如何培养学生PLC工程能力

[摘 要]可编程序控制器（PLC）课程是一门实践性非常强的课程,要求理论与实践相结合,课程内容与工程应用密切相关,课程内容与实际新产品和新技术发展密切相关.这就要求在授课过程中必须与工程应用实例相结合,在教学中不断加强对学生工程应用能力的培养.本文从设计能力、动手能力和绘图能力三个方面,对如何在PLC课程教学过程中对学生进行工程应用能力的培养进行了阐述.

[关 键 词]可编程序控制器（PLC）培养工程能力

[中图分类号]G712[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2013）14-0037-02

一、引言

“卓越工程师教育培养计划”旨在改变目前高校人才培养和企业需求脱节的现象,建立高校和企业间的制度化联系.针对“卓越工程师培养计划”,全国各地高校进行了相应的改革,PLC课程从理论到实践各个环节都做出相应的改革,旨在促进学生各方面工程能力的提高.

二、PLC课程概述

针对“卓越工程师培养计划”,PLC课程内容进行了改革,包括继电器接触器控制部分、S7-200PLC控制部分和S7-300/400PLC控制部分,每一部分都与一项工程实践课程相对应.PLC课程所涉及内容是工业控制自动化技术的一个重要方向,与相关实践课程内容结合紧密,学好PLC要树立终身学习的信念,注重理论与实践相结合,以工程应用为目的.

PLC课程的特点有：PLC课程实践性强,理论课与实践课程结合紧密；PLC课程内容紧跟工程实际,新技术、新元件层出不穷；PLC课程与学生毕业设计联系密切,毕业论文题目越来越多；PLC课程与学生就业方向高度相关,是学生将来工作应用的主要技术.

三、工程能力的培养

(一)设计能力的培养

图1PLC理论知识与实践环节及设计能力的关系图

PLC理论知识与实践环节及设计能力的关系图如图1所示.以PLC课程为核心,整合相关的实践课程包括电气控制与电器装配工程实践、PLC控制工程实践和工业自动化项目设计等实践课程.PLC课程三部分知识与三个实践课程内容相对应.

PLC控制系统综合应用PLC技术、电机控制技术、检测技术、电力电子技术等先进技术,设计能力具体体现在以下两个方面：

1.硬件设计能力

硬件设计能力包括系统方案选择、系统原理框图设计、系统网络规划与设计、硬件原理图设计、硬件计算与选型、安装接线图设计、元件实际位置图设计、控制面板设计和控制柜工艺设计等设计项目.在理论课程教学过程中,针对上述设计项目进行相关知识贮备.积累了相关知识之后,在实践环节中进行锻炼,可使学生更有信心和能力地完成设计工作.PLC设计不单纯完成控制功能,PLC设计内容更多方面与安全、环保和质量息息相关.PLC硬件电路中安全保护和控制是同等重要的,没有安全保证的电路对于控制来说毫无意义,设计中必须为设备安全和产品安全考虑.节能环保是国家未来发展战略,新型PLC产品在这方面也增加了相关设计.

2.软件设计能力

软件设计能力包括控制系统程序规划、系统程序流程设计、主程序设计、功能子程序设计、中断设计和组态设计等.在程序设计过程中必须会应用STEP-7编程软件,在组态设计过程中必须会应用WinCC.上述2项设计能力要有一个循序渐进的过程,要让学生们从传统的继电器接触器控制系统过渡到PLC控制系统,从S7-200PLC小系统渐渐地过渡到S7-300/400PLC工业自动化网络大系统.在工业自动化生产的大背景下,让学生知道将来自己走上工作岗位面对的不只是单台生产机械,工作中面对的更多是网络化的控制系统,这也是当今工业自动化发展的必然趋势.

(二)动手能力的培养

动手能力包括实验设备操作能力、程序仿真调试能力和控制柜制作能力.

1.实验设备操作能力

PLC课程实验是针对S7-200PLC和S7-300PLC两种PLC的综合设计性实验,学生根据实验课题要求进行方案设计与选择,确定好控制方案后进行硬件和软件设计.硬件设计必须在现有实验条件下进行,这就要求学生根据现有条件进行设计,最大限度地满足实验要求.实验台上的PLC、触摸屏、电动机、变频器和传感器等器件,学生可根据实验要求选择相应器件,不仅限于一个实验台,必要时可对多个实验台上的器件进行选择应用.这样实验接线复杂了,2台或3台步进电机控制程序设计上多样性和复杂性也增强了,这样既锻炼了学生的动手能力,又锻炼了学生的编程能力.

2.程序仿真调试能力

PLC控制程序仿真调试方面灵活性更大些,现有的仿真软件可以更好地满足设计要求.S7-200仿真软件专门针对于S7-200PLC,PLCSIM专门针对于S7-300/400PLC控制程序仿真.这两种仿真软件图形界面形象,仿真功能强大,在不需要PLC硬件情况下可完成大部分程序的仿真工作.这样增强了实验的灵活性和可操作性,学生可不局限于实验设备而进行大胆的设计,大大提高了学生软件设计能力.

3.控制柜制作能力

控制柜制作工艺通过多媒体教学方式对学生进行相关知识传授,待学生有了感性认识之后,在相关实践环节中加入简单的控制柜制作训练.图2是电机正反转控制电气接线图和位置图.只有真正理解原理图、接线图和位置图三者的关系,才能做好电气控制柜的工艺设计,才能制作出适合工程应用的控制柜.

（1）接线图（2）位置图

图2电气原理图、接线图和位置图

(三)绘图能力的培养

设计出的各种草图最终要应用专业绘图软件绘制成标准的图纸.应用AutoCAD绘制结构示意图、硬件原理图、元件位置图、安装接线图、控制面板图和控制柜结构图.学生绘图能力关系图如图3所示,完成一个完整的PLC控制系统设计工作要学会绘制十多种图.设计中常用Visio绘制结构示意图、系统框图、工艺流程图和程序流程图.WinCC绘制组态界面图,STEP-7绘制程序梯形图,程序仿真图由PLCSIM来完成.学生绘图能力的提高对其将来走上工作岗位是非常有利的,大学毕业生工作之初大多是从最基本的绘图工作开始的.

图3绘图能力关系图

四、结论

随着科学技术的不断发展,现代工程问题的综合性与复杂性也不断增强.工程专业文化精神的渗透是基于工程教育观念的一种实质性转变.本科层次工程师的培养目标是胜任在现场从事产品的生产、营销和怎么写作或工程项目的施工、运行和维护.本科层次培养的未来工程师应能完全胜任生产一线的各项工作.本文探讨了PLC课程教学过程中如何与“卓越工程师培养计划”相结合,使学生具备一定的设计能力、动手能力和绘图能力,进而能够达到“卓越工程师教育计划”对学生一般性工程能力的要求.

[参考文献]

[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”学校工作方案研究[J].高等工程教育研究,2010,（5）：25-27.

[2]高雪梅,潘丰.卓越工程师培养模式初探[J].贵州社会科学,2011,（11）：108-110.

[3]吴文辉.论卓越工程师的工程精神和工程意识[J].长春理工大学学报（社会科学版）,2011,（7）：125-127.

[4]李惠洁,曹李朵,郭微微.高校工科类专业学生实践教学成果物化管理问题研究[J].大学教育,2013,（2）：88-89.

[5]姜岩.基于工程型人才培养构建四位一体教学模式的研究与实践[J].大学教育,2012,（9）：114-115.

[责任编辑：左芸]