機床電氣與PLC課程教學(xué)改革初探

PLC是一種集計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及通信技術(shù)為一體的系統裝置，它因發(fā)揮著(zhù)可靠性、靈活性、便捷性、編程及時(shí)有效等優(yōu)勢作用，而受到了工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和應用。機床電氣控制與PLC對推進(jìn)機床自動(dòng)化具有現實(shí)意義，隨著(zhù)PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域中的地位不斷提升，一批專(zhuān)業(yè)的PLC技術(shù)人成為工業(yè)企業(yè)當前的核心人才。為此，加強培養學(xué)生該方面的技術(shù)能力，可為今后順利就業(yè)提供保障。
一、機床電氣與PLC課程教學(xué)現狀
當前，機床電氣與PLC課程教學(xué)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是關(guān)于低壓電器方面的知識，學(xué)生了解甚少；二是關(guān)于低壓電器的基本運行原理，學(xué)生掌握程度不夠，不懂得從感性的角度來(lái)認識內部構造；三是對于電機的基本運行原理，一般機械專(zhuān)業(yè)的學(xué)生只是通過(guò)電工學(xué)的渠道來(lái)了解，后續課堂教學(xué)中僅涉及電機的選型，忽視了詳細講解電機的運行原理，這樣一來(lái)，學(xué)生就很難深入全面掌握各控制環(huán)節；四是在理論分析角度上，大部分PLC程序都是切實(shí)可行的，然而實(shí)踐運用中效果如何還是不得而知，理論和實(shí)踐還有距離。
二、機床電氣與PLC課程教學(xué)改革
（一）改革教學(xué)內容
機床電氣與PLC課程當前所采用的教學(xué)大綱主要涉及兩個(gè)方面，一個(gè)方面是電器控制內容，向學(xué)生詳細講解常用低壓電器知識、各典型機床電氣控制線(xiàn)路的構成情況并圍繞線(xiàn)路開(kāi)展相關(guān)分析，以及如何設計電氣線(xiàn)路、如何選擇電器元件。另一方面是向學(xué)生講解可編程序控制器的理論知識、運行原理，將重心放在了傳授學(xué)生PLC編程語(yǔ)言和編程指令層面上。按照上述問(wèn)題，應從以下幾個(gè)方面改革教學(xué)內容：一是在講解典型機床電氣控制線(xiàn)路的前期階段，教育者應特別安排組織一兩堂課的時(shí)間來(lái)講解電動(dòng)機運行過(guò)程中的基本原理，提高學(xué)生對電動(dòng)機內部構造及接線(xiàn)手段的掌握程度，從而清楚知道電動(dòng)機的各個(gè)控制線(xiàn)路，如高低速、降壓?jiǎn)?dòng)等。當學(xué)生對典型機床電氣控制線(xiàn)路全部了解后，應加入一定的工藝設計范疇內的知識內容，如電氣接線(xiàn)圖、電氣的安裝與調試等，以此拉近教學(xué)內容與工程實(shí)踐之間的距離。二是PLC硬件設計得當與否，直接決定了整個(gè)控制系統的安全可靠性以及生產(chǎn)成本的合理性等，還需要注意的是，硬件設計不同于軟件設計，一旦設計完成后，沒(méi)有特殊情況不得頻繁更改，所以控制系統設計能否順利有效運轉，終取決于硬件設計的完善與否，應將其作為教學(xué)內容的核心部分。
（二）改革教學(xué)方法
以往使用的教學(xué)方法一味地強調知識的傳授，很少會(huì )考慮到學(xué)生能力的培養，不僅激發(fā)不了學(xué)生的學(xué)習興趣，而且還會(huì )導致學(xué)生產(chǎn)生強烈的抵觸情緒，學(xué)習效果較差。因此必須摒棄傳統滯后的教學(xué)方法，全面滲透項目教學(xué)法、多媒體教學(xué)法，明確教學(xué)任務(wù)，強化學(xué)生創(chuàng )新意識和創(chuàng )新能力。
