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摘 要：《可编程控制技术》课程即PLC是控制类、电气类和自动化类等专业的必修课程，是一门具有很强的逻辑性、应用性与操作性的专业课程。为了实现良好的教学质量，提高学生学习的兴趣，让学生更好的学会应用该课程，适应当前应用型人才的培养目的，在教学过程中引入专业案例，通过对案例的整体设计来学习相关课程知识，掌握可编程控制技术的相关理论及应用知识。
关键词：可编程控制技术 实例教学 自动化监控系统 应用型人才
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）09（c）-0235-03
Abstract： The "Programmable Control Technology" course， is a compulsory course for majors in control， electrical， and automation. It is a professional course with strong logic， application and operability. In order to achieve good teaching quality， increase students’ interest in learning， enable students to better learn to apply the course， to adapt to the current purpose of training applied talents， introduce professional cases in the teaching process， and learn related courses through the overall design of cases knowledge， master the relevant theory and application knowledge of programmable control technology.
Key Words： Programmable control technology; Example teaching; Automatic monitoring system; Applied talent
《可編程控制技术》是控制类及电气工程类和自动化类专业学生的必修课程，具有很强的实用价值，在学习的过程中具有很强的逻辑性、连贯性及应用性。传统教学习惯于用讲授法，根据课本内容给学生灌输书本上的知识，忽略了PLC应用性和逻辑性强的特点，使学生仅仅掌握相关理论知识，没有实际应用的概念及能力，不理解学习本门课程的目的，不会具体到实际中的应用方法，因而学生的学习效果不佳，理解深度欠缺，不利于后期课程及毕业设计等等的继续应用。
1 实例教学在《可编程控制技术》中的应用
考虑到传统教学方法的不足之处，在教学可编程控制技术的过程中，引入工业设计实例，结合实例进行讲解。在这里，引入一个中小型水电站自动化监控系统的工程实例。我国的水资源较丰富，适宜于开发水电，特别是中小型水电站。而且当今随着计算机的发展，计算机监控系统优势越来越大，可以能够准确而迅速地反映出水电站主要设备运行的状态。随着科技水平的提高，实现水电站的自动化监控，计算机监控有着越来越重要的作用，计算机监控已经成为了实现水电站自动化监控的必要条件。结合小型水电站的实际情况，分析研究一套通过PLC进行控制的计算机监控系统，在可编程控制技术中，对此小型水电站的计算机监控系统进行系统的学习，将此实例贯穿于整个可编程控制技术的教学过程中。通过整个小型水电站计算机监控系统的学习，掌握PLC在系统中的实际应用，将PLC的相关理论知识进行讲解。
1.1 实例导入
