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ＰＬＣ技术应用及其课程教学模式改革的探讨
作者：陶亦亦 陆春元
关键词：PLC；应用现状；人才培养；改革与实践
经过近四十年的发展，PLC技术（可编程控制器技术）不仅能够进行逻辑控制，而且在模拟量闭环控制、数字量智能控制、数据采集、监控、通信联网以及集散控制系统等各方面都得到了广泛应用。近年来，其发展更为迅速，更新换代周期缩短为三年左右。PLC技术的快速发展对应用技术人才提出了更高的要求。高职教育的目的是为社会培养急需的应用技术人才，因此，为使PLC课程教学适应技术市场的要求而进行教学改革成为值得研究的课题。
PLC的应用现状
（一）我国PLC的市场规模与行业分布
长期以来，PLC始终是我国工业自动化控制的主流产品，为各种各样的设备提供控制应用，尤其是在离散制造业和混合控制的行业，PLC的应用广泛而成熟。其中，纺织和冶金行业是应用PLC最多的两个行业；汽车行业成为广泛应用PLC的第三大行业；电力、化工、石化是中国的基础工业行业，其PLC应用规模也较大；食品饮料、电子制造、建筑材料、市政工程在国内都有比较完善的产业基础和较大的规模，对PLC的需求也很明显。近年来各行业对PLC的需求量详见图1。
（二）PLC品牌市场的份额与竞争格局
总体上，我国PLC市场品牌格局是欧、美、日系列品牌占据市场的主流。其中，西门子以其全系列的工控产品和多年的品牌影响力，在所有应用行业中保持着强大的竞争力，预计在今后数年内，很难有其他品牌能够取代其在市场中的位置。相应地，其他品牌则依靠细分市场取得一定的份额，如三菱、欧姆龙凭借先入为主、较为完善的分销网络在小型PLC市场占据较大的份额；罗克韦尔自动化凭借系统集成网络在大型高端产品方面获得优势；施耐德则凭借在冶金行业的突出表现取得良好的业绩。一些后来的品牌依靠独有的优势也取得了一些突破，如LG产品依靠低廉的价格，业务有较大的增长。而国内产品占有市场的比例还很小，在已经上市的PLC产品中，还没有形成规模化的生产和名牌产品，甚至还有一部分是以仿制、进口组装或“贴牌”方式生产的。
从技术角度来看，国内外的小型PLC差距正在缩小。如无锡信捷、兰州全志等公司生产的微型PLC已经比较成熟，其可靠性在许多低端应用中得到了验证；有些国产PLC（如和利时）已经拥有符合IEC标准的编程软件，布尔指令执行速度优于0.5μs/步，支持现场总线技术（如profibus）等。PLC开发技术上的“瓶颈”随着技术标准的开放正在不断地消除。
从市场角度来看，国内的PLC生产企业面临着规模小、生产成本高、产品利润少、后续开发跟不上、推广不到位、渠道不畅通以及品牌建设难等困境，而解决问题的关键在于实现技术的产品化和产品的市场化。面对国际厂商数十年的规模化生产和市场管理经验，国内厂商更多地只停留在小批量生产和维系生存的起步阶段，离真正量产、市场化经营乃至创建品牌还有很大的一段距离。同时，随着国外品牌在中国的投资生产，国产PLC的低价优势也正在受到新的挑战。
（三）PLC市场应用分析
我们采用问卷形式对苏州及周边地区的PLC市场应用进行调查，被调查者全部来自各个单位的技术工程师或技术主管。从2006年6月至12月，共收到有效答卷103份，按用户所属行业进行统计，主要分布在机械制造、电力、冶金、化工、电子制造、食品与饮料、汽车、水处理、纸浆与造纸以及纺织等行业。其中，行业分布情况、品牌市场份额分布情况以及机型应用分布情况详见图2、图3和图4。
对国内产品选用意向的调查显示，用户在决定是否选用国产品牌时最关注的是产品的可靠性、生产厂家的技术实力以及应用业绩。此外，用户选型存在的心理障碍还有国产品牌形象差、推广不够、售后服务不到位等。
