现代PLC原理及应用教学方法探索与研究

摘要：根据多年教学及PLC现场应用经验提出PLC课程教学改革，通过教学实验和实训结果，经过分析研究得出了合理的教学改革结论，其主要是针对西门子PLC课程教学、实践问题给予探讨。

关键词：PLC；教学改革；实践

0.引言

随着PLC在现代工业领域的大量普及，PLC技术也在飞快的发展，其融入的知识也越来越广，如数据传送与计算技术，模拟量检测与控制技术、通信与现场总线技术等，这使得原本看来非常简单易学的课程变得越来越复杂，原本容易胜任的教学变得难以胜任了，这也给《现代PLC原理及应用》这门课的教学提出了一个值得研究和探索的课题：是继续按照原来的思路只做简单和基本的介绍还是按照现代企业的需求和应用来学习，是继续原来课时安排还是增加课时量，是增大理论课时数还是利用实训进行相应的补尝，是否需要修改教学 计划，成了授课教师感到困惑和需要讨论的问题.根据多年教学经验及PLC现场应用经验提出该问题，通过教学实验和实训结果，进行一些尝试，经过分析研究给出相对合理的结论。

1.问题探讨

本文主要针对西门子PLC课程教学、实践问题给予探讨，下面将从以下几个方面进行讨论。

（1）教材的选择：随着工业领域控制要求的不断提高，应用于不同场合的PLC种类不断增多，总的说来西门子公司推出的PLC有S7-200、S7-300、S7-400三种，其中S7-200适用于小型控制领域，而S7-300、S7-400则适合于大中型控制领域，在选择学习内容时是以S7-200为主，适当补充S7-300、S7-400的内容还是直接进行S7-300、S7-400的学习，这是大多数教师和使用者关心的问题。当然，学习离不开教材，最终归结为教材的选择问题，现有的教材中有的单独讲述S7-200，有的单独讲述S7-300并兼顾了S7-400，也有以S7-300为主线且兼顾S7-200及37―400的；到底选择哪一种作为教材成为任课教师的一个难题。可能有人会说，哪个比较实用就学哪个，或者一块学，都是一个公司的能差到哪去？其实不然，S7-200与S7-300及37-400的指令系统、功能、功能模块及仿真手段等都有较大区别，不是可以简单替代的。从实用的角度来看，它们都很实用，只是适用于不同规模和复杂程度的情况而已。如果全部都学，其内容之多以致于超过任何一门专业课。

（2）课时的安排：传统PLC课程的教学课时在36―42之间，有些知名院校往往才有28个课时左右，这样的安排对于传统PLC教材来说是可以完成的，但是对于现在的PLC教材是远远不够的，主要有以下几个原因：1、传统PLC课程（或教材）中主要进行数字量（或开关量）的控制，主要目的就是代替继电控制，提高抗干扰能力，增加可靠性及编程的灵活性，讲述时以编程方法快捷、有针对性、实用为主，算法大多为逻辑运算；而现代PLC课程中不仅有传统课程中的全部内容，还增加了模拟量的控制，增加了A/D、D/A转换模块，PID算法及控制指令，算法也不仅限于逻辑运算，大量的加减乘除指令及转换指令使得PLC的指令不亚于单片机指令系统，这些内容实用，但是课程间跨度大，讲述困难又很消耗课时。2、为了增加程序的实用性，减少反复修改次数，现代PLC大多有仿真调试运行功能；现代PLC的开发使用大多是在开发软件中进行，比如西门子的STEP7，学习和掌握也需要一定的课时；另外，现代PLC大多与上位机进行连接通信，其通信方法、参数设置也是必备的内容；现代PLC大多与上位机组态软件进行通信，进行控制过程的监视、控制参数的修改、被控变量数据存储等；现代PLC之间也在进行通信连接，组成现场总线控制系统；现代PLC还与触摸屏的操作界面连接通信，以方便现场的操作与控制。这些都是在学习PLC时所涉及的内容，不可避免地增加了相应的教学课时。