为了研究及应用小型水电站自动化监控系统，实现小型水电站数据的自动化监测和控制功能，应用PLC对小型水电站自动化监控系统进行整体的控制设计。那么在这里提出问题，什么是可编程控制技术？在此小型水电站自动化监控系统中，PLC起到的是什么作用？在监控过程中需要控制的有哪些方面，而PLC在系统中应如何应用，如何去选择合适的PLC型号，如何配置PLC，需要先进行什么设计，如何进行软件的编程和参数的设定等等。通过这些问题的提出，使学生在心中先有一个整体的目标性，带着疑问，带着为了去解决既定目的的心态学习课程，先给学生建立目标意识，让学生知道为什么学习此门课程。
1.2 教学过程
为让学生对小型水电站自动化监控系统有一定的了解，首先对此自动化监控系统进行简单的介绍。为了适应水电站的供电的需要，提高水电站的发电质量，实现水电站设备的安全稳定运行，对水电站总突发事件及时准确的反应，需要对整个小型水电站进行实时的全方位的监控。计算机监控系统工作原理可以用三个步骤来概括。一是采集具有实效性的数据，以实现对发电系统的实时监控及对突发事件的应急处理。在这种日常的生活、生产过程中，被控量通过测量装置传送到转换器再送到控制系统，这是控制器控制计算机必须实施的检测，同时输入被控量的瞬时值控制决策要实时。二是控制器要进行有效的分析处理，控制其在接收到转换器送达的信号时，控制器需要对实时信号进行分析处理，按照控制器的控制规律下达有效的控制命令。三是需要具有有效的控制输出，根据控制器的控制决策控制信号执行，到达执行器完成执行任务。 计算机控制系统由硬件和软件两部分组成，包括传感器、控制器、执行器、电气开关等设备。
控制系统主要由三级控制系统组成，第一级为本地控制级，主要由四个模块组成，每个模块都有自己单独的本地控制单元;每个机组现地控制单元自动设置，使用PLC可以得到不同的控制指令，并对给定的状态和参数进行实时记录。从中央控制电源设备的上层，保证机组的实时控制。在第二层，即电厂控制层，最重要的是在线监控系统实时监控三个现有的电厂和一台附加水电机组的运行情况;第三层是远程网页浏览和控制层，是需要完成的最重要的远程监控和规划项目。为实现小型水电站自动化监控系统，其自动控制系统硬件部分将采用PLC来进行控制，在此系统中，PLC主要用到其3个工作阶段，即输出采样、用户程序执行和输出刷新这3个阶段。要想实现该系统，其首要任务是选取合适的PLC型号来实现系统的控制，那么要如何进行PLC的选型？在选择PLC型号时需要考虑从哪几方面考虑呢？首先，就需要对PLC的相关概念及其结构组成等进行学习。因此，可以通过本例题引出课程的第一个内容，讲解PLC的相关概念、结构、分类、发展等等。PLC就相当于人的大脑，可以识别和处理接收到的数字信号，并通过程序的编写，对信号进行逻辑、顺序、算数等等不同的运算，通过对PLC的合理设计应用，实现整个系统的整体控制。PLC有中央处理器（CPU）、存储器、输入输出（I/O）、电源等结构组成。对应PLC的结构图，对PLC的每一部分进行讲解，使学生对PLC的概念和结构有一定的掌握，也明白在PLC进行选型时需要注意在哪几方面进行选择。
考虑PLC的I/O输入输出点数，首先确定需要的I/O点数从而确定控制设备的要求，并以I/O点数的总和为实验基础。通常根据我们统计需要的点数，以15%～25%的可扩展的范围增加输入输出点，根据所统计的数据来选择PLC型号。其次需要对PLC的处理器，主存储器容量，供电电压等等进行选择确定。结合该系统中PLC的应用条件，PLC需要实现的控制功能，系统对PLC的要求等对PLC的型号进行选择。讓学生对PLC有一个初步的认识，将PLC的基本结构对应于选型时需要满足的各方面的条件，试着去根据系统的实际应用来选定PLC的型号。
在选定完PLC型号之后，要思考要想实现小型水电站自动控制系统，整个系统中还包括什么设备，还需要进行什么操作，而PLC作为核心控制部件，在其中起到什么作用，如何进行系统各部分之间的连接，PLC是如何获取现场数据，如何对现场数据进行处理，如何产生控制信号，如何将控制信号传递出去对系统实现控制的，又是如何设置PLC来实现其既定作用的。因此可以提出问题，引出对整个系统设计步骤、连接方式、信号传输方式及数据处理等等的相关知识。
