基于工作过程导向的中职PLC编程课程设计

李喜英

摘要：PLC是工业自动化领域中的一项重要技术，当下企业对PLC技术人员的需求在不断增长，中职学校开设PLC编程课程的情况日渐普及。PLC课程具有难度，中职教学现状不容乐观。该文以国赛分布式光伏系统装调与运维工程为目标，在课程特点与学情分析、课程设计方法适用性调研的基础，基于工作导向确定PLC编程课程的工作过程、归纳PLC课程的行动领域、实现课程方案设计，其中提出软硬并进的双行动领域设计和一项五练、编程能力渐进培养的思路，从而生成中职教学可行的PLC课程设计方案。

关键词：PLC编程；分布式光伏系统；工作过程导向；课程设计

中图分类号：G64        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）06-0141-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

PLC是工业自动化方面的一项重要技术，几乎覆盖了所有工业控制系统。我国工业制造业正在进行自动化生产转型，众多企业迫切需要懂得PLC的技术型人才。为向企业的生产和服务岗位输送高质量的高技能工人和专业人员，中职学校的电子类专业开展PLC编程等课程是非常必要的。

面对职业学校的学情和企业对PLC技术人员的要求，合理进行课程设计、保证教学效果成为教师迫切关注的问题。文献[1]指出在PLC教学中存在的理论脱离实践、教学内容脱离企业需求等弊端，文献[2]提出PLC课程教学要高度对接企业需求观点，文献[3]提出PLC教学中应以项目为主线组织、突出应用的实现的做法。

本文以全国职业院校技能大赛的“分布式光伏系统的装调与运维”赛项设置的工作过程为目标，基于工作过程有效开展PLC编程课程的设计，并针对PLC编程的面向硬件和工作流程的特点给出学习活页开发的设计思路，形成一个能带动学生手脑齐动、做学合一的PLC编程课程方案。

1 PLC编程课程现状

PLC可实现逻辑控制、运动控制、过程控制、数据处理、信号采集、联网和通信等丰富的功能，指令集庞大，且品牌与型号多样。PLC编程需要实现特定硬件系统的按特定机理作业的操控，程序逻辑复杂，且可采用梯形图、ST指令、FBD＼LD等不同方式。

PLC编程课程内容多、理论抽象，且要求学生具备一定的电器控制知识，而中职学校的学生基础弱，认知能力差，学习动力不足，学习方法与习惯也令人担忧。据调查，目前许多中职学校照搬高校教材，PLC课程内容多、难度大；PLC教学中，老师多纸上谈兵、传统讲授，极少能够基于应用系统教授学生进行PLC面向硬件和应用，难以培养PLC特有的编程思维。

虽然中职生有诸多不足，但他们动作迅速，好带动，对热爱的事情执着，有良好的可塑性。

中职学校要有效开展PLC编程的教学，就要面对PLC的课程特点和中职生的优缺点，根据适合中職生的岗位要求和工作内容，精选内容，科学规划，进行中职生能学会、愿意学的课程设计。

2 基于工作过程导向的课程设计

2.1 基于工作过程导向的课程设计

姜大源教授提出的基于工作过程导向的课程开发理念是职教界近年关注的热点。工作过程是指在企业里为完成一个工作并获得工作成果而进行的完整的工作过程，是一个综合的、时刻处于运动状态中但结构相对固定的系统[4]。基于工作过程导向的课程设计注重理论知识的可操作性，注重知识在实践中的落地，有效地处理了技能、知识、态度三个维度的关系，通过对象、内容、手段、组织、产品、环境六要素刻画项目的实践特性。基于工作过程的教学理念在应用的过程中强调将岗位工作和课程之间相互整合，构建完善性的任务驱动实践模式、项目导向实践模式、课堂实践模式、实习模式等，使学生按照岗位工作过程学习更多的技能[5]。

2.2 基于工作过程的课程设计适用于PLC编程课程

文献[5-6]中介绍了选择工作过程系统化方法进行《Java程序设计》《VB6.0程序设计》的理由和开展课程设计方法。基于工作过程导向方法能够赋予编程课程趣味性、可行性、挑战性，使学生体验到真实的价值创造的成就感，展现其在编程课程设计中的适用性。面向分布式光伏电站的PLC电气控制程序教学，以硬件平台和具体工程为依托，能够更好地组织PLC的安装、工作原理、常用指令、编程方式等内容的教学，切实培养学生PLC开发和实践。因此以光伏工程建设为载体，采用基于工作过程的方式完成PLC编程课程设计是值得探究的一项课题。

3 基于工作过程导向的PLC课程设计

3.1 基于赛项内容设计PLC课程的工作过程

全国职业院校技能大赛的“分布式光伏系统的装调与运维”赛项基于分布式光伏产业的形态、职业场景和岗位需求，系统涵盖光伏发电项目建设过程中多项技能。本课程以大赛项目实施为目标、以杭州瑞亚推出的分布式光伏发电为平台，基于工作过程导向完成PLC编程课程的工作过程分析、行动领域归纳和课程方案设计。

