校企互动式PLC课程教学研究

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摘要：针对当前高校中plc课程普遍围绕外国品牌PLC开展教学的现状，建议应积极引入国产替代化产品及技术进入课堂，并探索研究高校与国内相关企业开展PLC课程互动教学的模式，推动人才培养与国产技术的双向发展。

关键词：PLC；国产替代；校企互动

1引言

可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController,PLC）是一种集逻辑计算、自动控制和网络通讯的关键技术设备，经过50余年的发展，在工业自动化领域得到广泛应用。由于起步较晚，我国PLC市场长期被三菱、西门子、施耐德等少数外国品牌所占据，但近年来国内PLC企业在外企压迫的岩石狭缝中逐渐壮大起来，并依靠性价比优势站稳了市场，涌现出来了如北京和利时、无锡信捷、深圳汇川以及黄石科威等一批优秀企业。随着“十四五”期间工业互联网创新发展战略深入实施，装备制造业数字化转型步伐不断加快，我国工业自动化领域人才需求呈现井喷态势。与此同时，近几年来，以美国为首的西方国家对中国降下“技术铁幕”，动辄以实体清单、出口管制等方式遏制打压我国高新技术发展，PLC作为工控行业的关键核心设备，更是必争的“主战场”。当前，各高校开设的电气自动化及PLC课程基本都是围绕外国品牌产品进行展开，因此探索如何让PLC课程教学积极响应国家发展大局、顺应国产替代化发展趋势，对承担培养新时代应用型人才的高校以及寻求更高层次发展的企业都有着重要意义。

2教学现状分析

2.1PLC课程的开展情况

PLC相关课程是面向高等学校及高职高专机电一体化、自动控制类及相关专业学生的一门专业基础课、主干课，旨在让学生通过系统性学习PLC的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，掌握1至2种基本机型，从而了解PLC控制技术的基本原理和应用，为今后从事机电、自动控制等领域的工作打下基础。本文选取了在中国大学MOOC慕课网（www.icourse163.org）上开设了PLC线上课程的40所学校（其中普通高等学校11所，高职高专29所）作为样本进行分析。（1）不同学校之间课程内容各有侧重。在普通高等学校中，通常与电气控制或工业控制相关内容一同讲授，如我院的《电气控制与PLC技术》以及南京工业大学开设的《工业控制装备》课程。在高职高专学校里，则作为一门应用型非常强的课程进行单独授课，如苏州工业职业技术学院的《PLC应用与实践》以及河北科技工程职业技术大学的《PLC控制系统编程与实现》课程。以我院的《电气控制与PLC技术》课程为例，该课程是电气专业的必修课程，总共32学时，其中4学时介绍低压电器、继电器电路等电气控制基础知识，4学时介绍PLC基础知识，其余24学时均是围绕三菱FX系列PLC开展编程及应用设计学习。（2）遍使用成熟外国品牌PLC产品开展教学。我们对抽样的40所院校PLC课程使用的PLC产品品牌型号进行了统计分析，见表1。除武汉理工大学开设的《电器控制与可编程序控制器》使用的是中国台湾品牌的台达DVP系列外，其余39所学校的课程均使用的是欧美日知名品牌的成熟型号，特别是西门子的S7系列和三菱的FX系列使用率分别为72.5%和20%，合计占比达到92.5%。

2.2存在的不足

（1）与高速发展的应用场景不相适应。根据实际教学经验发现，当前PLC课程很容易让学生误认为是一个设备实操课，特别是对很多PLC功能应用只要求死记硬背，虽然有一些简单的设计案例，但并不能很好帮助学生理解PLC作为一个重要工业控制设备所发挥的作用。此外，大多数学校没有开设如集散控制系统（DCS）、现场总线等与PLC相关的后续衔接课程，且任课老师通常与产业界联系较少，无法帮助机电专业学生更好地了解现代工业控制知识体系及真实应用场景。（2）过度依赖外国厂商提供的产品技术。长期以来，西门子、三菱等外国厂商凭借完善的产品体系和优质的客户服务占据着国内PLC市场，更通过免费、详尽的仿真教学软件和线上教程极大降低了PLC学习的门槛。但是作为新时期的高等院校，不应该一味追求简单方便，要为实现核心关键技术自主可控而不断改进，否则如操作系统、半导体芯片等领域的裹足不前将一次又一次地发生，一旦国家面临危急时刻，这些外国产品和技术的断供、禁运、封锁也一定会发生。此外，长期使用外国品牌PLC也会造成国产PLC设备的专业技术人才无法得到有效培养，进一步压制了国产PLC的发展进步。