在此，可将系统中不是本门课程中相关知识的内容加以介绍。系统总体设计方案主要分为硬件方案设计部分和软件方案设计部分，系统的硬件主要组成包括PLC、执行器、电气开关、水电机组、现场传感器模块、机组调速装置及其他智能调节装置等。系统主要通过PLC结合各个模块进行水电站的各部分监测及控制，各类传感器将采集到的各种信息传送给PLC进行处理，PLC将监测当前水位，流量，机组运行情况，发电情况等实时状况。从给出的系统设计可以看出，PLC在系统中起到一个整体控制的作用，那如何利用PLC来接收信息，处理信息，并对相关的信息进行检测和实时控制呢？在此，就可以引出PLC的工作过程，首先对PLC的输入采样阶段进行讲解，让学生对整个输入采样阶段的工作过程，输入信号的宽度，扫描周期等知识进行详细系统的学习，使学生明白如何设置才可以确保在任何情况下都有数据的输入，保证正确的采样。其次，对PLC的用户程序阶段进行讲解。在这里，可以引入PLC相应的功能指令，PLC的编程技术，PLC梯形图的设计编写。对应讲解课本相关理论知识，让学生学会PLC梯形图的绘制以及PLC的编程设计。使学生学会可编程控制器梯形图的执行过程，明白梯形图的运行顺序，从上到下，从左到右。从整个形态的设计学习过程中，真正明白学习PLC梯形图编程的作用及根据实际情况分析、抽象编写程序的步骤及方法。然后，对PLC的输出刷新阶段进行讲解。当所有指令执行完毕后，寄存器中所有输出继电器的状态将在此阶段转存到输出锁存器中，通过输出端子和外部电源，驱动外部负载。在完成一次系统的监测与控制扫描之后，如何才可以实现系统的连续不间断运行，则需要对可编程控制器进行输出更新，将之前得到的状态数据进行传输，开始新的监测。
在此之后，提问在此小型水电站的自动化监控系统中，系统软件用什么编程软件进行编程？又如何实现可编程控制器的通信及网络设置呢？因此引出对PLC编程软件的介绍。在学生学习了PLC功能指令及编程技术的基础上，将其在编程软件上实现对系统的控制。并通过通信及网络设置，使所编写的程序可以实际应用去控制系统的运行。让学生试着自己去运用编程软件去编写系统的控制程序。可以对整个系统进行一定的细分，比如分为检测发电机是否正常运行的模块，发电信号的接收处理模块，特殊情况的检测处理模块等等，让学生首先掌握小模块的系统设计，最后实现系统的整体设计。
学习到这里，PLC的相关理论知识基本讲解完成，且在整个实例系统的引入，实现小型水电站自动化监控系统的过程中，根据整个系统的建立及分析方法，学生学习过程中的每一个知识点都有对应于实际系统应用的作用，因此，学生在学习过程中已经对PLC控制系统的设计步骤及使用有了一个较完整的概念。
1.3 课程总结
在本门课程中，开始就直接给到学生一个完整小型水电站自动化监控系统的设计为学习课程的目标，通过设计系统所需要的知识，从系统设计开始，引出课本中的相关理论知识，最后将所学的知识应用到系统的设计中去，使学生从开始学习就有目的性，目标性，让整个可编程控制课程中的知识点连贯起来，最终去解决实际问题，充分调动学生学习的积极性，增加学生理论知识转化为实用的能力。
2 结语
本文根据现阶段大学需要培养应用型人才的目标，为了解决学生在学习《可编程控制技术》时，知识复杂，缺乏连贯性，学生没有目的性等特点，在课程开始时即引入一个完整的小型水电站自动化监控系统实例，先让学生对课程的用途有了一个详细直观的了解，通过实现系统的控制所需要的与PLC相关的知识引出，讲解并应用于系统，使学生每一步的学习都有连贯性，目的性，实用性，从而增加了学习的兴趣，也掌握了理论知识转化为实用能力的方法。
参考文献
[1] 廖书琴.机电一体化专业“电气控制与PLC”教学探讨[J].电子测试，2020（15）：135-136.
[2] 沈伟，熊浪，刘欢欢，等.基于工程案例的电气控制与PLC课程教学改革与探索[J].内燃机与配件，2020（14）：254-255.
[3] 姜慧，周惠芳.基于SPOC的高职院校智慧课堂构建及实践研究——以《可编程控制技术》课程为例[J].电脑与信息技术，2019，27（6）：69-71.
[4] 朱煜钰.《电气控制与PLC》课程案例教学改革探索[J].轻工科技，2020，36（3）：174-175.
[5] 刘斌.中小型水电站监控数据库系统的开发与设计[D].天津：天津大学，2018.
