Nghiên cứu xây dựng bài giảng thực hành cho môn học PLC áp dụng trong trường hợp cao đẳng điện tử điện lạnh hà nội

Luật giáo dục số 38/ 2005/ QH11 quy định: “Mục tiêu của giáo dục nghề nghiệp là đào tạo người lao động có kiến thức, kỹ năng nghề nghiệp ở các trình độ khác nhau, có đạo đức, lương tâm

Bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội



PHẠM HỒ CƯƠNG

NGHIấN CỨU XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH CHO MễN HỌC PLC ÁP DỤNG TRONG TRƯỜNG CAO ĐẲNG ĐIỆN TỬ ĐIỆN LẠNH HÀ NỘI

Luận văn THạC Sỹ SƯ PHạM Kỹ THUậT

CHUYÊN NGàNH Lý LUậN Và PHƯƠNG PHáP DạY HọC

CHUYÊN SÂU SƯ PHạM Kỹ THUậT ĐIệN

Bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội



PHẠM HỒ CƯƠNG

NGHIấN CỨU XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH CHO MễN HỌC PLC ÁP DỤNG TRONG TRƯỜNG CAO ĐẲNG ĐIỆN TỬ ĐIỆN LẠNH HÀ NỘI

Luận văn THạC Sỹ SƯ PHạM Kỹ THUậT

CHUYÊN NGàNH Lý LUậN Và PHƯƠNG PHáP DạY HọC

CHUYÊN SÂU SƯ PHạM Kỹ THUậT ĐIệN

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS Phạm Văn Bình

Hà Nội - 2011

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU: 1

I Lý do chọn đề tài 1

1.1 Luật giáo dục số 38/2005/QH11 qui định 1

1.2 Nhu cầu nguồn nhân lực và sự phát triển của KHKT 1

1.3 Yêu cầu chất lượng nguồn nhân lực 2

II Mục đích nghiên cứu 3

III Khách thể đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1 Khách thể nghiên cứu 3

2 Đối tượng nghiên cứu 3

3 Phạm vi nghiên cứu 3

IV Giả thuyết khoa học 3

V Nhiệm vụ nghiên cứu 4

VI Phương pháp nghiên cứu 4

VII Cấu trúc luận văn 4

Chương I: Cơ sở lý luận và thực tiễn xây dựng nội dung các bài thực hành PLC cho sinh viên cao đẳng chuyên ngành tự động hóa khoa điện 6

1.1 Tổng quan lịch sử vấn đề nghiên cứu 6

1.1.1 Thực tế sử dụng PLC trong dạy học hệ cao đẳng 6

1.1.2 Lịch sử ra đời của PLC 7

1.2 Cơ sở triết học và tâm lý sinh lý của quá trình dạy học thực hành 9

1.2.1 Cơ sở triết học 9

1.2.2 Cơ sở tâm lý học 10

1.2.3 Cơ sở tâm lý học 11

12.4 Cơ sở khoa học của dạy học thực hành 13

1.2.4.1 Quá trình hình thành kỹ năng 13

1.2.4.2 Đặc điểm tâm sinh lý của sinh viên 14

1.3 Thiết bị dạy học 16

1.3.1 Một số khái niệm liên quan 16

1.3.2 Những nguyên tắc chung khi sử dụng thiết bị dạy học 18

1.4 Một số nguyên tắc khi sử dụng thiết bị chuyên dụng trong dạy học thực hành 19

1.4.2 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC 20

1.4.2.1 Cấu trúc 20

1.4.2.2 Nguyên lý hoạt động của PLC 21

1.4.3 Các hoạt động xử lý bên trong PLC 23

1.4.3.1 Xử lý chương trình 23

1.4.3.2 Xử lý xuất khẩu 23

1.4.3.3 Các phương pháp lập trình 24

1.5 Những đặc điểm cơ bản của trường Cao đẳng Điện tử Điện lạnh Hà Nội 25

1.5.1 Đối tượng học 25

1.5.2 Trang thiết bị học tập 26

1.5.3 Về đội ngũ giáo viên 26

KẾT LUẬN CHƯƠNG I 27

Chương 2.Xây dựng nội dung bài thực hành PLC cho sinh viên Cao đẳng chuyên ngành Tự động hóa khoa điện trường Cao đẳng Điện tử Điện lạnh Hà Nội 28

