與電氣控制.中國電力出版社，2012.4.

[3] 趙文兵.工業(yè)控制組態(tài)及現(xiàn)場總線技術.北京理工大學出版社，2011.1.endprint

通過對各個環(huán)節(jié)的電氣設備硬件結構和軟件編程進行了研究。結合在不同工廠、不同車間頂崗實習學生共同接觸的自動化設備，就是汽車生產(chǎn)輸送線。結合學生知識的循序漸進規(guī)律及全面性、課題組教師研制了來源于企業(yè)，又適合學校教學的PLC與電機控制技術實訓臺——汽車自動生產(chǎn)線實訓工作臺，本實訓裝置貼近工業(yè)現(xiàn)場要求，是典型的汽車自動生產(chǎn)線，設備從選材、工藝、流程、結構、控制等各方面都從實際工業(yè)現(xiàn)場出發(fā)，考慮工學結合要求，有機融合了機械、電氣、氣動知識，整個實訓臺就是學生工作、控制的生產(chǎn)設備。

通過該實訓系統(tǒng)的工作任務訓練，能較好地鍛煉操作者程序編寫設計能力、自動線設計開發(fā)能力、自動線連接與調(diào)試能力、工程實施能力和安全意識。突出強調(diào)技術的綜合運用。實驗室設備水平上了一個新的臺階，避免了過去教學與實際操作相脫節(jié)的教學局面?，F(xiàn)在實驗室是一周4天，8小時開放。滿足了頂崗實習學生三班倒的工作、學習的需要。對在外地的同學以網(wǎng)絡為載體，及時發(fā)送教學課件、實訓臺影像。教師制作、發(fā)送和批改和項目相對應的學習頁，使外地學生也能同步學習。

3 課題研究的主要內(nèi)容

PLC課程的項目與任務的設計即是教學內(nèi)容的設計，它是課程設計思路和教學目標的具體體現(xiàn)。它即要符合企業(yè)和崗位技能需求，具有針對性，又要保持PLC知識的系統(tǒng)性與完整性。任課老師精選設計的每個實例項目要有一定的科學性、連貫性。由簡到繁、由易到難。單元內(nèi)的實例都能有效地為該單元核心內(nèi)容的教學服務，并且這些實例課題既能方便學生的學習，提高學習效率又要包含工作現(xiàn)場，本課程預計設置10項目。

項目一，硬件系統(tǒng)安裝及軟件系統(tǒng)的使用。該項目來源于工廠的主控單元PLC，要求學生了解它的硬件結構，硬件組態(tài)、硬件調(diào)試。同時工廠大量使用STEP7軟件，要求學生可以熟練使用該軟件的位指令。

項目二，輸送滾床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)，通過PLC控制繼電器實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制、定時器控制，使?jié)L床輸送線實現(xiàn)直線運輸，旋轉(zhuǎn)運輸。

項目三，PLC軟件程序控制伺服電機和步進電機驅(qū)動行車運行。

項目四，指示燈控制系統(tǒng)。工廠中還有很多指示燈，它們可顯示不同的工作狀態(tài)，因此對它們的控制也是學生必須掌握的。該項目來源于激光焊指示燈系統(tǒng)，有紅黃綠三種指示燈，亮和滅各有不同的意義，閃爍的頻率代表不同的工作狀態(tài)。

項目五，PLC軟件程序控制變頻器、編碼器使升降臺變速運行。學生學會用PLC控制交流電機就掌握了工廠的大多數(shù)設備的控制原理。

前五個項目完成基本可以設計了一個完整PLC和電機的控制系統(tǒng)。以上項目為第一學期的學習內(nèi)容。在此基礎之上進行第二學期的學習內(nèi)容。

項目六，機械手的設計，運用氣動控制技術由PLC控制電磁閥使機械手按要求進行快速移動夾緊、松開動作。

項目七，堆垛解垛控制系統(tǒng)，用PLC的結構化程序處理復雜的控制任務，使學生學會在主循環(huán)組織塊中多次調(diào)用功能塊和功能。

項目八，PROFIBUS現(xiàn)場總線的應用。

學會應用通信模塊選擇調(diào)試好的任意兩個系統(tǒng)模塊，實現(xiàn)兩個CPU315-2DP之間主從通信。

項目九，自動線加工系統(tǒng)模塊上位機程序編寫、調(diào)試。

熟練應用WinCC組態(tài)軟件圖形編輯器；掌握畫面切換、顯示畫面窗口、動態(tài)設計等方法和步驟。

項目十，WinCC組態(tài)軟件與Profibus現(xiàn)場總線的通信。

利用圖形編輯器組態(tài)加工模塊的畫面，顯示加工工位的計劃值、實際值時間信息；完成加工模塊的組態(tài)功能。能夠進行上位機的控制及顯示。

4 情景教學案例

現(xiàn)以輸送滾床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)為例進行情景教學的案例進行說明：

