机床电气与PLC课程教学改革初探

PLC是一种集计算机技术、自动控制技术及通信技术为一体的系统装置，它因发挥着可靠性、灵活性、便捷性、编程及时有效等优势作用，而受到了工业控制领域的广泛关注和应用。机床电气控制与PLC对推进机床自动化具有现实意义，随着PLC在工业控制领域中的地位不断提升，一批专业的PLC技术人成为工业企业当前的核心人才。为此，加强培养学生该方面的技术能力，可为今后顺利就业提供保障。
一、机床电气与PLC课程教学现状
当前，机床电气与PLC课程教学存在以下几个问题：一是关于低压电器方面的知识，学生了解甚少；二是关于低压电器的基本运行原理，学生掌握程度不够，不懂得从感性的角度来认识内部构造；三是对于电机的基本运行原理，一般机械专业的学生只是通过电工学的渠道来了解，后续课堂教学中仅涉及电机的选型，忽视了详细讲解电机的运行原理，这样一来，学生就很难深入全面掌握各控制环节；四是在理论分析角度上，大部分PLC程序都是切实可行的，然而实践运用中效果如何还是不得而知，理论和实践还有距离。
二、机床电气与PLC课程教学改革
（一）改革教学内容
机床电气与PLC课程当前所采用的教学大纲主要涉及两个方面，一个方面是电器控制内容，向学生详细讲解常用低压电器知识、各典型机床电气控制线路的构成情况并围绕线路开展相关分析，以及如何设计电气线路、如何选择电器元件。另一方面是向学生讲解可编程序控制器的理论知识、运行原理，将重心放在了传授学生PLC编程语言和编程指令层面上。按照上述问题，应从以下几个方面改革教学内容：一是在讲解典型机床电气控制线路的前期阶段，教育者应特别安排组织一两堂课的时间来讲解电动机运行过程中的基本原理，提高学生对电动机内部构造及接线手段的掌握程度，从而清楚知道电动机的各个控制线路，如高低速、降压启动等。当学生对典型机床电气控制线路全部了解后，应加入一定的工艺设计范畴内的知识内容，如电气接线图、电气的安装与调试等，以此拉近教学内容与工程实践之间的距离。二是PLC硬件设计得当与否，直接决定了整个控制系统的安全可靠性以及生产成本的合理性等，还需要注意的是，硬件设计不同于软件设计，一旦设计完成后，没有特殊情况不得频繁更改，所以控制系统设计能否顺利有效运转，终取决于硬件设计的完善与否，应将其作为教学内容的核心部分。
（二）改革教学方法
以往使用的教学方法一味地强调知识的传授，很少会考虑到学生能力的培养，不仅激发不了学生的学习兴趣，而且还会导致学生产生强烈的抵触情绪，学习效果较差。因此必须摒弃传统滞后的教学方法，全面渗透项目教学法、多媒体教学法，明确教学任务，强化学生创新意识和创新能力。
首先，实践教学过程中，教育者应注重调动学生的学习积极性。项目教学法是近年来形成的一种教学手段，主要从项目的角度出发向学生介绍和项目有着直接关系的知识内容，突出学生的主体地位。为了保证学生能尽快认可项目教学法，教育者必须结合学生个性化特点做针对性讲解。项目教学法主要分六步走：资讯—决策—计划—实施—检查—评估。资讯：学生通过任务要求及参考文献，资料查阅获取工作目标总体印象，制定不同的实施方案。决策：小组展开研究讨论，确定选用哪种控制方案，明确其优缺点。计划：制定工作计划，确定工作步骤，制定检查、评价标准。实施：学生完成工作任务，小组同学共同分析、解决问题，遇到无法解决的问题时请求老师帮助解决。检查：任务完成后，学生按评价标准自行检查测试。评估：学生成果展示，教师对结果进行评价，并共同讨论，提出建议，讲解知识点并总结归纳。每一个工程任务都采取项目式教学，保障学生获取信息的能力、评估方案的能力、创新能力等均有一定程度的提高，并极大的活跃了课堂气氛。