2.1 Mục tiêu, nội dung môn học “ thực hành PLC” ở trưởng Cao đẳng Điện tử Điện lạnh Hà Nội 28

2.1.1 Mục tiêu môn học 28

2.1.2 Phân phối chương trình PLC 28

2.1.3 Nội dung học phần 29

2.2 Nội dung môn học bổ trợ cho môn thực hành PLC 30

2.2.1 Thực hành truyền động và điều khiển bằng khí nén 30

2.2.2 Thực hành truyền động và điều khiển bằng dầu ép 30

2.3 Quy trình xây dựng nội dung các bài thực hành PLC 30

2.4 Chi tiết xây dựng bài thực hành PLC theo qui trình trên 33

2.5 Một số bài dạy thực hành cụ thể PLC S7-300 51

2.5.1 Bài 1 Điều khiển mở máy ĐC 3 pha rôto lồng sóc tự động đổi nối Y/∆ 51

2.5.2 Bài 6 Điều khiển hệ thống trộn và phun sơn tự động 59

KẾT LUẬN CHƯƠNG II 80

Chương III Tổng kết thực nghiệm sư phạm và hướng phát triển 81

3.1 Mục đích, nhiệm vụ, phương pháp và đối tượng thực nghiệm 81

3.1.1 Mục đích thực nghiệm 81

3.1.3 Phương pháp thực nghiệm 81

3.1.4 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 82

3.1.5 Đối tượng thực nghiệm 82

3.2 Nội dung và tiến trình thực hiện 82

3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm 82

3.2.2 Nội dung thực nghiệm 83

3.3 Đánh giá, xử lý kết quả thực nghiệm 83

3.3.1 Đánh giá định tính 83

3.3.2 Đánh giá định lượng 84

3.4 Phương pháp chuyên gia 89

KẾT LUẬN CHƯƠNG III 92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

1.1 Luật giáo dục số 38/ 2005/ QH11 quy định:

“Mục tiêu của giáo dục nghề nghiệp là đào tạo người lao động có kiến thức, kỹ năng nghề nghiệp ở các trình độ khác nhau, có đạo đức, lương tâm nghề nghiệp, ý thức kỷ luật, tác phong công nghiệp, có sức khỏe nhằm tạo điều kiện cho người lao động có khả năng tìm việc làm, tự tạo việc làm hoặc tiếp tục học tập nâng cao trình

độ chuyên môn, nghiệp vụ, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội, củng cố

quốc phòng, an ninh”.(Điều 33)

với giảng dạy lý thuyết để giúp sinh viên có khả năng hành nghề và phát triển nghề

nghiệp theo yêu cầu của từng công việc” (Điều 34)

“ Chương trình giáo dục nghề nghiệp thể hiện mục tiêu giáo dục nghề nghiệp; quy chuẩn kiến thức, kỹ năng, phạm vi và cấu trúc nội dung giáo dục nghề nghiệp, phương pháp và hình thức đào tạo, cách thức đánh giá kết quả đào tạo đối với mỗi môn học, ngành, nghề, trình độ đào tạo của giáo dục nghề nghiệp; bảo đảm liên

thông với các chương trình giáo dục khác” (Điều 35)

1.2 Nhu cầu nguồn nhân lực và sự phát triển của KHKT

Trong giai đoạn đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và hội nhập quốc tế, nguồn lực con người Việt Nam càng trở nên có ý nghĩa quan trọng, quyết định sự thành công của công cuộc phát triển đất nước Giáo dục ngày càng có vai trò và nhiệm vụ quan trọng trong việc xây dựng một thế hệ người Việt Nam mới, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế -xã hội Điều này đòi hỏi giáo dục phải có chiến lược đúng hướng, hợp quy luật, xu thế và xứng tầm thời đại

