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摘要：可编程控制器价格便宜、可靠性高、简单易懂、操作灵活，在国内外已广泛应用于钢铁、石油、建材、机械制造、汽车等行业。基于大学教育改革要求，PLC作为一门实践性较强的课程，本文针对该课程的特点，分析了PLC实践教学的现状和主要问题，从理论教学、实验教学、案例教学以及教师队伍自我能力提高等方面对课程改革进行了探讨和研究，并提出了案例教学方案。通过教学实践证明，新的教学方案提高了学生对所学知识的综合运用能力以及动手实践能力，取得了良好的教学试验效果。
关键词：PLC；案例教学；教学改革；实验教学
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0131-02
随着教育教学改革的进行，国内的诸多高校逐步重视实践教学，强化应用型人才培养。因为实践教学是培养学生实践能力和创新能力的重要环节，也是提高学生社会职业素养和就业竞争力的重要途径。可编程控制器（PLC）做为一门实践性较强的学科方向，在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等行业[1]。本文在研究教学特性的基础上以重要的发电厂输煤控制为例，说明使用案例教学法给教学带来了新鲜元素，能使学生结合实际的生产过程应用理解PLC实现其功能的过程，为教学效果的进一步提升创造了条件。
一、可编程控制器的教学计划改进
可编程控制技术是电力与自动化工程学院自动化专业的必修课之一，实践性强、更新发展快，与生产过程现场和工程实际应用联系紧密，并在实际自动化行业有非常重要并广泛的应用。学生掌握后，可将这项技术直接应用于工业控制现场过程。可是目前的教学和实践存在诸多的问题，严重影响了PLC教学效果，分析PLC课程特点，对PLC的理论教学和实验教学进行改革，对于促进PLC技术的发展和传授具有重大的意义[2-3]。
目前国内高校在PLC课程教学中普遍面临问题是教学设备单一，我校主要选用西门子S7-200系列PLC作为教学对象，由于其硬件简单单一等特点，在教学过程中，必须充分利用PLC的软特性，争取更大的教学空间和资源，使得教学更利于学生理解应用，更人性化，故在教学过程中，充分利用实践环节，互动案例教学等手段，提升教学效果[4-12]。针对实际情况，采取以下措施。
1.互动式教学
近几年来，我们制作了多媒体教学课件，将西门子S7—200系列PLC实物图片等内容以静态或动画等形式展现于课堂；利用S7-200的仿真软件形象的实现短小应用程序的控制效果仿真，力求教学内容丰富、生动、形象、直观、易于理解，加大知识获取量，缓解课时与内容的矛盾，提升了教学效果，提高了教学质量。在课堂教学中，多媒体教学与传统教学手段相结合。以信息量大的多媒体作为基本工具，充分发挥传统的教学手段如板书、使得板书和多媒体相结合，互相兼顾，相得益彰，既调整教学节奏，又给学生思考的时间。同时注意教师与学生之间的互动交流，通过提问、分组练习、学生上讲台板书答案、交流讨论等提高学生的注意力，激发学生通过自己努力解决问题的热情。
2.拓展新的实验教学项目
我们以模拟量实验为例说明开发新实验的过程。
（1）研究和使用S7-200系列模拟量I/O EM235模块对实际环节的控制，明确模拟量输入模块和模拟量输出模块的使用方法。
（2）研究和开发模拟量基本实验和一些相对典型的实验、结合PID控制，中断控制等方法完成模拟量控制实验的整合，拓宽实验内容和范围。
（3）补充完善“PLC教学实验指导手册”的内容：本课程内容涉及“可编程序控制器应用技术”“电气控制技术”“计算机硬件技术”“现场总线与仪器通信技术”等多门课程相关基础，教学对象覆盖面较广。故实验项目的设置和指导手册必须做到内容宽范、形式多样，要有足够的灵活性和机动性，以便于学生根据自身特点进行选择。
（4）实验教学手段的提高：搭建S7-200模拟量实验教学仿真平台，通过仿真软件的演示，直观地、动态地进行指导、启发，使学生顺利地完成抽象的实验，提高实验教学的效率和效果。
二、PLC案例教学应用
1.案例教学意义
随着火电厂规模和单机容量的扩大，许多大型设备在输煤系统得到应用，且多数具备自动或半自动功能。如何组织和管理这些大型设备，使整个配煤系统在较高效率状态下运行，是国内火电厂输煤专业发展中亟待解决的首要问题。
