主頁 > 技術文章 > 關于項目教學法在電氣控制及PLC中的應用 2024-10-15

關于項目教學法在電氣控制及PLC中的應用

摘要：介紹引進典型電氣控制項目“節(jié)能環(huán)保中水回用水處理廠智能控制系統(tǒng)”來輔助電氣控制及PLC可編程項目教學的開展，以實際工程項目為基礎來設計教學模塊、開展教學，使電氣控制及PLC中的應用課程的絕大多數知識點都能在該項目中得以體現(xiàn)和應用，學生感受真實項目、學以致用，同時項目具有綜合性，鍛煉學生項目設計能力，提高綜合素質，教學效果良好。
電氣控制及PLC應用課程是電氣控制及自動化專業(yè)的主干課程，其內容與工程應用緊密結合，在工業(yè)自動化控制、智能儀器儀表、精密加工、數控機床以及機電一體化技術等領域中得到日益廣泛的應用。本課程是（我校）電氣工程及自動化教育專業(yè)和機械工程及自動化教育的專業(yè)必修課。通過本課程的學習，除了讓學生學習電氣控制和PLC可編程控制器應用技術基本知識外，還以提高學生的素質和全面能力為宗旨。具體教學要求是熟悉常用低壓電器的結構、工作原理、特性及應用，掌握繼電接觸器控制系統(tǒng)基本分析和設計能力，掌握典型電氣控制電路的分析和設計方法，掌握可編程控制器的工作原理及結構特點，熟練掌握基本邏輯指令的應用，掌握步進順控指令編程方法及應用，了解PLC網絡及通訊基本知識，繼電接觸器控制系統(tǒng)基本分析能力，特別是掌握典型電氣控制電路的分析能力，重點是S7-224/S7-300可編程序控制器的編程技術、通信模式及調試技巧。
　　項目教學是以項目實施為主線有效組織理論和實踐知識，師生共同實施并完成一個“項目”為主要學習方式的教學活動，是建立在建構主義和情景學習理論基礎上體現(xiàn)行動導向教育理念的教學方法，將傳授知識為主的傳統(tǒng)教學轉變?yōu)橐酝瓿身椖�、職業(yè)體驗和解決問題為主的多維互動式的教學模式，在職業(yè)教育的專業(yè)課程教學中得到越來越廣泛的應用。通過項目實施過程，讓學生學習必要的理論知識及掌握必備的專業(yè)技能，突出知識的學習服務于職業(yè)能力的建構。
一、電氣控制及PLC應用項目教學模塊
　　實施項目教學，項目的選取要具有典型性、代表性和全面性，以往的教學選取的項目經�；谛№椖縼斫虒W，僅能說明一個知識點或某個問題，綜合知識無法體現(xiàn)，這樣各知識點之間彼此孤立，章節(jié)的聯(lián)系比較匱乏，彼此的知識點無法連貫，邏輯關系無法得到梳理，不能對學生的綜合能力進行鍛煉。然而學生畢業(yè)后往往面對的是比較綜合的工程項目，而他們的知識結構是孤立的，面對綜合設計一個項目不知道從何處下手，尤其是既需要分析、設計又要安裝調試的復雜的項目無從下手了。學生不能立即投入到生產實踐中，無奈還要從頭學起。
　　基于以上的問題，在展開項目教學法實施過程中，選取一個比較綜合典型的真實項目——節(jié)能環(huán)保中水回用水處理廠智能控制系統(tǒng)來進行教學設計。參照教學大綱和緊扣教材內容，根據項目組成設計以下主要教學模塊：（1）項目教學實施前準備工作及模擬招投標介紹；（2）中水回用水廠供配電介紹及用電安全；（3）中水回用水廠的用到的低壓電器設備教學及知識點學習；（4）提升泵房、反沖濾池、加礬加氯、送水泵房儀器儀表的電氣控制原理圖、元器件布置圖及施工圖紙設計；（5）提升泵、鼓風機、反沖泵、送水泵的不同啟動形式設計；（6）S7-200（含7個從站）和S7-300（含2個主站）PLC設計及編程；（7）主站PLC與各從站的Proface-Bus及中控制室的通信實現(xiàn)；（8）主站PLC觸摸屏編程及中控室的主機系統(tǒng)組態(tài)；（9）整個中水回用系統(tǒng)與Intenet通信；（10）項目的竣工及驗收—課程總結。隨著自動化生產的發(fā)展，該課程涉及到許多新知識、新技術領域。我們以加強實踐教學為突破口，以創(chuàng)新為契機，構建以項目為載體的理論實踐一體化教學模式，符合技術師范本科專業(yè)的培養(yǎng)特點和定位，既要具備工程性，又要具備師范性，通過課程和專業(yè)訓練使學生成為具有“講師”、“工程師”等知識和能力結構的“雙師型”人才。
二、項目教學設計：
　　1.項目教學設計