3课程改革探索

3.1国产替代的优势

近年来，如同其他国产产品，国产PLC设备厂商很好发挥了后发优势，从外国厂商不起眼的小型PLC起步，逐步依靠确切了解国内用户需求，可灵活定制个性化产品，并提供日益完善的全过程服务等优势，取得了一定市场份额，为PLC课程引入国产设备创造力有利条件。（1）编程语言学习上的可替代性。目前PLC课程中大量使用的基本都是小型PLC产品，而对PLC学习最重要的部分就是对编程语言的学习。1993年，国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，简称IEC）发布了PLC相关的国际标准，命名为：IEC61131。其中IEC61131-3标准明确了了PLC的编程语言、语法、程序结构、数据类型、指令、函数等关于编程的方方面面，为PLC编程提出了明确的、可操作的指导，这给国内企业保持与国际先进水平同步提供了捷径。因此国产PLC产品在使用的梯形图、STL等编程语言上与外国品牌没有任何差别，学习上完全可以实现替代。（2）开展系统性学习的便利性。国产PLC厂商在国内拥有完整且完全本地化的研发、生产、销售和技术支持中心，特别是在高校聚集较多的城市，很多国内大型PLC厂商均设有研发中心或生产基地，如表2所示。对国产PLC开展学习，不仅能学习PLC如何应用，更能了解每一型PLC产品从设计到应用再到优化成熟的全过程，这是从外国品牌PLC那里无法学习到的。（3）对教育和人才投入的积极性。绝大多数的国内PLC厂商当前都处在一个向上爬坡的发展阶段，对人才特别是技术人才的需求十分强烈，这也是他们热衷在高校云集的城市如武汉、南京、西安等地设有研发中心的原因之一。如无锡信捷公司就已经与江南大学、南京工业职业技术学院等学校共建联合实验室或校外实训基地，既能帮助企业实现技术升级，也能广纳人才。

3.2学生的接受程度

针对本院上一学年度已经完成PLC课程的112名学生，开展了一次线上问卷调查，以了解学生对PLC课程引入国产设备以及与国内PLC厂商开展校企合作的态度和想法。（1）学生普遍对国产PLC认识较少。在回答“对国产PLC了解程度如何”的问题时，40.2%的学生选择“没有听说过国产PLC”，47.3%的学生选择“听说过国产PLC，但无法说出具体的品牌”，10.7%的学生选择“知道1至2个国产PLC厂商品牌”，只有1.8%的学生选择“知道3个以上国产PLC厂商品牌”。（2）学生对国产PLC接受程度较高。在回答“对使用国产PLC意愿如何”的问题时，70.5%的学生选择“愿意学习并使用国产PLC”，29.5%的学生选择“愿意综合比较国产PLC与外国品牌PLC性能，然后择优使用”，没有人选择“认为国产PLC比不过外国品牌PLC，不愿意使用”。（3）学生期待校企合作能帮助求职就业。在回答“如果国产PLC厂商与学校开展校企合作时，你有什么期待”的问题时，有81.3%的学生选择“希望能提供实习或者就业机会”，有11.6%的学生选择“希望开阔视野，更深入了解PLC产业”，有7.1%的学生选择“无期待”。