Với sự phát triển mạnh của KHKT, nước ta đã và đang xây dựng ngày càng nhiều các nhà máy đa dạng về công nghệ Ngành Tự động hóa cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu của sản xuất Ứng dụng công nghệ tự động vào trong sản xuất là xu hướng tất yếu của Việt Nam đang trên đường phát triển công nghiệp,

cùng với sự hòa nhập WTO Tự động hóa quá trình sản xuất đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất, từng bước thay thế dần sức lao động của

con người thông qua bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic

Controller)

1.3 Yêu cầu chất lượng nguồn nhân lực

Nâng cao chất lượng đào tạo sinh viên là một trong những định hướng của các trường hiện nay Thực tế trong thời gian qua, công tác đào tạo sinh viên trong các trường cao đẳng đã đạt được những thành tựu đáng kể, đã xây dựng được đội ngũ lao động phần nào đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân nên công tác đào tạo đang bộc lộ nhiều bất cập và chưa đáp ứng kịp thời những đòi hỏi cao của xã hội theo hướng CNH-HĐH Một trong những đặc điểm đó là nặng nề về truyền thụ phần lý thuyết kỹ thuật chuyên môn mà xem nhẹ

về thực hành, chưa phát huy được chủ động sáng tạo của sinh viên trong quá trình học tập, chưa coi trọng đúng mức và chưa có quy trình hợp lý để hình thành và rèn luyện kỹ năng, chưa chú ý để trang bị những năng lực cần thiết cho sinh viên hoàn thiện khi ra trường Theo đánh giá của một số nhà nghiên cứu “Sinh viên khi ra trường về cơ bản nắm vững được kiến thức lý thuyết chuyên môn và kiến thức văn hóa cơ bản nhưng kỹ năng thực hành kém, lúng túng về tay nghề”

Để khắc phục tình trạng vừa lãng phí vừa thiếu hụt trong đào tạo nhân lực, giáo dục phải bám sát nhu cầu và đòi hỏi của xã hội, thông qua việc thiết kế các chương trình đào tạo đáp ứng yêu cầu cung cấp nhân lực phục vụ các ngành kinh tế đa dạng Các chương trình, giáo trình và các phương án tổ chức dạy học phải đa dạng hơn, có tính liên kết giữa các nội dung kiến thức tạo cơ hội cho mỗi sinh viên có năng lực đáp ứng với chuẩn mực chung nhưng gắn với nhu cầu, nguyện vọng và điều kiện học tập của mình Trong bối cảnh hội nhập cũng như nhu cầu học tập của sinh viên Khoa Điện -Trường Cao đẳng đẳng điện tử điện lạnh Hà nội luôn coi vấn đề về đổi mới phương pháp dạy học trong các môn thực hành chuyên ngành Điện như là một chiến lược đổi mới GD&ĐT nhằm nâng cao chất lượng cho sinh viên sau khi ra trường Đặc biệt môn thực hành PLC có đặc điểm là một chuyên ngành rất mới đối

với chương trình đào tạo sinh viên trình độ Cao đẳng, môn học này có một số liên quan đến các môn học khác như: Tin học cơ bản, Trang bị điện, Điện tử số… Vì vậy để đáp ứng được các mục tiêu trên tác giả chọn đề tài:

“Nghiên cứu xây dựng bài giảng thực hành cho môn học PLC áp dụng trong trường Cao đẳng Điện tử Điện lạnh Hà nội”

II Mục đích nghiên cứu

Xây dựng nội dung các bài giảng thực hành PLC cho sinh viên chuyên ngành

cao chất lượng dạy học thực hành cho sinh viên hệ Cao đẳng nhằm đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động trong giai đoạn hiện nay

III Khách th ể đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1 Khách thể nghiên cứu

Nghiên cứu xây dựng bài giảng thực hành cho môn học PLC trên nền tảng cơ sở vật chất và những định hướng phát triển của trường, áp dụng giảng dạy sinh viên trường Cao đẳng Điện tử Điện lạnh Hà nội