从市场调研获悉，在未来几年内，各被调查企业都会不同程度地追加PLC投资金额。另外，随着世界制造业基地的进一步扩大和本地国有企业、民营企业设备的自动化改造，PLC在苏州及周边地区的市场将进一步扩大，前景更加广阔。估计在未来几年内，PLC市场规模将按10%的年增长率递增。
PLC技术的人才需求与培养现状
目前，很多企业在机械设计、软件开发、自动控制、市场营销等方面的人才很充裕，而在PLC应用技术方面的人才很紧缺。很多PLC应用技术人员在解决PLC顺序逻辑控制方面的问题时基本能够胜任，但在解决PLC的复杂控制，如通讯技术、现场总线技术、分布式控制系统、人机界面技术等方面的问题时则显得力不从心，因此，市场对PLC应用技术人才的需求量很大。以苏州为例，2006年第三季度对PLC应用技术人才的需求量在500名以上，仅次于数控技术和模具设计的人才需求量。
下面考察一下我国PLC技术人才的培养状况。在20世纪70年代末期，随着机电设备的引进，开始逐步接触PLC技术，部分高校于80年代中期开始在电气自控类专业开设PLC课程，到80年代末才在机电类专业以选修课的形式开展PLC应用技术的教学。随着改革开放的进一步深入以及国外先进制造技术与控制技术的引进，PLC作为一种先进的自动控制设备得到了广泛应用。各高校也逐步以专业课的形式开设PLC教学课程。然而，PLC课程的教学主要仍以PLC工作原理、程序设计等理论教学为主。随着我国高等职业教育的兴起，PLC应用技术在各高等职业院校中普遍以专业技术课程的形式出现。在教学过程中加大了PLC的实践教学内容，但是，很多高职院校限于教学资源，大部分PLC实践教学仍然停留在教学演示和一些简单的逻辑控制实训阶段，和当前PLC技术的飞速发展的现实存在着严重的脱节，使很多学生进入企业后对眼前的PLC控制设备不知所措，不能够很快地融入企业生产的实践过程，于是不得不重新开始学习PLC控制新技术。
再看看苏州的情况。苏州作为最大的世界制造业基地之一，云集了西门子、阿尔卡特、松下、三星等世界500强企业中的80多家。这些顶级外资企业的入驻在给苏州带来大量经济产值的同时，也给苏州带来了最先进的生产力。数控机床、机器人、电路板封装线、MPS柔性生产系统等自动化程度极高的先进设备得到了大量的应用，而这些先进设备绝大部分都使用了PLC控制。PLC控制设备已经成为苏州先进生产设备的大脑，对企业的生产能力具有不可忽视的作用。近年来，苏州在努力提高本地人才培养能力的同时，大量引进了国内外的高层次人才。即便这样，人才“瓶颈”的问题仍日益突出，尤其是机电行业。PLC技术人才已经成为各大公司追逐的紧缺人才。
因此，高等职业技术学校培养出来的学生应满足地区对PLC应用技术人才的需求，为企业集团提供技术支持。可见，对于PLC应用技术相关课程教学模式的改革刻不容缓。
PLC应用技术教学的改革与实践
为提高应用型高技能人才培养的针对性和有效性，我校课题组在多年教学实践基础上，以“强化实践，重在应用”为指导思想，选择以三菱FX2N系列为主线产品，重新审视了教学内容、方法与手段，自编了贯穿项目教学理念的校本教材，自制了实验装置，加强了实验基地建设，并取得了一定的实效。
确定教学目标，整合课程内容根据社会发展对掌握PLC技术人才的需求，在为地方经济建设服务的宗旨下，该课程应当体现以培养具有实际技术应用能力为主的课程教学目标，强调打牢基础，强化实践技能的培养，更新教学方法和手段，增强学生的动手能力，提高学生的实际应用能力。根据课程的教学目标，我们以项目应用为主线，优化组合教学内容，将课程内容调整为电气控制、PLC基本原理与应用、SFC编程法、功能指令应用、系统设计与维护五部分，重新制定了完善的课程教学大纲和实训大纲，编写了授课计划和典型教案等教学文件。
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