[6] 董海.小型水电站综合自动化系统设计[D].石家庄：河北科技大学，2017.
[7] 耿道渠，罗志勇，蔡军.《可编程控制技术及应用》课程教学方法研究[J].科技信息，2012（33）：194.
[8] 赵亚琴，唐桂忠.工程化教学在"可编程控制器"课程教学中的应用[J].中国电力教育，2016（2）：119-120.
关键词：可编程控制技术 实例教学 自动化监控系统 应用型人才
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）09（c）-0235-03
Abstract： The "Programmable Control Technology" course， is a compulsory course for majors in control， electrical， and automation. It is a professional course with strong logic， application and operability. In order to achieve good teaching quality， increase students’ interest in learning， enable students to better learn to apply the course， to adapt to the current purpose of training applied talents， introduce professional cases in the teaching process， and learn related courses through the overall design of cases knowledge， master the relevant theory and application knowledge of programmable control technology.
Key Words： Programmable control technology; Example teaching; Automatic monitoring system; Applied talent
《可編程控制技术》是控制类及电气工程类和自动化类专业学生的必修课程，具有很强的实用价值，在学习的过程中具有很强的逻辑性、连贯性及应用性。传统教学习惯于用讲授法，根据课本内容给学生灌输书本上的知识，忽略了PLC应用性和逻辑性强的特点，使学生仅仅掌握相关理论知识，没有实际应用的概念及能力，不理解学习本门课程的目的，不会具体到实际中的应用方法，因而学生的学习效果不佳，理解深度欠缺，不利于后期课程及毕业设计等等的继续应用。
1 实例教学在《可编程控制技术》中的应用
考虑到传统教学方法的不足之处，在教学可编程控制技术的过程中，引入工业设计实例，结合实例进行讲解。在这里，引入一个中小型水电站自动化监控系统的工程实例。我国的水资源较丰富，适宜于开发水电，特别是中小型水电站。而且当今随着计算机的发展，计算机监控系统优势越来越大，可以能够准确而迅速地反映出水电站主要设备运行的状态。随着科技水平的提高，实现水电站的自动化监控，计算机监控有着越来越重要的作用，计算机监控已经成为了实现水电站自动化监控的必要条件。结合小型水电站的实际情况，分析研究一套通过PLC进行控制的计算机监控系统，在可编程控制技术中，对此小型水电站的计算机监控系统进行系统的学习，将此实例贯穿于整个可编程控制技术的教学过程中。通过整个小型水电站计算机监控系统的学习，掌握PLC在系统中的实际应用，将PLC的相关理论知识进行讲解。
1.1 实例导入
为了研究及应用小型水电站自动化监控系统，实现小型水电站数据的自动化监测和控制功能，应用PLC对小型水电站自动化监控系统进行整体的控制设计。那么在这里提出问题，什么是可编程控制技术？在此小型水电站自动化监控系统中，PLC起到的是什么作用？在监控过程中需要控制的有哪些方面，而PLC在系统中应如何应用，如何去选择合适的PLC型号，如何配置PLC，需要先进行什么设计，如何进行软件的编程和参数的设定等等。通过这些问题的提出，使学生在心中先有一个整体的目标性，带着疑问，带着为了去解决既定目的的心态学习课程，先给学生建立目标意识，让学生知道为什么学习此门课程。