3.3学校与企业互动模式的设想

目前，我院实验室共有6台三菱FX2N系列PLC，均为自行购买，无相关厂家配套支持，日常由实验室老师组织学生开展相关实训课程。在此种模式下，PLC课程作为一种实操性与应用性都非常强的课程，很容易造成教学内容与企业实际需求脱节，学校教学水平和实训质量难以提高。另一方面，外国企业则同样高度重视与各高校开展产学交流合作，如西门子公司早在2016年就教育部签署了合作备忘录，涉及基地建设、专业共建、教师能力提升、教学资源共享、学生工程能力认证等方面，更多次举办“西门子杯”中国智能制造挑战赛，为校企合作提供了一个很好的样板。但是投入资源有限的外资巨头不可能惠及中国每一所院校，特别是作为培养专业技能型人才的普通应用型大学和高职高专数量多、学生多，更需要开展有效的校企合作来提升其教学水平。随着国内PLC公司的业务发展和技术升级，越来越多的企业认识到专业技能人才的重要性。通过向外企的相关经验进行学习和实践总结，探索出一种“学校、学生、企业”三方共赢的互动合作模式显得尤为重要。（1）建设开放性课堂。课堂是教学的第一场所，培养好的应用型技能人才最关键的就是要建设一个与企业保持开放互动的PLC课堂，改变传统的“老师授课+简单实训”形式，坚持开门办学，充分发挥国内优质PLC企业在技术研发和大量工程实践中积累的宝贵经验，通过“工程师进课堂”、“师生进企业”、“项目进教材”等方式方法，不断丰富教学内容，让知识不再仅仅停留在课本试卷上，而是体现在一个个生动直观的案例里。另一方面，一个开放性的课堂也能充分调动学生的学习热情，从课堂的接受者到参与者，变“被动听”为“主动学”，有效提升教学质量。（2）共建实训基地。实训基地是锻炼学生动手能力的场所，也是实践理论知识的最佳平台。通过鼓励企业与学校共建或升级现有PLC实训基地，引入国产同类型PLC产品，既能加深学生对不同PLC共有特性的理解掌握，又能与现有的外国品牌PLC进行性能比较。企业在这一过程中如果只是对现有PLC实训场所升级改造，相对投入也有限，但收益相对较多，包括能够向学生推广国产PLC产品并获得潜在用户、可以优化完善本公司产品的培训内容、得到师生在使用过程中对产品的改进意见等。（3）加强人才培养。校企互动中最重要的参与者就是学生，一个好的合作模式能够实现学生到专业技术人才的转变。学校作为教学活动的组织者，要统筹企业用人需求与学生现实情况，合理分配教学资源，科学制定教学大纲。企业在明确需求的同时，也需要尊重人才培养不可能一蹴而就的客观规律，把人才培养作为公司长期战略来投入和经营，深度参与教学计划和教学内容的优化完善，并以联合举办PLC设计竞赛、招纳暑期实习生等形式，培养选拔优秀人才。和C语言等很多工科课程一样，PLC课程是一门实践性很强的课程，学生自己也要充分利用好学校和企业提供的资源，加强自主学习，帮助自己在日趋激烈的就业市场中取得理想的职场机会。

3.4可能遇到的困难

（1）针对国产PLC产品的课程配套体系尚未建立。广泛应用的外国品牌PLC在研发产品的同时，同步开发了相应的仿真软件和实训软件，极大降低了学习的门槛。以三菱PLC为例，其新一代编程开发软件GXWorks就具备了仿真功能，方便学生直观理解电气器件是如何按照指令运行的；三菱公司还开发了专门的入门教学软件FX-TRN-BEG-C，供初学者从零开始学习PLC相关知识。因此在如此便利的条件下，目前国内PLC课程体系均是按照这些外国厂商早先设计的学习路线来建立的，激进而盲目地使用国产PLC来进行替换，反而会起到反作用。（2）国产PLC产品本身技术状态尚未成熟。国产品牌PLC厂商在国内拥有完整的研发、技术支持以及售后运维体系，能够灵活快速的响应客户需要，开发定制化产品，这也是他们逐渐占领市场的主要优势。但是，这种优势带来的弊端就是产品技术状态不够稳定，造成型号多而杂，应用面相对狭窄，缺乏一种像西门子S7系列和三菱FX系列这样广泛应用的成熟型号，供教学使用。

3.5下步发展方向

推广国产自主产品替代外国品牌产品在PLC课程的使用，需要学校和企业共同的努力，从多方向、多层次全面加强合作。（1）共同规划课程体系。学校应根据PLC产业“交叉融合、高度集成、实时多变”的特点，以提升学生“工程实践能力、创新创业能力、可持续发展能力、综合协调能力”为目标，与企业共同制定人才培养方案，优化课程大纲，重构课程内容，开发配套课程软件，编写教材讲义和产品教程手册，分阶段建立一套完整、可实施、可推广的国产PLC课程教学体系。（2）共同推进产品研发。要坚持“走出去”与“请进来”相结合，学校和企业可以成立“教师+工程师”联合团队，企业提供教师挂职锻炼平台，让有意愿的教师参与实际工程项目和产品研发，帮助企业解决实际技术难题，增加教师工程实践经验；学校邀请企业技术专家、资深工程师和高管走进PLC课堂和实训基地，指导学生的同时，了解教学中使用PLC的需求，研发或挑选出合适的PLC产品逐步取代外国品牌产品。

4结语

综上所述，面对当前复杂的国际形势，作为工业自动控制核心设备之一的PLC，在众多优秀的国内厂商推动下一定会实现完全自主可控。在这一国产替代趋势下，高等院校开设的PLC课程可以依托良性有机的校企互动，通过引入成熟国产PLC产品，建立科学规范的课程体系，开展创新式的教学探索，为我国PLC专业人才培养和企业产品技术升级贡献力量。

参考文献：

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作者：聂菁 刘婷婷 鲁艳旻 毛玲 单位：文华学院 机械与电气工程学部电气系