4.1 轉(zhuǎn)臺站控制要求

輸送滾床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)，通過PLC控制繼電器實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制、定時器控制，使?jié)L床輸送線實現(xiàn)直線運輸，旋轉(zhuǎn)運輸。

4.2 教學方法比較

沒有建造汽車自動生產(chǎn)線實訓臺之前輸送輥床轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)項目我們只能通過PC機用應用位邏輯指令編寫一臺電動機正反轉(zhuǎn)程序。因為沒有傳感器的輸入信號，轉(zhuǎn)臺站工作情景根本無從談起。只能用仿真軟件驗證程序編寫的正確與否。學生學習過程變成背誦程序過程。理論與實踐嚴重脫節(jié)?，F(xiàn)在課題組老師研制了與工作崗位控制系統(tǒng)一致的汽車自動生產(chǎn)輸送線實訓臺，頂崗實習學生他們在工廠只是使用，但自己沒有編過能直接控制減速交流電動機的程序，現(xiàn)在他們可以自己拆裝轉(zhuǎn)臺站，這樣對機械設備結構了解更深刻?？梢詫刂葡到y(tǒng)的硬件和軟件按控制要求進行設計編程調(diào)試。同樣是應用位邏輯指令可以編寫多臺電動機的順序控制程序，所以學習興趣大增。

4.3 本項目的知識點和技能點

（1） 掌握單相交流電動機的工作原理及繼電器控制電動機原理。（2） 掌握S7-300PLC位邏輯指令。能夠利用位邏輯指令構建轉(zhuǎn)臺站控制系統(tǒng)。（3） 具有轉(zhuǎn)臺站控制系統(tǒng)的構建、接線、編程、下載、調(diào)試的技能。（4） 學會操作汽車自動線設備的轉(zhuǎn)臺站。

4.4 轉(zhuǎn)臺站組成及功能

轉(zhuǎn)臺站由轉(zhuǎn)速1300r/min、減速比1：50交流減速電機、電壓DC24V、四路的繼電器、額定電壓DC10～30V、額定電流200mA、檢測距離10mm的電感傳感器1及檢測距離4mm的電感傳感器2、滾輪導軌、輸送輥床、鈑金結構件、機械零部件組成。主要部件功能如下：（1）交流減速電機1：用來通過同步帶/輪傳動機構驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)動。（2）交流減速電機2：用來通過驅(qū)動滾輪在導軌運行，達到轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的功能。（3）繼電器：用來控制輥床交流減速電機、轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)交流減速電機的啟動/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，當PLC輸出信號給繼電器線圈時電機運行。（4）電感傳感器1：用來檢測輸送滾床出入口滑撬的位置，實現(xiàn)傳輸定位，當檢測到滑撬物料時給PLC提供輸入信號。（5）電感傳感器2：用來轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位檢測，當檢測到轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位時給PLC提供輸入信號。

4.5 軟件設計（圖1）

4.6 項目實施

4.7 評價過程

為了全面客觀地評價每個同學項目完成的質(zhì)量和總結成果，我們制作的自評、互評和師評表。每完成一個項目，就需要填寫自評表、互評表。其中包括知識考評、軟件編程、實際操作、項目驗收、聯(lián)系實際工作的創(chuàng)新點五大方面的考核。

5 總結

通過針對滿足頂崗實習需求的PLC課程的研究與實施，使PLC與電機控制技術的課程設計、教學實施、教學管理貼近工廠實際上了一個新的臺階。使高職高專學生在堅持頂崗實習的情況下，理論聯(lián)系實際，在很短的時間里很好地掌握PLC技術、WinCC監(jiān)控軟件、Profibus現(xiàn)場總線技術的知識。使學生具備了PLC常用指令的分析應用能力、PLC控制系統(tǒng)設計、安裝、接線、調(diào)試及故障排除能力。分析問題和解決問題的能力及溝通協(xié)作的能力。也充分滿足了企業(yè)對頂崗實習學生實力的要求。在實踐中使高職高專學生實踐能力強的優(yōu)勢突顯。目前學業(yè)完成的學生已在一汽大眾、大連發(fā)動機、大連變速器、一汽解放公司、一汽技術中心、米其林輪胎、一汽豐越等多家國內(nèi)外知名企業(yè)工作，成為企業(yè)電氣設計維修的技術骨干。教學內(nèi)容科學優(yōu)化，進而為實習的崗位更好地服務。

吉林省高等教育教學研究課題：吉教高字【2012】45號

參考文獻

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