機床電氣與PLC課程教學改革初探

PLC是一種集計算機技術、自動控制技術及通信技術為一體的系統裝置，它因發揮著可靠性、靈活性、便捷性、編程及時有效等優勢作用，而受到了工業控制領域的廣泛關注和應用。機床電氣控制與PLC對推進機床自動化具有現實意義，隨著PLC在工業控制領域中的地位不斷提升，一批專業的PLC技術人成為工業企業當前的核心人才。為此，加強培養學生該方面的技術能力，可為今后順利就業提供保障。
一、機床電氣與PLC課程教學現狀
當前，機床電氣與PLC課程教學存在以下幾個問題：一是關于低壓電器方面的知識，學生了解甚少；二是關于低壓電器的基本運行原理，學生掌握程度不夠，不懂得從感性的角度來認識內部構造；三是對于電機的基本運行原理，一般機械專業的學生只是通過電工學的渠道來了解，后續課堂教學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，學生就很難深入全面掌握各控制環節；四是在理論分析角度上，大部分PLC程序都是切實可行的，然而實踐運用中效果如何還是不得而知，理論和實踐還有距離。
二、機床電氣與PLC課程教學改革
（一）改革教學內容
機床電氣與PLC課程當前所采用的教學大綱主要涉及兩個方面，一個方面是電器控制內容，向學生詳細講解常用低壓電器知識、各典型機床電氣控制線路的構成情況并圍繞線路開展相關分析，以及如何設計電氣線路、如何選擇電器元件。另一方面是向學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生PLC編程語言和編程指令層面上。按照上述問題，應從以下幾個方面改革教學內容：一是在講解典型機床電氣控制線路的前期階段，教育者應特別安排組織一兩堂課的時間來講解電動機運行過程中的基本原理，提高學生對電動機內部構造及接線手段的掌握程度，從而清楚知道電動機的各個控制線路，如高低速、降壓啟動等。當學生對典型機床電氣控制線路全部了解后，應加入一定的工藝設計范疇內的知識內容，如電氣接線圖、電氣的安裝與調試等，以此拉近教學內容與工程實踐之間的距離。二是PLC硬件設計得當與否，直接決定了整個控制系統的安全可靠性以及生產成本的合理性等，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，應將其作為教學內容的核心部分。
（二）改革教學方法
以往使用的教學方法一味地強調知識的傳授，很少會考慮到學生能力的培養，不僅激發不了學生的學習興趣，而且還會導致學生產生強烈的抵觸情緒，學習效果較差。因此必須摒棄傳統滯后的教學方法，全面滲透項目教學法、多媒體教學法，明確教學任務，強化學生創新意識和創新能力。
首先，實踐教學過程中，教育者應注重調動學生的學習積極性。項目教學法是近年來形成的一種教學手段，主要從項目的角度出發向學生介紹和項目有著直接關系的知識內容，突出學生的主體地位。為了保證學生能盡快認可項目教學法，教育者必須結合學生個性化特點做針對性講解。項目教學法主要分六步走：資訊—決策—計劃—實施—檢查—評估。資訊：學生通過任務要求及參考文獻，資料查閱獲取工作目標總體印象，制定不同的實施方案。決策：小組展開研究討論，確定選用哪種控制方案，明確其優缺點。計劃：制定工作計劃，確定工作步驟，制定檢查、評價標準。實施：學生完成工作任務，小組同學共同分析、解決問題，遇到無法解決的問題時請求老師幫助解決。檢查：任務完成后，學生按評價標準自行檢查測試。評估：學生成果展示，教師對結果進行評價，并共同討論，提出建議，講解知識點并總結歸納。每一個工程任務都采取項目式教學，保障學生獲取信息的能力、評估方案的能力、創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，多媒體教學手段已經被廣泛應用于教育領域中，通過音視頻和圖文等形式對課程內容生動形象的展示，模擬真實的課堂教學氛圍，給學生身臨其境的感覺，有利于增強學生的學習興趣和學習效果。除了日常教學過程中采用多PPT多媒體輔助教學手段外，還有一些其他的方法，比如通過CAD軟件展示日常低壓電器的內部構造；通過Flash軟件中展示通電與斷電情況下低壓電器的運轉狀況，以促進學生對低壓電器運行原理的了解；通過PLC仿真軟件對程序實際運行過程進行模擬，以便學生對PLC編程語言的學習更加有效。
