“电气控制及可编程控制技术”课程教学改革探讨

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摘要：“电气控制及可编程控制技术”作为电气工程及其自动化专业的一门重要的专业课，是一门实践性和应用性都很强的课程。从如何不断顺应发展的需要，更新和调整教学内容；如何针对课程特点，设计和创新课程学习模式；如何面向工程实践开展以“案例”为中心的教学等几个方面对该课程的教学改革进行了研究和探讨。

关键词：电气控制；可编程控制器；教学改革

作者简介：何新霞（1966-），女，河南滑县人，中国石油大学（华东）信息与控制工程学院，副教授。（山东?青岛?266580）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）27-0076-01

“电气控制及可编程控制技术”已成为高等院校电气工程及其自动化专业开设的一门重要的专业课程。其知识涵盖面宽、涉及内容广、更新发展迅速，强调理论基础，偏重实践应用，与工程实际结合紧密。[1]对于这样一门实践性和应用性都很强的课程，在进行课程教学时，不能过分强调基础、强调记忆、强调知识的掌握和累积，不能进行过细的“填鸭子”式教学，[2]忽略技能培养及工程应用，否则会制约对学生思考能力、创新精神的培养。作为“电气控制及可编程控制技术”课程的主讲教师，为了顺应发展的需要，有必要对课程内容及教学方法进行相应的教学改革研究和探讨。

一、更新和调整教学内容，保证教学内容的系统性、先进性和实用性

处理好电器控制与可编程控制技术（PLC）在教学中的地位及两者的关系，对课程讲授内容做适当的更新和调整，强调基础、精讲重点、突破难点。强调电器控制技术是课程的基础，但也应看到随着可编程控制技术的迅速发展，PLC在工业控制领域的应用范围越来越广泛，应充分意识到PLC是教学的重点。适当压缩电器控制部分所占学时，缩减电器控制部分的相关内容，对电器控制部分中的基础内容，如常用低压控制电器元件及电器控制线路的基本环节和基本原则等内容应加以重点讲解，同时在教学中引入晶体管时间继电器、固态继电器、接近开关等新型的、应用越来越广泛的电子继电器[3]进行介绍，对生产机械的电气控制线路重点讲解1～2例即可。对PLC控制系统的设计与编程方法做较为详细的讲解，对PLC实现模拟量控制、高速脉冲处理、联网通信等特殊功能的详细解决方案[4]给予重点讲解。增加大量的实际应用案例，以适应PLC日益普及的自动化应用范围的需求。同时，在教学中注意将传统电器控制与PLC控制两种控制线路结合、对应起来进行讲解，如对于实现电机的Y－降压起动、顺序控制、自动循环控制，将传统电器控制与 PLC控制两种控制线路结合、对应起来，引导学生进行比较学习，有助于学生体会两种控制线路的差异。

二、设计和创新基于E-learning的课程学习模式

传统的学习模式一般是通过作业、实验环节来进行的。作业一般以章、节为单位进行布置，是对一章或一节内容的重复和模仿，实验也是在有限的时间内完成固定的实验项目、内容，起到了巩固课堂讲授效果的作用。但对于一门实践性和应用性都很强的课程来说，仅通过这样的学习环节是远远不够的，在一定程度上制约了学生分析思考、解决问题的能力和创新能力的培养。为此，在教学进行过程中，采用E-learning学习模式，将西门子S7－200系列PLC仿真软件平台引入教学。精选与工程实际和日常生活紧密相关的实例及问题，设置成小课题布置给学生，让学生思考、设计PLC程序，然后再导入仿真平台中进行实验调试，通过仿真平台上输出接点指示灯的亮、灭转换的模拟仿真和修改完善来验证自己所设计的程序是否正确。

结合课程进度，精选四人抢答器PLC控制设计，两种液体混合装置PLC控制设计，广告彩灯闪烁自动控制，四条皮带运输系统PLC控制，十字路通灯控制等实例。这种E-learning学习模式不受时间、场地的影响，只要在计算机上安装该软件就可进行模拟实验，使学生可以利用课堂知识来分析、解决实际问题。让学生学后就练、练中学，为提高学生的学习兴趣和学习成就感创建良好的学习平台。