首先，實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，教育者應注重調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性。項目教學(xué)法是近年來(lái)形成的一種教學(xué)手段，主要從項目的角度出發(fā)向學(xué)生介紹和項目有著(zhù)直接關(guān)系的知識內容，突出學(xué)生的主體地位。為了保證學(xué)生能盡快認可項目教學(xué)法，教育者必須結合學(xué)生個(gè)性化特點(diǎn)做針對性講解。項目教學(xué)法主要分六步走：資訊—決策—計劃—實(shí)施—檢查—評估。資訊：學(xué)生通過(guò)任務(wù)要求及參考文獻，資料查閱獲取工作目標總體印象，制定不同的實(shí)施方案。決策：小組展開(kāi)研究討論，確定選用哪種控制方案，明確其優(yōu)缺點(diǎn)。計劃：制定工作計劃，確定工作步驟，制定檢查、評價(jià)標準。實(shí)施：學(xué)生完成工作任務(wù)，小組同學(xué)共同分析、解決問(wèn)題，遇到無(wú)法解決的問(wèn)題時(shí)請求老師幫助解決。檢查：任務(wù)完成后，學(xué)生按評價(jià)標準自行檢查測試。評估：學(xué)生成果展示，教師對結果進(jìn)行評價(jià)，并共同討論，提出建議，講解知識點(diǎn)并總結歸納。每一個(gè)工程任務(wù)都采取項目式教學(xué)，保障學(xué)生獲取信息的能力、評估方案的能力、創(chuàng )新能力等均有一定程度的提高，并極大的活躍了課堂氣氛。
其次，多媒體教學(xué)手段已經(jīng)被廣泛應用于教育領(lǐng)域中，通過(guò)音視頻和圖文等形式對課程內容生動(dòng)形象的展示，模擬真實(shí)的課堂教學(xué)氛圍，給學(xué)生身臨其境的感覺(jué)，有利于增強學(xué)生的學(xué)習興趣和學(xué)習效果。除了日常教學(xué)過(guò)程中采用多PPT多媒體輔助教學(xué)手段外，還有一些其他的方法，比如通過(guò)CAD軟件展示日常低壓電器的內部構造；通過(guò)Flash軟件中展示通電與斷電情況下低壓電器的運轉狀況，以促進(jìn)學(xué)生對低壓電器運行原理的了解；通過(guò)PLC仿真軟件對程序實(shí)際運行過(guò)程進(jìn)行模擬，以便學(xué)生對PLC編程語(yǔ)言的學(xué)習更加有效。
（三）注重實(shí)踐環(huán)節
加強實(shí)踐促進(jìn)理論與實(shí)際的有機結合，將理論知識運用到生產(chǎn)生活中，對培養的工程人才意義重大。機床電氣與PLC課程的實(shí)踐價(jià)值顯著(zhù)，所以實(shí)踐教學(xué)對該門(mén)課程而言，發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用。當前，機床電氣與PLC課程開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)時(shí)一般涉及兩方面工作：一是，實(shí)驗教學(xué)。在專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗室中開(kāi)展，具體實(shí)驗內容是常見(jiàn)的噴水池控制、洗衣機控制系統的設計等，難以滿(mǎn)足機械專(zhuān)業(yè)的實(shí)際使用需求。二是課程設計。課程設計中也常常以十字路口交通燈控制系統設計等為核心內容，關(guān)于這方面的設計內容網(wǎng)上相關(guān)資料層出不窮，制約了學(xué)生獨立自主完成設計的能力，學(xué)習質(zhì)量和學(xué)習效果均處于較低狀態(tài)。此外，課程設計中所采用的程序缺乏實(shí)際驗證，只能在理論的基礎上分析其可行性。針對這些問(wèn)題，應做好以下改革：