由于电厂输煤过程粉尘和噪声比较大，设备运行环境差，由常规继电器构成的控制系统运行可靠性不好，而可编程控制器具有可靠性高，抗扰性好，组合灵活，程序改写方便，扩展性好，体积小等优点，由其构成的输煤控制系统目前得到普遍应用。由于输煤过程涉及的设备多、传输距离长、故障率较高、现场及时发现和排除故障比较难，每台设备都拥有各自独立的控制系统，因此如何组织和管理好这些设备，实时直观并清晰地监控现场状态，及时发现和排除输煤系统中的各种故障，使输煤系统在高效稳定运行，是国内火电厂输煤专业发展中亟待解决的问题。
可编程控制器在越来越多的工业控制领域起着越来越重要的作用，由于施耐德电气系列的PLC在电站控制系统中占有很重要的一席之地，本案例是以Quantum为主控制器来实现电厂输煤控制过程。从而来分析和掌握控制系统的构架。
2.系统控制要求
（1）所有设备启动时按逆煤流方向，从该流程最后设备（胶带机及相关设备）开始依次启动，直到第一条皮带及相关设备启动后，才开始供煤。停运时按顺煤流方向，先停供煤设备，然后从第一台至最后一台设备依次停止，每台设备之间按2分钟延时顺煤流方向逐台停止运行（延时时间以皮带机上余煤流完为准，为方便观察这里均设置为5s）。
（2）在运行设备过程中，当任一设备发生事故跳闸时，立即连跳逆煤流方向的设备，但碎煤机不跳闸。当全线紧急停机时，碎煤机也不停。 （3）皮带机两侧有拉绳开关，当皮带机发生故障，需要紧急制动时用以停止逆煤流方向的设备。
（4）当发现皮带严重跑偏时，联跳该设备逆煤流方向的上游设备，但碎煤机不停机。
（5）当发生皮带机纵向撕裂时，联跳该设备逆煤流方向的上游设备，但碎煤机不停机。
3.系统结构图
如图1所示，两个CPU分别位于两个不同的机架，但机架配置同样的模块，此结构实现CPU的冗余配置，两个CPU间通过光纤连接，当一个CPU出现故障时，它可通过该光纤与令一个CPU实现数据的交换，并且完成设备的切换。交换机实现PLC与上位计算的数据通信功能，其端口分别连接上位计算机网络端与PLC的140NOE77101Ethernet TCP/IP模块。主站与远程站间通过同轴电缆连接，运用S908通信协议完成数据的传输。主站与远程站间的最长距离可达2公里。计算机备有双网卡，可分别于交换机连接，实现了网络上的冗余配置。
4.硬件和软件平台
通过双击或者右击图2所示窗口内的各个选项，我们可以实现本地模块配置、变量定义、通信网络配置、远程模块配置、程序编写、动态数据表创建与查询等一系列工作。
Unity是施奈德电气自动化的核心产品，它是新一代的软硬件自动化平台。基于开放性和对工具的协同性应用，Unity在软件开发和控制系统运行上达到了更高的水平。
Unity Pro的编程软件界面如图3所示。欢迎页面为用户提供了友好的访问格式，这一用户界面是在充分考虑了Concept和PL7Pro编程软件的用户反馈以后，重新进行设计的。
三、教学团队能力的自我提升
在教学团队中，主讲老师通过各种途径提升自己的教学能力和效果，例如参加西门子，菲尼克斯，贝加莱等公司组织的各种设计大赛，参加工业控制相关公司组织的各种培训活动，并积极承担PLC控制器作为主控实现的各种工业项目中，在不断和兄弟院校学习和交流的过程当中，提升教学团体的整体教学效果，通过以上方式的不断积累和思考，更加系统的完善教学内容和方法，有的放矢的实现教学方案和教学内容。
四、结语
通过对PLC课程问题的分析和教学过程中的实践，让学生能够亲自动手编制程序，在线对程序进行修改和模拟调试，通过一系列的具体题目编程锻炼，使学生们掌握编程方法，编程思路，修改调试程序从而完成最终控制目标，通过对这门课理论和实践环节的学习，学生们基本可以实现独立编程，独立调试，独立解决程序中存在的问题，进而实现对一些实际工业控制现场的模拟控制，基本达到了可编程控制技术这门课的教学目标。
通过案例教学和教学团队能力的自我提升，使PLC的理论基础和实验教学更好地结合到一起，不仅提升了PLC实验教学水平，且对于提高教学质量，提高学生对所学知识的综合运用能力，加强学生动手和实践能力，提高学生就业竞争力具有重要的意义。
参考文献：
[1]刘云静，顾德英.电厂输煤系统的研究[J].仪器仪表学报，2005，
26（8）：166-170.