其次，多媒体教学手段已经被广泛应用于教育领域中，通过音视频和图文等形式对课程内容生动形象的展示，模拟真实的课堂教学氛围，给学生身临其境的感觉，有利于增强学生的学习兴趣和学习效果。除了日常教学过程中采用多PPT多媒体辅助教学手段外，还有一些其他的方法，比如通过CAD软件展示日常低压电器的内部构造；通过Flash软件中展示通电与断电情况下低压电器的运转状况，以促进学生对低压电器运行原理的了解；通过PLC仿真软件对程序实际运行过程进行模拟，以便学生对PLC编程语言的学习更加有效。
（三）注重实践环节
加强实践促进理论与实际的有机结合，将理论知识运用到生产生活中，对培养的工程人才意义重大。机床电气与PLC课程的实践价值显著，所以实践教学对该门课程而言，发挥着举足轻重的作用。当前，机床电气与PLC课程开展实践教学时一般涉及两方面工作：一是，实验教学。在专门的实验室中开展，具体实验内容是常见的喷水池控制、洗衣机控制系统的设计等，难以满足机械专业的实际使用需求。二是课程设计。课程设计中也常常以十字路口交通灯控制系统设计等为核心内容，关于这方面的设计内容网上相关资料层出不穷，制约了学生独立自主完成设计的能力，学习质量和学习效果均处于较低状态。此外，课程设计中所采用的程序缺乏实际验证，只能在理论的基础上分析其可行性。针对这些问题，应做好以下改革：
1.除常见的交通灯、抢答器的PLC设计之外，将电动机星三角降压启动、工作台自动往返、组合机床顺序控制电路设计等融入进PLC实验项目中。其中顺序控制电路通常关乎到两台或以上电动机的控制，在这些相关的实验分析后学生不仅能够更进一步熟悉掌握PLC的选型、I/O分配、接线以及常见编程指令的应用，也能让学生准确了解接触器、继电器、行程开关等一系列低压电器实际运行状况以及电动机的正反转、降压启动等各控制环节。所以应通过综合控制法实现预期的控制目标，从而提高学生的创新意识和创新能力。
2.将传统机床的PLC改造融入进课程设计中。以往，我国都是通过继电控制来完成机床的生产工作，现代工业企业中依旧存在这些传统机床的身影，但由于继电器-接触器的控制系统故障次数频繁、缺乏可靠性，所以应安排学习对传统机床进行PLC改造。如Z3040摇臂钻床的PLC改造设计。
首先根据生产的工艺过程分析控制要求，如需要完成的动作，包括动作顺序、必需的保护和联锁等；操作方式，包括手动、自动、连续、单周期、单步等，了解该设备电器的工作原理；从经济性及长远性考虑，用PLC替换原继电-接触控制电路时，尽可能留用原继电-接触控制系统中可用的元器件；在满足控制要求的情况下，尽可能地采用性价比高的PLC，并要预留一些输入、输出点，以备添加功能时使用。然后根据这些要素确定系统控制方案，根据系统控制方案确定系统运行方式，再进一步确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数，进而确定PLC的型号。在设计控制程序时，强调学生采用相关的仿真软件来加强验证通，后接线调试，观察是否达到预期目标。通过这样贴合工厂实际的案例，迅速提高学生分析问题解决问题的能力，不断丰富学生的知识体系，并学以致用。
（四）改革考核方式
在机床电气与PLC课程教学中应注重考核专业技术知识与岗位技能情况，摒弃传统应试教育的滞后观念，通过设置问题、测量、考核、练习等手段开展过程教学考核，强化实践教学，落实教学目标，力争培养一批专业技能、素质、创新能力等各方面都很强的人才队伍，为现代工业企业的发展作出应有的贡献，实现社会经济效益大化。在考评卷面的同时还应注重教学过程的考评，突出过程考评的地位。
在对机床电气与PLC课程的教学内容、教学方法、实践环节、考核方式进行改革后，不仅促进了学生对理论知识的了解、对多元学习方式的掌握，同时还提高了学生的实践操作能力、创新能力、配合协作能力等，调动了学生的学习热情，学习效果得到质的飞跃。不过，教学改革并非一蹴而就，还需要学校加大对专业建设的投入与支持力度，也需要专业教育工作者的继续努力。