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摘要：文章提出了电气控制系统设计八步法，电气工程初学者只要按照八步法的要求，按照流程依次准备材料和相关基础知识，一个完整流程下来，一个项目就做好了。电气控制八步法显著降低了初学者面对一个项目时的盲目和手足无措的情况，通过电气控制八步法进一步强化项目流程训练。经过实践证明熟练使用八步法能使学生快速适应工作，显著提高了学生的工程实践能力。
关键词：电气控制；PLC；系统设计；八步法；流程训练
本文引用格式：杨海军，等.一种基于流程训练的实践教学方法[J].教育现代化,2020,7(41):183-185.
a Practical Teaching Method Based on Process Training
YAng Hai-jun,ZHu De-rong,DAng Bao-hua,ZHAng Yong,LI Shi-xiong,ZHAO Shi-xing
(Luoyang Institute of Science and Technology,Luoyang Henan)
Abstract:This paper puts forward eight steps of electrical control system design.beginners of electrical engineering should prepare materials and related basic knowledge in sequence according to the requirements of eight steps.A complete process will be completed and a project will be completed.The eight step method of electrical control significantly reduces the situation that beginners are blind and at a loss when facing a project.Through the eight step method of electrical control,further strengthen the project process training.It has been proved by practice that skilled use of eight steps can make students adapt to work quickly and improve their engineering practice ability significantly.
Key words:electrical control;PLC;System design;eight steps;Process training
一引言
随着工业技术的飞速发展，社会对工程技术人员的要求不断提高，大学生毕业要快速适应社会发展，就必须具备扎实的理论基础和实践基础，必须具有独立分析和解决实际工程的能力[1]。电气控制与PLC应用技术这门课程学习完之后学生应具备电气识图、设备运行、设备维护、设备调试、故障处理、电气设计等技能，但是调查毕业1-2年的仍然从事本专业的同学，排除毕业不到1年的和毕业2年以上的，了解他们适应本职工作的情况，发现仍然有一些同学没有找到合适的研究方法来快速适应当前工作，了解到这些同学在学校阶段由于某些原因没有完成有效的项目流程训练。
针对此情况，特别提出了电气控制八步法，初学人员只要按照八步法的要求按照流程顺序依次准备材料和相关基础知识，一个完整流程下来，一个项目就做好了。电气控制八步法显著降低了初学者面对一个项目时的盲目和手足无措的情况，通过电气控制八步法进一步强化项目流程训练。这也是作者提出电气控制八步法的初衷，下面来看电气控制八步法的具体内容及要求。
二熟悉被控对象，确定控制任务和控制方案
熟悉被控对象，熟悉要实现的功能和达到的性能指标，选择控制方式：如RC、PLC、IPC、单片机等作为控制核心，选择拖动方式：电机拖动（单独与集中，调速方案，负载特性）、液压与气动，确定使用电机的种类（交流电机、直流电机、步进电机、伺服电机等），选择人机交互界面的种类（触摸屏、组态等），做出简单的系统流程图及方案框图。比如进行十字路口交通灯控制系统设计，最基本的要求就是启动和停止，在一个循环周期南北绿灯25s、黄灯3s、红灯28s，南北绿灯和黄灯时东西应是红灯，亮灯时间相同。
根据上文的设计思路，细化系统组成。输入部分由两个按钮组成，其功能为启动和停止。输出部分为南北和东西方向的指示灯。通过PLC进行逻辑运算后输出给指示灯来完成系统。具体方案框图如图1所示。
三进行I/O统计，完成I/O统计表
熟悉被控对象，确定直接输入信号的种类及数量，确定直接控制对象（电机，阀门）的种类及数量，统计他们需要的控制器输入、输出口控制资源数量及类型；考虑人机接口和设备状态反馈数量，确定输入信号的种类及数量，如控制交通灯时，输入信号有启动停止两个按钮，共两个数字量输入，输出信号有指示灯六个，共计6个数字量输出，最后统计入表，如表1所示。