[2]职燕.“可编程控制器原理与应用”课程教学改革的研究与实践[J].中国电力教育，2012，（8）：74，80.
[3]尹亚南，宗海焕，胡香玲.以学生为中心的“可编程控制器”课程改革[J].中国电力教育，2013，（25）：122-123，128.
[4]刘天浩.可编程控制器 PLC 的现状及应用分析[J].科技信息（科学教研），2007，（13）：265.
[5]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，2009，（2）：119-120.
[6]姚亮.浅谈《可编程控制器》课程的体验式课堂教学模式[J].新课程（上），2013，（1）：106-108.
[7]马玲.可编程控制器系统性和实践性的特点以及实训教学创新[J].今日中国论坛，2013，（17）：331，333.
[8]王彰凡.项目教学法在可编程控制器教学中的应用[J].课程教育研究，2012，（36）：233-234.
[9]董冀媛，孙昌国，王尚君.用于电梯控制模型设计的可编程控制器的教与学[J].实验室研究与探索，2008，（8）：239-242.
[10]张雷，王佳，陈志新.建筑电气类本科可编程控制器教学方法探讨[J].实验技术与管理，2010，（11）：255-256，265.
[11]陈惠英，李晓明，渠云田.电工学课程改革中可编程控制器的教学[J].太原理工大学学报（社会科学版），2002，（S1）：92-93.
[12]王新娜，孙新凤.关于“可编程控制器”课程教学改革的探讨[J].中国电力教育，2009，（6）：79-80.
（责任编辑：刘丽娜）
关键词：PLC；案例教学；教学改革；实验教学
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0131-02
随着教育教学改革的进行，国内的诸多高校逐步重视实践教学，强化应用型人才培养。因为实践教学是培养学生实践能力和创新能力的重要环节，也是提高学生社会职业素养和就业竞争力的重要途径。可编程控制器（PLC）做为一门实践性较强的学科方向，在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等行业[1]。本文在研究教学特性的基础上以重要的发电厂输煤控制为例，说明使用案例教学法给教学带来了新鲜元素，能使学生结合实际的生产过程应用理解PLC实现其功能的过程，为教学效果的进一步提升创造了条件。
一、可编程控制器的教学计划改进
可编程控制技术是电力与自动化工程学院自动化专业的必修课之一，实践性强、更新发展快，与生产过程现场和工程实际应用联系紧密，并在实际自动化行业有非常重要并广泛的应用。学生掌握后，可将这项技术直接应用于工业控制现场过程。可是目前的教学和实践存在诸多的问题，严重影响了PLC教学效果，分析PLC课程特点，对PLC的理论教学和实验教学进行改革，对于促进PLC技术的发展和传授具有重大的意义[2-3]。
目前国内高校在PLC课程教学中普遍面临问题是教学设备单一，我校主要选用西门子S7-200系列PLC作为教学对象，由于其硬件简单单一等特点，在教学过程中，必须充分利用PLC的软特性，争取更大的教学空间和资源，使得教学更利于学生理解应用，更人性化，故在教学过程中，充分利用实践环节，互动案例教学等手段，提升教学效果[4-12]。针对实际情况，采取以下措施。
1.互动式教学