1.除常見(jiàn)的交通燈、搶答器的PLC設計之外，將電動(dòng)機星三角降壓?jiǎn)?dòng)、工作臺自動(dòng)往返、組合機床順序控制電路設計等融入進(jìn)PLC實(shí)驗項目中。其中順序控制電路通常關(guān)乎到兩臺或以上電動(dòng)機的控制，在這些相關(guān)的實(shí)驗分析后學(xué)生不僅能夠更進(jìn)一步熟悉掌握PLC的選型、I/O分配、接線(xiàn)以及常見(jiàn)編程指令的應用，也能讓學(xué)生準確了解接觸器、繼電器、行程開(kāi)關(guān)等一系列低壓電器實(shí)際運行狀況以及電動(dòng)機的正反轉、降壓?jiǎn)?dòng)等各控制環(huán)節。所以應通過(guò)綜合控制法實(shí)現預期的控制目標，從而提高學(xué)生的創(chuàng )新意識和創(chuàng )新能力。
2.將傳統機床的PLC改造融入進(jìn)課程設計中。以往，我國都是通過(guò)繼電控制來(lái)完成機床的生產(chǎn)工作，現代工業(yè)企業(yè)中依舊存在這些傳統機床的身影，但由于繼電器-接觸器的控制系統故障次數頻繁、缺乏可靠性，所以應安排學(xué)習對傳統機床進(jìn)行PLC改造。如Z3040搖臂鉆床的PLC改造設計。
首先根據生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求，如需要完成的動(dòng)作，包括動(dòng)作順序、必需的保護和聯(lián)鎖等；操作方式，包括手動(dòng)、自動(dòng)、連續、單周期、單步等，了解該設備電器的工作原理；從經(jīng)濟性及長(cháng)遠性考慮，用PLC替換原繼電-接觸控制電路時(shí)，盡可能留用原繼電-接觸控制系統中可用的元器件；在滿(mǎn)足控制要求的情況下，盡可能地采用性?xún)r(jià)比高的PLC，并要預留一些輸入、輸出點(diǎn)，以備添加功能時(shí)使用。然后根據這些要素確定系統控制方案，根據系統控制方案確定系統運行方式，再進(jìn)一步確定所需的用戶(hù)輸入、輸出設備，據此確定PLC的I/O點(diǎn)數，進(jìn)而確定PLC的型號。在設計控制程序時(shí)，強調學(xué)生采用相關(guān)的仿真軟件來(lái)加強驗證通，后接線(xiàn)調試，觀(guān)察是否達到預期目標。通過(guò)這樣貼合工廠(chǎng)實(shí)際的案例，迅速提高學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，不斷豐富學(xué)生的知識體系，并學(xué)以致用。
（四）改革考核方式
在機床電氣與PLC課程教學(xué)中應注重考核專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識與崗位技能情況，摒棄傳統應試教育的滯后觀(guān)念，通過(guò)設置問(wèn)題、測量、考核、練習等手段開(kāi)展過(guò)程教學(xué)考核，強化實(shí)踐教學(xué)，落實(shí)教學(xué)目標，力爭培養一批專(zhuān)業(yè)技能、素質(zhì)、創(chuàng )新能力等各方面都很強的人才隊伍，為現代工業(yè)企業(yè)的發(fā)展作出應有的貢獻，實(shí)現社會(huì )經(jīng)濟效益大化。在考評卷面的同時(shí)還應注重教學(xué)過(guò)程的考評，突出過(guò)程考評的地位。
在對機床電氣與PLC課程的教學(xué)內容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節、考核方式進(jìn)行改革后，不僅促進(jìn)了學(xué)生對理論知識的了解、對多元學(xué)習方式的掌握，同時(shí)還提高了學(xué)生的實(shí)踐操作能力、創(chuàng )新能力、配合協(xié)作能力等，調動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習熱情，學(xué)習效果得到質(zhì)的飛躍。不過(guò)，教學(xué)改革并非一蹴而就，還需要學(xué)校加大對專(zhuān)業(yè)建設的投入與支持力度，也需要專(zhuān)業(yè)教育工作者的繼續努力。