PLC是一種集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)及通信技術(shù)為一體的系統(tǒng)裝置,它因發(fā)揮著可靠性、靈活性、便捷性、編程及時有效等優(yōu)勢作用,而受到了工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和應(yīng)用。機床電氣控制與PLC對推進機床自動化具有現(xiàn)實意義,隨著PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域中的地位不斷提升,一批專業(yè)的PLC技術(shù)人成為工業(yè)企業(yè)當前的核心人才。為此,加強培養(yǎng)學生該方面的技術(shù)能力,可為今后順利就業(yè)提供保障。
一、機床電氣與PLC課程教學現(xiàn)狀
當前,機床電氣與PLC課程教學存在以下幾個問題:一是關(guān)于低壓電器方面的知識,學生了解甚少;二是關(guān)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(nèi)部構(gòu)造;三是對于電機的基本運行原理,一般機械專業(yè)的學生只是通過電工學的渠道來了解,后續(xù)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(huán)節(jié);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(nèi)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(nèi)容,向?qū)W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(gòu)成情況并圍繞線路開展相關(guān)分析,以及如何設(shè)計電氣線路、如何選擇電器元件。另一方面是向?qū)W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(yīng)從以下幾個方面改革教學內(nèi)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(yīng)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(nèi)部構(gòu)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(yīng)加入一定的工藝設(shè)計范疇內(nèi)的知識內(nèi)容,如電氣接線圖、電氣的安裝與調(diào)試等,以此拉近教學內(nèi)容與工程實踐之間的距離。二是PLC硬件設(shè)計得當與否,直接決定了整個控制系統(tǒng)的安全可靠性以及生產(chǎn)成本的合理性等,還需要注意的是,硬件設(shè)計不同于軟件設(shè)計,一旦設(shè)計完成后,沒有特殊情況不得頻繁更改,所以控制系統(tǒng)設(shè)計能否順利有效運轉(zhuǎn),終取決于硬件設(shè)計的完善與否,應(yīng)將其作為教學內(nèi)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(diào)知識的傳授,很少會考慮到學生能力的培養(yǎng),不僅激發(fā)不了學生的學習興趣,而且還會導致學生產(chǎn)生強烈的抵觸情緒,學習效果較差。因此必須摒棄傳統(tǒng)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(wù),強化學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
首先,實踐教學過程中,教育者應(yīng)注重調(diào)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(fā)向?qū)W生介紹和項目有著直接關(guān)系的知識內(nèi)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(jié)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(wù)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(yōu)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(wù),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(wù)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(jié)果進行評價,并共同討論,提出建議,講解知識點并總結(jié)歸納。每一個工程任務(wù)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(chuàng)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(jīng)被廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域中,通過音視頻和圖文等形式對課程內(nèi)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(nèi)部構(gòu)造;通過Flash軟件中展示通電與斷電情況下低壓電器的運轉(zhuǎn)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?qū)嶋H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(huán)節(jié)
加強實踐促進理論與實際的有機結(jié)合,將理論知識運用到生產(chǎn)生活中,對培養(yǎng)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(fā)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(nèi)容是常見的噴水池控制、洗衣機控制系統(tǒng)的設(shè)計等,難以滿足機械專業(yè)的實際使用需求。二是課程設(shè)計。課程設(shè)計中也常常以十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計等為核心內(nèi)容,關(guān)于這方面的設(shè)計內(nèi)容網(wǎng)上相關(guān)資料層出不窮,制約了學生獨立自主完成設(shè)計的能力,學習質(zhì)量和學習效果均處于較低狀態(tài)。此外,課程設(shè)計中所采用的程序缺乏實際驗證,只能在理論的基礎(chǔ)上分析其可行性。針對這些問題,應(yīng)做好以下改革:
1.除常見的交通燈、搶答器的PLC設(shè)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(shè)計等融入進PLC實驗項目中。其中順序控制電路通常關(guān)乎到兩臺或以上電動機的控制,在這些相關(guān)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(yīng)用,也能讓學生準確了解接觸器、繼電器、行程開關(guān)等一系列低壓電器實際運行狀況以及電動機的正反轉(zhuǎn)、降壓啟動等各控制環(huán)節(jié)。所以應(yīng)通過綜合控制法實現(xiàn)預期的控制目標,從而提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
2.將傳統(tǒng)機床的PLC改造融入進課程設(shè)計中。以往,我國都是通過繼電控制來完成機床的生產(chǎn)工作,現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中依舊存在這些傳統(tǒng)機床的身影,但由于繼電器-接觸器的控制系統(tǒng)故障次數(shù)頻繁、缺乏可靠性,所以應(yīng)安排學習對傳統(tǒng)機床進行PLC改造。如Z3040搖臂鉆床的PLC改造設(shè)計。
首先根據(jù)生產(chǎn)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(lián)鎖等;操作方式,包括手動、自動、連續(xù)、單周期、單步等,了解該設(shè)備電器的工作原理;從經(jīng)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(tǒng)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(jù)這些要素確定系統(tǒng)控制方案,根據(jù)系統(tǒng)控制方案確定系統(tǒng)運行方式,再進一步確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備,據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù),進而確定PLC的型號。在設(shè)計控制程序時,強調(diào)學生采用相關(guān)的仿真軟件來加強驗證通,后接線調(diào)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(yīng)注重考核專業(yè)技術(shù)知識與崗位技能情況,摒棄傳統(tǒng)應(yīng)試教育的滯后觀念,通過設(shè)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(yǎng)一批專業(yè)技能、素質(zhì)、創(chuàng)新能力等各方面都很強的人才隊伍,為現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻,實現(xiàn)社會經(jīng)濟效益大化。在考評卷面的同時還應(yīng)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(nèi)容、教學方法、實踐環(huán)節(jié)、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(chuàng)新能力、配合協(xié)作能力等,調(diào)動了學生的學習熱情,學習效果得到質(zhì)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(yè)建設(shè)的投入與支持力度,也需要專業(yè)教育工作者的繼續(xù)努力。
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