四 元器件选型（CPU、驱动、传感器）
根据控制方案和I/O统计结果，选取合适的控制器生产厂家和具体型号，I/O统计表如表1所示时，选择控制器时应考虑控制器输入点数应不小于2，输出点数不小于6，考虑在后面工作时可能需要额外添加功能，因此还要有一定的余量，及是否需要控制步进、伺服电机，综合考虑之后确定CPu的具体型号，如选择西门子公司的S7-200 SMART SR20这款PLC作为控制核心。根据拖动方式选取合适的驱动设备和型号；根据系统方案选取合适的传感器种类和型号。
五 编写I/O分配表
根据选好的控制器型号以及驱动器和传感器型号，根据CPu现有I/O资源及I/O统计表规划系统I/O组成，在保证功能完善的同时为将来的程序优化及功能拓展留有一定接口余量，同时避开个别具有特殊功能的I/0地址。为各输入输出功能分配I/O地址，列出I/O分配表。表2为十字路口交通灯控制系统I/O分配表。
六 绘制电路图
根据I/O分配表，绘制电路图（原理图，接线图以及布置图）。
七 绘制程序流程图，做好虚拟资源规划
简述控制思路，依据控制方案绘制控制流程图，并做好程序中可能用到虚拟资源规划（PLC内部虚拟继电器规划，变量定义）。
八 编写程序及调试
选择合适的编程语言依据程序流程图编写程序源代码并完成调试。
九 编写开发设计说明书
开发设计说明书是设计审定及调试、使用、维护过程中不可缺少的技术资料[2]。设计说明书除了应包含以上1-7项的内容外，还要包含以下方面的内容。
1、电机拖动方案选择依据。
2、主要参数的计算过程。
3、设计任务书中要求的各项技术指标的核算与评价。
4、设备调试要求与调试方法。
5、使用、维护要求及注意事项。
采用电气控制系统设计八步法来处理项目案例对学生进行设计流程强化训练，在电气控制与PLC课程实践教学中需将理论与实践教学有机结合，才能充分发挥学生的主观能动性和创新意识，提高学生解决实际工程问题的能力[3]。课堂上教师通过八步法来讲解案例向学生传授知识，所用的工程案例均经过八步法进行分解，引导学生积极主动地模仿使用八步法对工程案例进行分析和思考，进而能把复杂的项目进行分解后按步进行从而完成项目，这样可以提高学生的自信心，并且在课后设置习题让同学通过八步法进行解决，让学生熟系使用八步法进行设计的过程。再通过课程设计和毕业设计进行接近工程的实战训练，这样才能使学生在以后的工作中遇到项目才不会手足无措。本研究中，采用八步法教学模式，具体通过项目引入、项目分析、引入教材、实践操作等环节，每一环节中均按照先理论、后实践的顺序进行，达到学习理论、运用理论、实践动手能力的目标[3]。从传统的理论教学中走出来，根据电气控制八步法把项目进行优化整合，从项目引入开始，逐步吸引学生进入到电气控制与PLC应用技术的理论学习中，再将项目中各控制环节有机串联，并运用电气控制八步法分析确定项目中的重点、难点，再通过实践进行深化理论，使电气控制八步法成为理论与实践有机结合的桥梁，让学生掌握该项目的知识与技能。电气控制八步法教学模式以实际案例为依托，以学生为主体开展的教学实践环节，电气控制八步法贯穿于设计、开发及教学组织的全过程。运用电气控制八步法讲解案例是对课程内容的补充，可以培养学生整体概念，使学生能够了解和把握项目中存在的重点和难点问题，形成系统的知识框架体系[4-8]。
从2017年至今以洛阳理工学院机械电子工程专业和机械设计制造及其自动化专业的实践教学改革为主线看，以两个专业17、18、19级15个班共450名学生为样本的教学实践中发现，学生掌握电气控制系统设计八步法的使用后，显著提高了学生工程实践应用能力，降低了初学者面对一个项目时的盲目和手足无措情况的发生，能更好的使用PLC进行项目设计，有效的提高了学生的设计能力、综合应用能力以及创新能力，跟踪调查发现在毕业设计和课程设计过程中使用八步法独立完成的毕业生在工作中表现尤其突出，形成鲜明的对比。毕业生在工作中的表现得到了企业的广泛认可。电气控制系统设计八步法教学方法加强了学生对项目全过程的把握，提高了学生运用理论知识分析问题、解决问题的能力，通过使用八步法使学生的工程素养得到了显著提高和发展。
参考文献
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[3]郑武强,马飞,王明杰,等.技能型人才培养的机电液一体化技术教学研究[J].内燃机与配件,2019(09):251-252.
[4]卢蔚瑶.电气控制与PLC课程教学改革的探索和实践[J].中国现代教育装备,2011(03):110-111.
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[6]李娜.电气控制与PLC课程项目化教学改革[J].中国设备工程,2018(19):194-195.
[7]陈维平,余玲娜.浅谈电气控制工艺设计[J].机床电器,2004(03):11-13.
[8]王峰,程航,王晓芳,等.应用型本科大学《电气控制与PLC》课程的理论与实践教学研究[J].教育教学论坛,2018(02):180-182.
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