1.2 教学过程
为让学生对小型水电站自动化监控系统有一定的了解，首先对此自动化监控系统进行简单的介绍。为了适应水电站的供电的需要，提高水电站的发电质量，实现水电站设备的安全稳定运行，对水电站总突发事件及时准确的反应，需要对整个小型水电站进行实时的全方位的监控。计算机监控系统工作原理可以用三个步骤来概括。一是采集具有实效性的数据，以实现对发电系统的实时监控及对突发事件的应急处理。在这种日常的生活、生产过程中，被控量通过测量装置传送到转换器再送到控制系统，这是控制器控制计算机必须实施的检测，同时输入被控量的瞬时值控制决策要实时。二是控制器要进行有效的分析处理，控制其在接收到转换器送达的信号时，控制器需要对实时信号进行分析处理，按照控制器的控制规律下达有效的控制命令。三是需要具有有效的控制输出，根据控制器的控制决策控制信号执行，到达执行器完成执行任务。 计算机控制系统由硬件和软件两部分组成，包括传感器、控制器、执行器、电气开关等设备。
控制系统主要由三级控制系统组成，第一级为本地控制级，主要由四个模块组成，每个模块都有自己单独的本地控制单元;每个机组现地控制单元自动设置，使用PLC可以得到不同的控制指令，并对给定的状态和参数进行实时记录。从中央控制电源设备的上层，保证机组的实时控制。在第二层，即电厂控制层，最重要的是在线监控系统实时监控三个现有的电厂和一台附加水电机组的运行情况;第三层是远程网页浏览和控制层，是需要完成的最重要的远程监控和规划项目。为实现小型水电站自动化监控系统，其自动控制系统硬件部分将采用PLC来进行控制，在此系统中，PLC主要用到其3个工作阶段，即输出采样、用户程序执行和输出刷新这3个阶段。要想实现该系统，其首要任务是选取合适的PLC型号来实现系统的控制，那么要如何进行PLC的选型？在选择PLC型号时需要考虑从哪几方面考虑呢？首先，就需要对PLC的相关概念及其结构组成等进行学习。因此，可以通过本例题引出课程的第一个内容，讲解PLC的相关概念、结构、分类、发展等等。PLC就相当于人的大脑，可以识别和处理接收到的数字信号，并通过程序的编写，对信号进行逻辑、顺序、算数等等不同的运算，通过对PLC的合理设计应用，实现整个系统的整体控制。PLC有中央处理器（CPU）、存储器、输入输出（I/O）、电源等结构组成。对应PLC的结构图，对PLC的每一部分进行讲解，使学生对PLC的概念和结构有一定的掌握，也明白在PLC进行选型时需要注意在哪几方面进行选择。
考虑PLC的I/O输入输出点数，首先确定需要的I/O点数从而确定控制设备的要求，并以I/O点数的总和为实验基础。通常根据我们统计需要的点数，以15%～25%的可扩展的范围增加输入输出点，根据所统计的数据来选择PLC型号。其次需要对PLC的处理器，主存储器容量，供电电压等等进行选择确定。结合该系统中PLC的应用条件，PLC需要实现的控制功能，系统对PLC的要求等对PLC的型号进行选择。讓学生对PLC有一个初步的认识，将PLC的基本结构对应于选型时需要满足的各方面的条件，试着去根据系统的实际应用来选定PLC的型号。
在选定完PLC型号之后，要思考要想实现小型水电站自动控制系统，整个系统中还包括什么设备，还需要进行什么操作，而PLC作为核心控制部件，在其中起到什么作用，如何进行系统各部分之间的连接，PLC是如何获取现场数据，如何对现场数据进行处理，如何产生控制信号，如何将控制信号传递出去对系统实现控制的，又是如何设置PLC来实现其既定作用的。因此可以提出问题，引出对整个系统设计步骤、连接方式、信号传输方式及数据处理等等的相关知识。
