葛春 火箭军士官学校

引言：PLC（Programmable Logic Controller，可编程序控制器），是20世纪60年代从继电器控制系统基础上发展而来的一种自动控制装置。现在PLC已发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置[1]。PLC作为自动化相关专业的一项重点教学内容，存在其结构复杂、原理难懂、应用多样等特点，这些特点给教学增加了难度。本文提出基于教学做一体化模式的PLC教学，从具体化外部特征、形象化工作过程、案例化功能实现三个方面，来提高该内容的教学效益。

一、具体化外部特征，学习PLC结构组成

西门子在中国的PLC市场上占据着很大的份额,加上在外围相关设备上的研发生产能力和良好的市场口碑,更是获得了广大用户的喜欢[2]。针对目前国内工业控制现场的应用情况，本文选择典型常用的西门子S7-200 PLC为例来讲解。

首先，学生授课选择在实验室里进行，每2～3名学生一组，每组共用一台具备PLC控制功能的一体化实验平台。教师在讲解PLC工作原理之前，一般要重点讲授PLC的结构组成。教师应从PLC的外部特征入手，抓住每一个特征细节，逐步开展结构组成的介绍。当然这里需要做好教学设计，可以选择从左往右、从上往下、从外到内的顺序有条不紊的讲解，也可以按照初学者观看PLC外观时关注点的逻辑介绍。

其次，基于教学做一体化的教学模式核心是注重学生学习的主体地位和教师的主导作用。因此本文在介绍PLC外部特征时，选择从初学者观看外观关注点的逻辑顺序，逐步引导学生学习PLC的结构组成。一开始就让学生观看PLC，其关注点首先是PLC外壳上的型号标识，这时应启发学生思考哪个标识能够说明其硬件配置，从而扩展开来逐一讲解其内部的组成结构；然后从加强版PLC实现了什么样功能的加强，引导学生思考如何实现模拟量信号的采集与控制、怎样扩展相关功能，从而过渡到功能扩展接口以及各种功能扩展模块知识的学习；然后再从功能扩展接口旁边的拨动开关，引入到工作开关以及相应指示灯功能的讲解，此时学生可以动手拨动开关不同档位并观察指示灯的现象，形象具体化的了解其组成功能；最后通过现场实验演示，启发学生思考PLC的上下两个端口哪个是输入哪个是输出，并对照上节课学习的理论知识，思考分别属于哪种类型，再引导学生打开外壳对照内部电路板，验证并总结PLC的结构组成。

二、形象化工作过程，学习PLC内部原理

以上学习掌握了PLC的结构组成，水到渠成的就引入到了内部原理的教学。内部原理是PLC教学的难点，教师自己懂不等于学透了，学透了不一定能讲，即使能讲出来也不一定能让学生理解[3]，所以更需要合理科学的教学设计，才能达到深入浅出、通俗易懂的教学效果。

PLC的运行工作过程主要分为三步：读输入、执行程序、写输出，并循环扫描工作。针对这个过程主要有三个学习难点：一是由于PLC执行程序较快，在实际工作中用户根本感觉不到执行的过程；二是读输入与写输出的概念较为抽象，很难理解；三是循环扫描的过程在实际应用中很难通过现象观察到。因此需要在每组试验台上精心设计一个独特的PLC程序和硬件连接，形象化一个具体的工作过程，才能让学生更好的理解内部原理。

本文设计一种通过PLC 输入端口I0.1采集外部开关接通状态，然后精确延时十秒钟，利用输出端Q0.1控制外部LED指示灯亮灭的实例，可以很巧妙的解决以上问题。首先利用程序界面中“程序状态监控”功能，引导学生观察当外部开关接通时，软件中输入继电器变量的变化，从而形象化说明“写输入”；再运用软件中定时器的延时状态变化，启发学生思考“执行程序”的过程；然后当延时十秒钟完成后，引导学生观察软件界面中输出继电器的变化和最后硬件控制功能，形象化说明“写输出”；最后再关闭外部开关，让学员观察现象，自主总结循环扫描的工作过程。以上这些环节教师一边教，学生一边操作一边观察思考，最终达到了教学做一体化的良好效果。

三、实例化功能实现，学习PLC控制应用

以上通过具体化外部特征和形象化工作过程，学习了PLC的组成结构与内部原理，但学习的最终落脚点还应是控制应用。可以充分运用实验室一体化平台，案例化几个具体功能应用，让学生自主搭建硬件电路、编写梯形图软件，将程序下载到PLC中并运行，通过这种教学做一体化的模式，最终实现学以致用的目的。

比如针对模拟量信号的检测与控制，可以案例化为一个检测保温柜内部的温度、湿度，并输出调节其内部温度大小的实例。教师可以提供学生相关PLC模拟量检测与控制简单电路原理图、必要的电气连接线，以及软件编写所需的几种编程指令，然后学生在之前PLC组成结构和工作原理等理论知识的学习基础上，就可以在教师的指导帮助下，小组协作自主完成硬件电路的搭建、梯形图软件的编写、程序的下载以及最后的功能实现。再比如针对时间量的控制，可以案例化为一个延时5秒钟控制LED灯点亮的实例。教师可以引导学生一边编写程序，输入相关定时器指令的参数和设置值，一边观察界面的变化和提示，不断总结归纳定时器指令的操作使用方法，最终完成相关控制应用。在以上这两种典型的教学过程中，教师的教、学生的学、教师指导下学生的做，达到了和谐的统一，学生最终自主完成控制应用的功能，既能感受成功的喜悦感，更能为以后工作岗位的PLC应用打下坚实的基础。