三、面向工程应用，以“案例”为中心进行教学，加强实践环节

在教学方法上淡化理论和实践的界限，在基础知识够用的前提下，结合工程应用和相关的科研课题，进行以“案例为中心”的教学。在整个教学过程中增加大量的实际应用案例，以“案例”为中心的教学包括三个方面：一是选择若干个案例通过课堂讲授的方式将PLC控制系统的设计方法传授给学生。二是以大作业的方式将若干个案例（每个学生可选择其中2～3个）布置给学生来完成，要求学生利用各种渠道搜集相关资料完成以下几方面的工作：分析控制要求；确定系统控制方案；确定系统所需的I/O点数，进行I/O点的分配；设计I/O连接图；进行PLC程序设计。三是加强实践环节，通过进入PLC控制实验室、相关的科研室等场所，联机调试，直到满足要求为止。

以大作业的方式设计的案例有：深孔钻组合机床PLC控制；燃油锅炉控制系统；全自动洗衣机PLC控制；污水净化控制系统；机械手控制；自升式海洋平台升降控制；三相异步电动机变频调速系统设计；直流电机PWM调速系统设计。

控制对象以实物对象和基于仿真技术的虚拟对象相结合的方式开展。如异步电动机变频调速系统设计，选择测速发电机实现电机转速的测量，S7－200PLC作为控制器，通过软件编程实现转速调节器的设计，采用富士变频器作为执行机构，完成对三相异步电动机的变频调速。如直流电机PWM调速系统设计，选择旋转编码器作为测速元件，利用S7－200PLC的PID功能指令、高速脉冲输出功能输出PWM信号，驱动H桥主电路的IGBT实现调压调速功能。

对控制对象不易构建的系统，利用毕业设计环节采用组态技术构建了相应的虚拟对象，如针对全自动洗衣机、自升式海洋平台升降控制，基于组态技术搭建了相应的仿真模型。基于组态技术的全自动洗衣机仿真模型如图1所示。左侧部分是全自动洗衣机的外观图，运行时显示洗衣机的进水、洗涤电机的正反转、排水以及脱水情况。右上部分是水位监测仪，用来显示水位的变化情况。左下部分为开关按钮部分，运行时可以选择在此区域对洗衣机进行操作，也可通过外部按钮开关进行操作。

以三桩腿自升式海洋钻井平台为控制对象，基于组态技术建立的仿真模型，其控制功能基本要求能够实现平台的上升和下降控制以及单桩腿上升、下降控制；平台的平衡控制及多种故障报警功能。

四、进一步完善课程教学基础环节

重新编写教材，除基本的教学内容外，在教材中编入工程应用实例、PLC仿真软件等内容。

改进教学方法、手段。根据课程教学内容制作符合该课程教学特点的课件，充分利用FLASH动画技术、仿真软件，使课件营造出一个生动逼真的教学环境，可促使学生更好地掌握教学内容，提高学习效率和兴趣。课程教学过程中采用研讨的方式，经常采用讨论式教学方式，给出一个论题，让学生们自己讨论解决。

在主张课程的工程意义，主张其实践性和应用性的同时，在课程评价上采用灵活、全面的考核方法。将平时的小课题、案例等列为考核的内容。

五、结语

“电气控制及可编程控制技术”作为电气工程及其自动化专业一门重要的专业课程，是一门实践性和应用性都很强的课程。顺应发展的需要，在进行课程教学时，通过更新和调整教学内容；设计和创新课程学习模式；面向工程应用以“案例”为中心进行教学，加强实践环节；进一步完善课程教学基础环节等几个方面进行教学改革探讨。对学生思考能力、创新精神及工程应用能力的培养，均起到很好的推动作用。

参考文献：

[1]王平,董磊,何新霞.电气控制及可编程控制技术[M].东营:中国石油大学出版社,2009.

[2]陈美谦.浅谈“电器控制与PLC技术”课程教学[J].集美大学学报,

2007,8(2):78-81.

[3]邓则名,程良伦,谢光汉.电器与可编程控制器应用技术[M].第三版.北京:机械工业出版社,2009:39-42.

[4]凌永发,杨光永,等.“电气控制与可编程序控制器”重点课程建设实践与思考[J].云南民族大学学报(自然科学版),2008,17(3):283-286.