近几年来，我们制作了多媒体教学课件，将西门子S7—200系列PLC实物图片等内容以静态或动画等形式展现于课堂；利用S7-200的仿真软件形象的实现短小应用程序的控制效果仿真，力求教学内容丰富、生动、形象、直观、易于理解，加大知识获取量，缓解课时与内容的矛盾，提升了教学效果，提高了教学质量。在课堂教学中，多媒体教学与传统教学手段相结合。以信息量大的多媒体作为基本工具，充分发挥传统的教学手段如板书、使得板书和多媒体相结合，互相兼顾，相得益彰，既调整教学节奏，又给学生思考的时间。同时注意教师与学生之间的互动交流，通过提问、分组练习、学生上讲台板书答案、交流讨论等提高学生的注意力，激发学生通过自己努力解决问题的热情。
2.拓展新的实验教学项目
我们以模拟量实验为例说明开发新实验的过程。
（1）研究和使用S7-200系列模拟量I/O EM235模块对实际环节的控制，明确模拟量输入模块和模拟量输出模块的使用方法。
（2）研究和开发模拟量基本实验和一些相对典型的实验、结合PID控制，中断控制等方法完成模拟量控制实验的整合，拓宽实验内容和范围。
（3）补充完善“PLC教学实验指导手册”的内容：本课程内容涉及“可编程序控制器应用技术”“电气控制技术”“计算机硬件技术”“现场总线与仪器通信技术”等多门课程相关基础，教学对象覆盖面较广。故实验项目的设置和指导手册必须做到内容宽范、形式多样，要有足够的灵活性和机动性，以便于学生根据自身特点进行选择。
（4）实验教学手段的提高：搭建S7-200模拟量实验教学仿真平台，通过仿真软件的演示，直观地、动态地进行指导、启发，使学生顺利地完成抽象的实验，提高实验教学的效率和效果。
二、PLC案例教学应用
1.案例教学意义
随着火电厂规模和单机容量的扩大，许多大型设备在输煤系统得到应用，且多数具备自动或半自动功能。如何组织和管理这些大型设备，使整个配煤系统在较高效率状态下运行，是国内火电厂输煤专业发展中亟待解决的首要问题。
由于电厂输煤过程粉尘和噪声比较大，设备运行环境差，由常规继电器构成的控制系统运行可靠性不好，而可编程控制器具有可靠性高，抗扰性好，组合灵活，程序改写方便，扩展性好，体积小等优点，由其构成的输煤控制系统目前得到普遍应用。由于输煤过程涉及的设备多、传输距离长、故障率较高、现场及时发现和排除故障比较难，每台设备都拥有各自独立的控制系统，因此如何组织和管理好这些设备，实时直观并清晰地监控现场状态，及时发现和排除输煤系统中的各种故障，使输煤系统在高效稳定运行，是国内火电厂输煤专业发展中亟待解决的问题。
可编程控制器在越来越多的工业控制领域起着越来越重要的作用，由于施耐德电气系列的PLC在电站控制系统中占有很重要的一席之地，本案例是以Quantum为主控制器来实现电厂输煤控制过程。从而来分析和掌握控制系统的构架。
2.系统控制要求
（1）所有设备启动时按逆煤流方向，从该流程最后设备（胶带机及相关设备）开始依次启动，直到第一条皮带及相关设备启动后，才开始供煤。停运时按顺煤流方向，先停供煤设备，然后从第一台至最后一台设备依次停止，每台设备之间按2分钟延时顺煤流方向逐台停止运行（延时时间以皮带机上余煤流完为准，为方便观察这里均设置为5s）。
（2）在运行设备过程中，当任一设备发生事故跳闸时，立即连跳逆煤流方向的设备，但碎煤机不跳闸。当全线紧急停机时，碎煤机也不停。 （3）皮带机两侧有拉绳开关，当皮带机发生故障，需要紧急制动时用以停止逆煤流方向的设备。
（4）当发现皮带严重跑偏时，联跳该设备逆煤流方向的上游设备，但碎煤机不停机。
（5）当发生皮带机纵向撕裂时，联跳该设备逆煤流方向的上游设备，但碎煤机不停机。
3.系统结构图
如图1所示，两个CPU分别位于两个不同的机架，但机架配置同样的模块，此结构实现CPU的冗余配置，两个CPU间通过光纤连接，当一个CPU出现故障时，它可通过该光纤与令一个CPU实现数据的交换，并且完成设备的切换。交换机实现PLC与上位计算的数据通信功能，其端口分别连接上位计算机网络端与PLC的140NOE77101Ethernet TCP/IP模块。主站与远程站间通过同轴电缆连接，运用S908通信协议完成数据的传输。主站与远程站间的最长距离可达2公里。计算机备有双网卡，可分别于交换机连接，实现了网络上的冗余配置。
