基于“任务驱动法”PLC 及应用课程内容优化研究与实践

王琰琳

（安徽新华学院，安徽 合肥 230088）

1 研究背景

PLC 目前广泛应用于目前的工业控制领域，以其编程语言简单、可靠性高、功能修改简单等一系列优于传统继电-接触器电路的特点， 基本取代了传统继电-接触器大型装置， 在当前生产生活过程中占有非常重要的地位。

PLC 及应用这门课程是自动化、电气工程及其自动化等相关专业的核心课程，具有实践操作性强的特点。 教学过程中已经采用了“理实一体化”的教学方式，将理论和实践同步穿插进行，具有良好的教学效果。 然而在实际的教学中，存在学生对应用环境理解和被控任务分解不佳的问题，为了改善现状，提出了基于“任务驱动法”的课程内容优化方案，以提高学生对课程的掌握程度。

2 现状分析

当前PLC 相关教材根据内容主要分为两类。一类完全介绍PLC 知识，包括PLC 的指令、通信、监控等；另一类则在PLC 相关之前加入电气控制线路以引导学生从电路实现逻辑到程序实现逻辑。

在当前教学中，PLC 的教材内容主要分为五大部分：低压电器、电气控制线路、PLC 基本知识、PLC 指令、PLC 通信组网， 旨在让学生了解低压电器的基础上，用低压电器搭建控制电路完成控制目的，其后用PLC 编程取代电路搭建的逻辑，以实现系统功能的复杂化和智能化。

在实际教学过程中发现，以教师讲解为主，按照章节依次进行，学生存在将电气控制线路和PLC 基础知识孤立的现象。 于是就出现在学习PLC 部分时，学生完全集中学习指令的格式、指令的用法上，不明白上低压电器和电气控制线路知识与PLC 之间的关联意义，且PLC 课程相关实验也存在偏生活化，缺少对工厂背景下的各种环境的结合。 针对这种现象，提出基于“任务驱动法”的PLC 及应用课程内容优化方案，将低压电器和电气控制线路部分与PLC 部分结合穿插进行，以“任务驱动”的方式，从电气控制线路的逻辑关系搭建一步步到PLC 程序逻辑的编写，从而使学生更好地将所学知识融会贯通，从而触发学生积极联系实际，解决问题。

3 方案拟定及实施

改进后的PLC 课程内容将电气控制电路与PLC控制程序穿插进行，对于每一个知识点的讲解都分为三步，即提出控制要求、用电气控制线路完成控制要求、用PLC 完成控制要求，如图1 所示。

以三相异步电机点动控制为例，在传统教学方法中，该内容是在讲解完所有的低压电器之后才进行教学，并且采用的是灌输式教学，即告诉学生用什么。 此时学生已经对之前学习的低压电器有所遗忘，只能通过强制记忆和回忆来听懂课堂内容。 在改进了教学内容后，在课程伊始，带领学生复习三相异步电动机的基本原理之后，即按照以下步骤来进行教学。

图1 任务驱动步骤

（1）提出控制任务

首先，提出如何控制低功率三相异步电机的直接起动和停止，引导学生思考，通电则启动，断电则停止。 其次提出三相交流电如何在电机上加入或取消，引入低压电器和电气控制线路的讲解。

（2）低压电器及电气控制线路讲解

学生在第一步中，已经明确了需要有开关来控制电机通断电。 以此为线索，引导学生结合房间的灯、风扇等设备的控制，明确需要配电电器、控制电气、保护电气等。 从而引入刀开关、接触器、热继电器和熔断器等常用低压电器的讲解，并逐步用实物组成主电路并在PPT 上演示。

其次，在掌握了常用低压电器并搭建出控制电机起停的主电路，分析主电路明确接下来的控制任务即控制主电路中的接触器的主触头闭合，从而结合接触器的原理，引入控制线路，从而完成了电气控制线路的主电路和控制电路的设计。

再次，分析所设计的电路，提出点动的概念，为后续的长动的概念的提出打下基础。 从而采用电气控制线路完成了对电机的起停控制。

（3）PLC 相关指令及控制要求的实现

首先，明确电机在主电路里，要控制的仍然是电机的起停，所以主电路不变。 需要改变的则是控制电路，将原本用电气控制电路搭建的对主电路进行控制的逻辑，改为用PLC 来实现，本质上还是去控制接触器线圈的得电。

其次，讲解PLC 相关指令，即常开、常闭、输出线圈指令， 并带学生在STEP7 MICRO/WIN 软件上查找相关指令并熟悉使用软件并在实验箱上完成输入输出口的硬件连接。

再次，带领学生编写程序，完成程序的下载，并在实验箱上观察现象， 即按下SB1 按钮，Q0.0 输出口有输出，松开则无输出。 若将Q0.0 连接的模拟小灯换成接触器的线圈，则可以取代电气控制线路，采用程序实现对主电路控制的逻辑，具有灵活性、易修改的特点。

4 改革成效

将比赛引入教学， 在枯燥的理论知识中加入实践，充分提高了学生的兴趣和积极性，将学生从被迫做实验变成主动做实验。 在传统教学模式下，学生不能直接观察现象，不易发现问题，很少进行提问，这也就意味着学生很少进行深入的思考。 而改革之后，在日常的教学中，学生提问明显增多，并且在发现问题的时候，能够主动思考如何去解决问题，而不是遇到问题仅依靠教师解决。 此外，由于实践能力的提高，学生对学科竞赛、 大学生创新项目等产生了浓厚的兴趣，项目数量、成果数量和参赛成绩也呈现逐年向好的趋势。

5 结语

采用任务驱动的方式， 并且将电气控制线路和PLC 控制部分结合，优化教学内容后，学生在学习的过程中，可以不断带着问题去思考。 通过理论与实践相结合的教学方式，使学生能够在学习后，及时地在实验箱上完成验证。 采用任务驱动的方式，让学生切实体会到低压电器在控制系统中的作用和如何选用以及PLC 来取代传统电气控制线路的优越性。特别是在采用以上方法进一步的完成电机的长动控制、连锁控制、 互锁控制等一系列控制要求的过程中，PLC 的优势逐渐彰显， 随着控制要求复杂程度不断提高，学生也习惯于逐步采用PLC 来代替传统电气控制线路来实现控制逻辑。