　　（1）選擇合適的配套教材。我們將電氣工程及自動化教育和機械工程及自動化教育的專業(yè)崗位對電氣方面的知識和技能需求為目標，以就業(yè)單位人才需要為基準，結合技術師范培養(yǎng)標準選擇教材。以現(xiàn)行主流PLC為參考，以必需、實用知識為主，加強學生電氣控制技能的培養(yǎng)，教材的內容包括常用低壓控制電器、電氣控制線路的基本原則和基本環(huán)節(jié)、PLC可編程控制器基礎、S7-200PLC的系統(tǒng)配置及質量系統(tǒng)、SETP7-Micro/WIN32編程軟件、S7-300和S7-400PLC系統(tǒng)配置與編程及通信及網絡等；被選取的項目與教材結合緊密，涵蓋的知識比較吻合，也是現(xiàn)在自動化行業(yè)及大學競賽的主流技術。
（2）項目實施前，先完成模擬投標及中標過程，讓學生明白項目實施過程中必經的流程和步驟，體會真實項目的投標中標和方案實施的過程。標書設計就是按項目模塊來分類，每進行一個模塊就是完成標書方案中的一部分。
3）項目教學模塊借助組態(tài)軟件給出系統(tǒng)結構組態(tài)圖，標出了每個模塊應完成的項目任務，根據模塊工作量和知識的多少合理安排課時。每個模塊預先提出問題，讓學生先思考，鼓勵學生發(fā)揮與創(chuàng)新，根據學生人數，恰當分組，每組模擬為一個施工團隊，選出隊長，由其對整個組的人員進行協(xié)調分工，課前每組先設計一套實施項目模塊的方案，課間展開討論，老師甄別或指出最佳方案及實施方法，課后留給學生擴展的空間。
　�。�4）對要完成的項目教學任務要提出具體要求。如基本的工廠供配電；常用的低壓電器；基本的電氣控制及啟動方式；電氣原理圖、元器件圖、施工圖繪制；PLC編程、通信、組態(tài)等。課后要求學生提交項目教學實訓報告，電子圖紙，學生團隊自己評價，教師講評驗收。
　�。�5）師生共要明確項目教學過程中要重點鍛煉和加強的知識點。力求既全面又重點突出，能最大限度的鍛煉技能；對于項目實施過程中可能遇到的難點，要及時為學生重點講解及輔助突破。
　　（6）每個項目模塊怎么實施，什么時間實施計劃要詳盡、人員分工要明確。幫助學生完成各個項目模塊的實施內容及計劃表，開學二周制定好計劃，同時要及時拓展學生視野，項目團隊制定良好激勵機制和完善的管理制度，立爭協(xié)調高效的完成項目任務。
三、項目教學具體實施：
　　（1）在理論教學中，引導學生運用電機拖動及自動控制原理的基礎知識，分析PLC可編程專業(yè)課程編程內容，強化閉環(huán)控制模型知識的掌握，使學生能在項目實施過程中體會PLC的智能控制思路。
　�。�2）強化實踐教學，以實際的節(jié)能環(huán)保中水回用水廠電氣設備的基本功能、結構組成及電路工作原理的分析為重點，讓學生學會分析復雜的實際電氣設備的工作原理，具備識讀電路圖、繪制電路圖、設計電路圖的能力。在此基礎上培養(yǎng)學生安裝、調試、維修及維護自動化常用電氣設備的能力。對重點應用知識在實訓室訓練，學生自評，教師嚴格考評，直到達到教學目標為止。
　　（3）教師將自動化現(xiàn)場實際搜集的智能電氣設備及相關資料補充到課堂中，并從網絡搜索相關智能電氣控制系統(tǒng)新技術，利用組態(tài)軟件做成展示項目，利用虛擬現(xiàn)實技術展示工程項目的技術細節(jié)，如煤礦絞車提升系統(tǒng)、遠程恒壓供水系統(tǒng)、電廠脫硫智能控制系統(tǒng)等，使學生直觀、方便地學到先進的專業(yè)技術知識。
　�。�4）將計算機輔助軟件的使用引入教學中，如Pro/e繪制電氣原理圖，SETP7-Micro/WIN32編程軟件、組態(tài)6.53的使用、GP-2500觸摸屏的軟件編程等，使學生既學到知識的理論知識也拓展了知識面，使他們明白現(xiàn)代化的電氣控制系統(tǒng)是很多先進技術協(xié)調服務和集成的綜合效果。
四、教學考評方法：
　�。�1）設置學生自我評價機制，其包括學生自我評分，也包括組長對每個成員的打分。
　　（2）設計項目教學驗收表格，細化子項目注意事項的考評。
　�。�3）每人必須對項目調試通過，并撰寫實驗報告。
　　（4）考評計入平時成績，同時加大該項考核在總成績的比重。
五、項目教學效果：
實踐證明，整體性項目教學法的設計能加強學生綜合能力素質的培養(yǎng)，提高專業(yè)課教學效率，更重要就是通過該項目教學法的實施，可以有效鍛煉學生的總體能力素質的培養(yǎng)，在課程學習期間就獲得了解決實際工程項目的真實經驗，打破實踐與教學脫離的尷尬局面，幫助學生走出困境。項目教學法實施兩年來，學生具備申報國家級大學生創(chuàng)新項目的能力，并能參與到具體項目設計和施工中，而且畢業(yè)生特別受用人單位青睞。

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