（3）教师问题：传统PLC课程的教学因为涉及的知识面较窄，有电工学的基本知识、继电控制系统设计的相关知识、基本数字逻辑控制的相关知识、编程及梯形图的基本知识等就可胜任，而现代PLC涉及的教学内容几乎贯穿了自动化专业的大多数课程，尤其是“微机原理及应用”、“计算机控制技术”的内容介入使之成了名符其实的专业课。由于PLC这种控制器件以扫描方式工作的特殊性，使得在PLC中实现中断，PID调节的难度远远超过了在计算机控制技术（或微机原理）中的难度，其编写一般控制程序的难度也可与微机原理中的相应内容相提并论，这给原来任课的教师大大增加了难度，因增加了多门课程的内容，以致于难以胜任。课程难度的加大，实用性的加大必然伴随着课程重要性的改变，因此，改变PLC课程在课程体系中的位置也是值得注意的问题。对于不同的专业，它可能由选修课、考查课，向必修课、考试课转移。

（4）教学方法问题：传统PLC课程的教学方法以课堂教学为主，实验为辅，而现代PLC涉及的教学内容较多，除进行正常的课堂教学及实验以外，还有很多内容需要到机房进行，如STEP7开发软件的使用、程序的设计及下载、程序的仿真调试及运行监控、通信参数的设置等。即便如此，很多内容还是不能真正落实，比如模拟量的控制，不去过程控制实验室，看一看A/D、D/A转换模块，传感器及变送器，执行机构等，确实不能真正体会。这样在PLC课程教学中就有课堂教学、实验教学、机房教学、实训等四项内容需要考虑。

（5）编程语言及方法的选择：现代PLC中编程语言往往有多种，如西门子PLC中，编程软件共有四种，是对四种一一讲授呢，还是选讲一到两种最实用的？其它由学生自己根据需要自行学习，显然以梯形图作为初学语言是最容易接受和理解的，但对于某些指令，梯形图往往描述的不够清楚，无法将PLC的逻辑运算过程表述出来，也不易看出多级串并联所耗费的时间和堆栈及结果寄存器的概念，因此，还需助记符（STL）语言的配合，而大型工业控制系统由于程序复杂，又不得不使用SCL语言。另外，传统PLC课程中很注重顺序控制程序的介绍，专门有步控指令与之对应，由于是在PLC控制中常用到的内容，可以考虑作适当的插入。从编程方法来看，是讲授线性编程的方法还是讲授结构化编程的方法，其实大多数教材是两者都在讲，因为前者是学习的基础，后者是编写大型、复杂型程序的必须。

（6）与其它课程衔接问题：原来PLC课程由于内容简单，涉及面窄，不会受到过多课程的影响，往往可以安排在前序学期。但由于现代PLC的内容发生了重大的变化，其授课内容受到诸多课程的影响，其授课顺序也就理所当然地应该向后移动，待其它相关课程进行之后再行学习。这也不可避免地出现对该课程重要性的认识问题，在培养计划中到底放在什么位置？必修还是选修、考试还是考察？

（7）课程的重组问题：原来自动化专业教学计划中《计算机控制技术》是独立于PLC、微机原理与应用等课程的一门专业课，虽然在进行部分内容讲述时穿插了单片机及微机原理的相关知识，但总的来说还显实际接触不足，学生还是认为理论性较强，不容易接受。所以，《微机原理及应用》、《计算机控制技术》、《现代PLC及应用》是否有进行某种综合、重组的方案，以便收到更好的学习效果的必要性。

3.总结

综合以上分析及多年教学经验得出以下结论：

（1）教材选择因培养目标而定，一般以S7--300为好，可根据实验环境及培养目标适当增加S7--200和S7--400的内容。

（2）课时安排要视学习内容而定，对于只进行开关量、步控指令、仿真方法及相对简单内容学习的地方，一般可定为28―36课时之间，对于大量涉及反馈控制的场合，易增加至40课时以上。如果集计算机控制技术于一身，则可增加至56课时。

（3）教师选择及培养一般应高层次，因为目前讲授PLC课程的教师大多都要和模拟量打交道，教师至少应具备自控原理、微机原理、计算机控制技术的相关知识。

（4）教学方法当然离不开课堂，但是一定要加大实验和实训的力度，既要有编程又要有硬件连接，最好是有实际控制对象的实训内容，即可提高学生的兴趣，又有助于掌握实际设计、调试过程。

（5）编程语言首先以梯形图入手，再了解助记符语言，先学习线性编程而后模块化编程，至于SCL语言可考虑在使用中学习。

（6）与其他课程衔接或开课顺序，应视课程讲述内容而定，一般来说应在《计算机控制技术》之后。

（7）课程的重组问题可根据本校具体情况，参考大多数高校安排及教学改革的需要而定。

作者简介：虎恩典 （1956.6）， 男， 回族，教授，北方民族大学电气信息工程学院，