4.硬件和软件平台
通过双击或者右击图2所示窗口内的各个选项，我们可以实现本地模块配置、变量定义、通信网络配置、远程模块配置、程序编写、动态数据表创建与查询等一系列工作。
Unity是施奈德电气自动化的核心产品，它是新一代的软硬件自动化平台。基于开放性和对工具的协同性应用，Unity在软件开发和控制系统运行上达到了更高的水平。
Unity Pro的编程软件界面如图3所示。欢迎页面为用户提供了友好的访问格式，这一用户界面是在充分考虑了Concept和PL7Pro编程软件的用户反馈以后，重新进行设计的。
三、教学团队能力的自我提升
在教学团队中，主讲老师通过各种途径提升自己的教学能力和效果，例如参加西门子，菲尼克斯，贝加莱等公司组织的各种设计大赛，参加工业控制相关公司组织的各种培训活动，并积极承担PLC控制器作为主控实现的各种工业项目中，在不断和兄弟院校学习和交流的过程当中，提升教学团体的整体教学效果，通过以上方式的不断积累和思考，更加系统的完善教学内容和方法，有的放矢的实现教学方案和教学内容。
四、结语
通过对PLC课程问题的分析和教学过程中的实践，让学生能够亲自动手编制程序，在线对程序进行修改和模拟调试，通过一系列的具体题目编程锻炼，使学生们掌握编程方法，编程思路，修改调试程序从而完成最终控制目标，通过对这门课理论和实践环节的学习，学生们基本可以实现独立编程，独立调试，独立解决程序中存在的问题，进而实现对一些实际工业控制现场的模拟控制，基本达到了可编程控制技术这门课的教学目标。
通过案例教学和教学团队能力的自我提升，使PLC的理论基础和实验教学更好地结合到一起，不仅提升了PLC实验教学水平，且对于提高教学质量，提高学生对所学知识的综合运用能力，加强学生动手和实践能力，提高学生就业竞争力具有重要的意义。
参考文献：
[1]刘云静，顾德英.电厂输煤系统的研究[J].仪器仪表学报，2005，
26（8）：166-170.
[2]职燕.“可编程控制器原理与应用”课程教学改革的研究与实践[J].中国电力教育，2012，（8）：74，80.
[3]尹亚南，宗海焕，胡香玲.以学生为中心的“可编程控制器”课程改革[J].中国电力教育，2013，（25）：122-123，128.
[4]刘天浩.可编程控制器 PLC 的现状及应用分析[J].科技信息（科学教研），2007，（13）：265.
[5]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，2009，（2）：119-120.
[6]姚亮.浅谈《可编程控制器》课程的体验式课堂教学模式[J].新课程（上），2013，（1）：106-108.
[7]马玲.可编程控制器系统性和实践性的特点以及实训教学创新[J].今日中国论坛，2013，（17）：331，333.
[8]王彰凡.项目教学法在可编程控制器教学中的应用[J].课程教育研究，2012，（36）：233-234.
[9]董冀媛，孙昌国，王尚君.用于电梯控制模型设计的可编程控制器的教与学[J].实验室研究与探索，2008，（8）：239-242.
[10]张雷，王佳，陈志新.建筑电气类本科可编程控制器教学方法探讨[J].实验技术与管理，2010，（11）：255-256，265.
[11]陈惠英，李晓明，渠云田.电工学课程改革中可编程控制器的教学[J].太原理工大学学报（社会科学版），2002，（S1）：92-93.
[12]王新娜，孙新凤.关于“可编程控制器”课程教学改革的探讨[J].中国电力教育，2009，（6）：79-80.
（责任编辑：刘丽娜）