分布式光伏系统工作过程包含用户管理、设备检测、运营管理、防灾容错以及与远程组态程序的交互，PLC程序设计用到软元件，涵盖触点、数据处理、设备控制、通信与网络、定时与计数、比较等大量指令，采用了子程序、FB块甚至中断调用等技术。

为充分重组PLC主要知识、充分递进式行动领域设计，以光伏系统建设为目标，本课程精选出电站程序更新、数据采集与处理、光伏系统简单键控、光伏组件发电控制、电站用电负载管控、电站输电并网管理等六个工作过程。通过六个功能各异的、但又可合一体构成完整光伏系统工作过程，使学生在一步步构建起光伏系统、看到系统运转成果的过程中，快速掌握PLC硬件构成和安装与调试，有序学习触点、结合、输出、定时、计数、运算、分支等各类指令，以程序调试维护的方式进行子程序、FB块及ST块和梯形图混合开发的程序设计思维培养。关于六个工作过程的功能特点分析和PLC编程课程的重构过程表1。

3.2 硬软并进设计PLC编程课程双行动领域

PLC编程的学习要本着面向专用硬件系统的原则，面向光伏项目的PLC编程课程设计中每个工作过程中要本着软件一体的原则，设置硬件和软件两个行动领域。

课程的硬件行动领域包含发电组件、逆变器、光伏控制器、负载、智能仪表、传感器等硬件设备的结构和原理、工作特性、访问方式等基础理论知识和光伏工程控制线路、数据采集总线、通信线路的连接施工。这一部分虽然不直接涉及编程内容，但决定了能否对各部件实施PLC编程控制、能否写出正确反映光伏发电系统工作过程的PLC控制程序。每个工作过程中以硬件行动领域为先导，完成这一部分的教学是推进软件部分的前提。

课程的软件行动领域设计以培养学生PLC程序阅读、调试能力和开发能力为目标，由浅入深、分步递进的原则以光伏系统的真实业务为主线，将PLC构成和工作原理、程序框架、常用的指令、子程序及中断等高级编程技术等PLC编程课程主体内容有机分布到各个工作过程中。

初始硬件系统搭建后，若对程序功能造成限制则要进行反复调整；程序写好后，若硬件变更或扩充，则程序还要进行变动调整。光伏系統建设过程中，软件开发和硬件调装是反复交错的。PLC编程课程中，软硬一体、反复沟通是必要的，每个工作过程都包含以上两种行动领域。依据工作实施过程和功能完善的递进思路，表1 中给出了光伏系统中四个主体工作过程的行动领域设计。

3.3 PLC编程课程方案设计

浙江瑞亚能源科技有限公司推出的分布式光伏电站大赛设备设有监控电站电能指标的智能电表和电站现场的多种工作参数采集传感器，支持分布式光伏+多元化的工作过程设计，实现了发电储能、直流负载供电、离网逆变、交流供电、并网逆变、设备运维以及PLC通信等丰富功能，也为基于工作过程开展PLC课程设计提供了充足的空间。

进行PLC课程设计的行动领域设计时，本着够用的原则精选优选课程内容，准确细化行动领域为具体任务，明确每个教学单元的具体内容，落实课程实施的具体方案。为在有限时间内教会中职生解读PLC程序、调试程序，甚至会开发一定的实用程序，本课程在规划教学课单元时以一项五练、编程能力渐进培养的思路，完成每个教学单元的设计。表2为其中光伏系统简单键控、光伏组件发电控制两个教学单元的设计结果。

4 总结

PLC编程课程在中职学校日渐普及，但推进仍有较大难度。本文在对PLC课程的特点和中职生学情分析的基础上，确立了工作过程导向、面向以大赛项目实施的PLC编程课程设计思路，应用工作过程导向理论逐步完成工作过程、行动领域归纳、课程方案的设计，完成一个以赛促教、适用中职学校的PLC编程课程方案。

经过两个学期的教学验证，基于工作过程导向设计PLC编程课程在夯实基础、培养解读程序和开发程序能力等方面取得良好的效果。但目前的课程各工作过程和单元粒度还存在大小不均，部分单元间衔接不够顺畅，内容分配还需调整的弊端。这些不足有待在后继的教学实践中调整改进。

参考文献：

[1] 易昊.PLC教学现状和改革措施[J].考试周刊，2011（50）：16-17.

[2] 张蕊，卞伟华，张文蔚.浅谈高职电气控制与PLC课程教学改革[J].广西教育，2010（12）：78，80.

[3] 王莹.行动导向法在电气控制与PLC教学中的应用[J].现代农机，2021（6）：76-77.

[4] 姜大源.工作过程系统化课程的结构逻辑[J].教育与职业，2017（13）：5-12.

[5] 李娜，倪龙飞.探究基于工作过程导向的Java程序设计课程开发与实践[J].电脑知识与技术，2021，17（21）：207-208.

[6] 张晓振.基于工作过程系统化的《VB6.0程序设计》课程设计[J].电脑知识与技术，2019，15（14）：68-69.

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