在此，可将系统中不是本门课程中相关知识的内容加以介绍。系统总体设计方案主要分为硬件方案设计部分和软件方案设计部分，系统的硬件主要组成包括PLC、执行器、电气开关、水电机组、现场传感器模块、机组调速装置及其他智能调节装置等。系统主要通过PLC结合各个模块进行水电站的各部分监测及控制，各类传感器将采集到的各种信息传送给PLC进行处理，PLC将监测当前水位，流量，机组运行情况，发电情况等实时状况。从给出的系统设计可以看出，PLC在系统中起到一个整体控制的作用，那如何利用PLC来接收信息，处理信息，并对相关的信息进行检测和实时控制呢？在此，就可以引出PLC的工作过程，首先对PLC的输入采样阶段进行讲解，让学生对整个输入采样阶段的工作过程，输入信号的宽度，扫描周期等知识进行详细系统的学习，使学生明白如何设置才可以确保在任何情况下都有数据的输入，保证正确的采样。其次，对PLC的用户程序阶段进行讲解。在这里，可以引入PLC相应的功能指令，PLC的编程技术，PLC梯形图的设计编写。对应讲解课本相关理论知识，让学生学会PLC梯形图的绘制以及PLC的编程设计。使学生学会可编程控制器梯形图的执行过程，明白梯形图的运行顺序，从上到下，从左到右。从整个形态的设计学习过程中，真正明白学习PLC梯形图编程的作用及根据实际情况分析、抽象编写程序的步骤及方法。然后，对PLC的输出刷新阶段进行讲解。当所有指令执行完毕后，寄存器中所有输出继电器的状态将在此阶段转存到输出锁存器中，通过输出端子和外部电源，驱动外部负载。在完成一次系统的监测与控制扫描之后，如何才可以实现系统的连续不间断运行，则需要对可编程控制器进行输出更新，将之前得到的状态数据进行传输，开始新的监测。
在此之后，提问在此小型水电站的自动化监控系统中，系统软件用什么编程软件进行编程？又如何实现可编程控制器的通信及网络设置呢？因此引出对PLC编程软件的介绍。在学生学习了PLC功能指令及编程技术的基础上，将其在编程软件上实现对系统的控制。并通过通信及网络设置，使所编写的程序可以实际应用去控制系统的运行。让学生试着自己去运用编程软件去编写系统的控制程序。可以对整个系统进行一定的细分，比如分为检测发电机是否正常运行的模块，发电信号的接收处理模块，特殊情况的检测处理模块等等，让学生首先掌握小模块的系统设计，最后实现系统的整体设计。
学习到这里，PLC的相关理论知识基本讲解完成，且在整个实例系统的引入，实现小型水电站自动化监控系统的过程中，根据整个系统的建立及分析方法，学生学习过程中的每一个知识点都有对应于实际系统应用的作用，因此，学生在学习过程中已经对PLC控制系统的设计步骤及使用有了一个较完整的概念。
1.3 课程总结
在本门课程中，开始就直接给到学生一个完整小型水电站自动化监控系统的设计为学习课程的目标，通过设计系统所需要的知识，从系统设计开始，引出课本中的相关理论知识，最后将所学的知识应用到系统的设计中去，使学生从开始学习就有目的性，目标性，让整个可编程控制课程中的知识点连贯起来，最终去解决实际问题，充分调动学生学习的积极性，增加学生理论知识转化为实用的能力。
2 结语
本文根据现阶段大学需要培养应用型人才的目标，为了解决学生在学习《可编程控制技术》时，知识复杂，缺乏连贯性，学生没有目的性等特点，在课程开始时即引入一个完整的小型水电站自动化监控系统实例，先让学生对课程的用途有了一个详细直观的了解，通过实现系统的控制所需要的与PLC相关的知识引出，讲解并应用于系统，使学生每一步的学习都有连贯性，目的性，实用性，从而增加了学习的兴趣，也掌握了理论知识转化为实用能力的方法。
参考文献
[1] 廖书琴.机电一体化专业“电气控制与PLC”教学探讨[J].电子测试，2020（15）：135-136.
[2] 沈伟，熊浪，刘欢欢，等.基于工程案例的电气控制与PLC课程教学改革与探索[J].内燃机与配件，2020（14）：254-255.
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[5] 刘斌.中小型水电站监控数据库系统的开发与设计[D].天津：天津大学，2018.
[6] 董海.小型水电站综合自动化系统设计[D].石家庄：河北科技大学，2017.
[7] 耿道渠，罗志勇，蔡军.《可编程控制技术及应用》课程教学方法研究[J].科技信息，2012（33）：194.
[8] 赵亚琴，唐桂忠.工程化教学在"可编程控制器"课程教学中的应用[J].中国电力教育，2016（2）：119-120.