基于PLC 運料小車制作反觀課程改革

崔少軍，王 聰，苗 鵬，王 艷

（汕尾職業技術學院，廣東 汕尾 516600）

PLC 應用技術課程有編寫運料小車控制程序的案例，實際教學中通過仿真或LED 燈顯示等方法來驗證程序，但缺乏真實的運料小車工作情景，因此利用學生畢業設計完成運料小車教具設計與制作。設計過程中需運用電路基礎、模擬電子技術、數字電子技術、高頻電子技術等課程內容，但學生很難靈活運用課程知識解決實際問題?，F有課程教學內容（教材）與實際應用銜接太少，尤其是專業基礎課，高職教育課程改革勢在必行。

1 PLC 運料小車模型設計

為了簡化設計，將運料小車模型所運的“料”用“水”代替，右邊為儲料箱，左邊為用料，小車在平臺上左、右循環運料，采用PLC 循環控制往返運行，構建起運料小車的工作模型。

制作運料小車實物模型。放料裝置由儲料箱（PVC 材料）和放料電磁閥（洗衣機進水閥改制）構成；運料車采用PVC 材料，內部安裝卸料電磁閥；牽引裝置采用低速電機驅動，左右兩邊各固定一個滑輪，牽引線（用松緊帶）連接運料車，同時左右兩邊各安裝一個限位開關（燃氣熱水器中的微動開關）；平臺與支架用輕便的膠合板搭建。該運料車輔助電路包括定時顯示、報警、電源、PLC連接電路及到位自動放料電磁裝置等（見圖1）。

2 PLC 運料小車硬件設計

圖1 PLC 運料小車實物模型

2.1 出料電磁閥設計

本系統儲料下方的出料電磁閥不能直接用洗衣機進水閥代替。原因有兩個：一是電壓太高（220V交流電）不安全；二是水槽水壓不同于自來水水壓，水壓太小閥門不開啟。解決方案是重新纏繞線圈，采用12V 直流驅動。根據“電路基礎”知識，先估算電源功率，確定電流I 小于0.5～0.1A 為宜，由歐姆定律算出漆包線電阻取值范圍在24～120?，根據匝數估算長度，再由電阻定律算出漆包線的線徑，確定0.35～0.14mm，根據漆包線線徑與電流、線徑與電阻對照表，確定線徑和長度，纏好的電磁閥接上12V 電源，通電測試幾分鐘摸線圈不過熱便可（實際工作設定10 秒出料）[1]。

2.2 小車左行到位卸料系統設計

在運料小車運行過程中，如何實現運料車碰到左邊限位開關自動停止同時自動放水的問題，設計中采用小車內的電磁閥接9V 電池與干簧管串聯，干簧管處于常開，小車運行到左邊碰到限位開關停止，同時干簧管靠近電磁鐵（固定在支架上，左限位開關接通電磁體電源），干簧管吸合，小車內9V 電源電磁閥開啟卸料，實現完全自動化。此電磁鐵采用 “]”磁芯（老式電視機行輸出變壓器磁芯），選用漆包線的參數，纏繞方法同上[2]。

2.3 顯示系統與報警系統設計

本設計采用三菱FX1S-14MT8 入6 出的PLC控制器件，出料、卸料定時顯示的數碼管都采用PLC 驅動。因輸出端口不夠故數顯模塊采用單片機控制。工作結束報警電路用“數字電子技術”課程中提到的555 音頻振蕩器即可解決此問題[3]。

2.4 電源及電機控制

基于上述各硬件模塊的設計，除單片機用5 V以外，其余均采用12 V 電壓，采用“模擬電子技術”課程中的直流穩壓電源知識完成電源電路設計。本設計選用10 W左右的220V/12V小型變壓器，以7812、7805 為輸出模塊設計電路即可。運料小車往返運行，即電機能正反轉問題，可以結合“電力拖動技術”課程中的電機正反轉控制技術進行設計，本控制通過PLC 分別控制兩個小型直流12 V 繼電器便可實現[4]。

2.5 平臺與支架設計

支架、儲料盒、運料小車的設計，運用“機械制圖”課程中的三視圖知識不難完成相關設計。支架選用膠合板，儲料盒、運料小車選擇有機玻璃較好，剩下就是裁剪、粘合、組裝技術。

3 反觀課程教學內容改革

基于上述PLC 運料小車各部分硬件系統設計可知，解決每個問題的知識、技能都源于已學的專業課程，但學生不能較好地運用所學課程知識解決實際問題。翻閱現有教材，內容還是以傳授知識體系為主。要想學生學以致用，在實際教學過程中應面向工作崗位要求，將課程要求的知識、能力的培養融入一個個實訓項目中進行教學。

例如，繼電器、電磁閥等在電路中經常遇到，有必要添加到課程教學中來。如上述運料小車使用的兩種不同電磁閥，有了這方面知識就可自制完成；電容、電感串并聯諧振內容放到高頻電子技術課程中講授；電路的基本定理、定律與分析方法，直流激勵下的一級動態電路等知識可在電路基礎和模擬電子技術課程中通過驗證性實訓項目來完成；元器件選用、測量、裝配，電路分析、故障診斷，儀器儀表的使用維護等能力的培養可嵌入到電路基礎、模擬電子技術、數字電子技術等專業課程的實訓項目實施教學。

經過多年教學實踐，對電路基礎、模擬電子技術、數字電子技術、高頻電子技術等課程進行有益的探索和改革，總結梳理了課程對應的知識、能力清單及所對接的實訓項目（見表1～4）。

在教學過程中，通過實訓項目將課程各章節知識有機結合，學生更容易接受，可有效提高專業基本能力，遇到諸如上述PLC 運料小車等電子產品綜合設計制作，學生也有能力解決。

表1 電路基礎課程知識、能力、實訓項目內容對接[5]

表2 模擬電子技術課程知識、能力、實訓項目對接 [6]

4 小結

由于篇幅所限，本文僅以部分電子類專業課程為例，淺析了教學中如何將課程的知識、能力、實訓項目有效對接實施教學，并對課程改革進行了積極的思考和探索。在實際教學中，不能一本教材講到底，課程內容應隨新產品、新技術的出現以及授課對象的不同及時更新實訓項目實施教學，學生知識、能力、素養的形成最終落腳點還是課程教學，所以課程改革永遠在路上。

表3 數字電子技術課程知識、能力、實訓項目對應表[7]

表4 高頻電子技術課程知識、能力、實訓項目對應表[8]