（三）注重實踐環節
加強實踐促進理論與實際的有機結合，將理論知識運用到生產生活中，對培養的工程人才意義重大。機床電氣與PLC課程的實踐價值顯著，所以實踐教學對該門課程而言，發揮著舉足輕重的作用。當前，機床電氣與PLC課程開展實踐教學時一般涉及兩方面工作：一是，實驗教學。在專門的實驗室中開展，具體實驗內容是常見的噴水池控制、洗衣機控制系統的設計等，難以滿足機械專業的實際使用需求。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，關于這方面的設計內容網上相關資料層出不窮，制約了學生獨立自主完成設計的能力，學習質量和學習效果均處于較低狀態。此外，課程設計中所采用的程序缺乏實際驗證，只能在理論的基礎上分析其可行性。針對這些問題，應做好以下改革：
1.除常見的交通燈、搶答器的PLC設計之外，將電動機星三角降壓啟動、工作臺自動往返、組合機床順序控制電路設計等融入進PLC實驗項目中。其中順序控制電路通常關乎到兩臺或以上電動機的控制，在這些相關的實驗分析后學生不僅能夠更進一步熟悉掌握PLC的選型、I/O分配、接線以及常見編程指令的應用，也能讓學生準確了解接觸器、繼電器、行程開關等一系列低壓電器實際運行狀況以及電動機的正反轉、降壓啟動等各控制環節。所以應通過綜合控制法實現預期的控制目標，從而提高學生的創新意識和創新能力。
2.將傳統機床的PLC改造融入進課程設計中。以往，我國都是通過繼電控制來完成機床的生產工作，現代工業企業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，所以應安排學習對傳統機床進行PLC改造。如Z3040搖臂鉆床的PLC改造設計。
首先根據生產的工藝過程分析控制要求，如需要完成的動作，包括動作順序、必需的保護和聯鎖等；操作方式，包括手動、自動、連續、單周期、單步等，了解該設備電器的工作原理；從經濟性及長遠性考慮，用PLC替換原繼電-接觸控制電路時，盡可能留用原繼電-接觸控制系統中可用的元器件；在滿足控制要求的情況下，盡可能地采用性價比高的PLC，并要預留一些輸入、輸出點，以備添加功能時使用。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，再進一步確定所需的用戶輸入、輸出設備，據此確定PLC的I/O點數，進而確定PLC的型號。在設計控制程序時，強調學生采用相關的仿真軟件來加強驗證通，后接線調試，觀察是否達到預期目標。通過這樣貼合工廠實際的案例，迅速提高學生分析問題解決問題的能力，不斷豐富學生的知識體系，并學以致用。
（四）改革考核方式
在機床電氣與PLC課程教學中應注重考核專業技術知識與崗位技能情況，摒棄傳統應試教育的滯后觀念，通過設置問題、測量、考核、練習等手段開展過程教學考核，強化實踐教學，落實教學目標，力爭培養一批專業技能、素質、創新能力等各方面都很強的人才隊伍，為現代工業企業的發展作出應有的貢獻，實現社會經濟效益大化。在考評卷面的同時還應注重教學過程的考評，突出過程考評的地位。
在對機床電氣與PLC課程的教學內容、教學方法、實踐環節、考核方式進行改革后，不僅促進了學生對理論知識的了解、對多元學習方式的掌握，同時還提高了學生的實踐操作能力、創新能力、配合協作能力等，調動了學生的學習熱情，學習效果得到質的飛躍。不過，教學改革并非一蹴而就，還需要學校加大對專業建設的投入與支持力度，也需要專業教育工作者的繼續努力。