2 Đối tượng nghiên cứu

Cơ sở lý luận xây dựng bài giảng thực hành

Quy trình xây dựng nội dung các bài giảng thực hành PLC cho sinh viên chuyên

Đối tượng khảo sát: Một số lớp sinh viên đại diện

3 Phạm vi nghiên cứu

- Cơ sở tâm lý của đối tượng học sinh sinh viên

- PLC và các kiến thức có liên quan

IV Giả thuyết khoa học

- Nếu xây dựng và áp dụng tốt nội dung các bài thực hành PLC trong chương

Tự động hóa khoa Điện - Trường Cao đẳng Điện tử Điện lạnh Hà nội

trường đề ra được chiến lược đầu tư trang thiết bị phù hợp

V Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở thực tiễn của việc xây dựng nội dung các bài giảng thực

Điện tử Điện lạnh Hà nôi

xây dựng

VI Phương pháp nghiên cứu

Để thực tiễn các nhiệm vụ trên, đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

quan làm cơ sở để xây dựng nội dung các bài thực hành PLC

và điều khiển hệ thống các dây truyền, băng tải trong các cơ sở sản xuất; các công việc, kỹ năng thao tác của các kỹ thuật viên trong quá trình làm việc

nghiên cứu

VII Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung của luận văn gồm 3 chương

Chương I: Cơ sở lý luận và thực tiễn xây dựng nội dung các bài giảng thực hành

Chương II: Xây dựng nội dung các bài giảng thực hành PLC cho sinh viên Cao đẳng chuyên ngành Tự động hóa khoa Điện -Trường Cao đẳng Điện tử Điện lạnh

Hà nội

Chương III: Tổng kết thực nghiệm sư phạm và hướng phát triển

1.1.1 Thực tế sử dụng PLC trong dạy học hệ cao đẳng

Đây là một môn học hoàn toàn mới đối với chương trình đào tạo sinh viên Cao đẳng Đối với hệ Đại học thì môn học này đã được đưa vào giảng dạy từ những năm

90 Tuy vậy, chương trình đào tạo Đại học chủ yếu là mang nặng tính lý thuyết, thời gian thực hành chiếm rất ít trong tổng số thời gian của môn học Trang thiết bị thực tập trong các phòng thực tập rất hạn chế, lạc hậu, không theo kịp sự phát triển của khoa học công nghệ trong giai đoạn hiện nay Vì vậy sinh viên khi ra trường không đáp ứng được nhu cầu của nhà tuyển dụng

Để khắc phục tình trạng “thừa thầy, thiếu thợ” trong bối cảnh hội nhập Việc nâng cao chất lượng đào tạo ở các trường là một yêu cầu cấp bách Để thực hiện yêu cầu đó cần phải xây dựng nội dung chương trình đào tạo phù hợp đặc biệt là nội dung các môn học thực hành

Một số hạn chế:

tượng sinh viên học hệ cao đẳng

sở vật chất, thiết bị dạy học thực sự rất khó khăn đối với các trường cao đẳng Nhận xét: Vì là nội dung mới nên việc thiết kế, xây dựng nội dung các bài giảng PLC gặp nhiều khó khăn trong lĩnh vực tham khảo và nghiên cứu tài liệu có liên quan Nhưng bù lại đây là thuận lợi khi dựa trên khung chương trình do Bộ giáo dục đào tạo mới được ban hành, có thể xây dựng và điều chỉnh nội dung bài giảng cho phù hợp với yêu cầu nâng cao chất lượng dạy học

1.1.2 Lịch sử ra đời của PLC

Thiết bị điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Moto – Mỹ) các nhà sản xuất ôtô đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuật đầu tiên cho thiết bị điều khiển logic khả trình Mục đích đầu tiên là thay thế cho các tủ điều khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyên phải thay thế các rơle do hỏng cuộn hút hay gãy các thanh lò xo tiếp điểm Mục đích thứ hai là tạo ra một thiết bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển Các yêu cầu kỹ thuật này chính là

cơ sở của các máy tính công nghiệp, mà ưu điểm chính của nó là sự lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật viên và các kỹ sư Với thiết bị điều khiển có khả năng lập trình giúp người vận hành tiết kiệm thời gian dừng trong sản xuất, mở rộng khả năng hoàn thiện hệ thống và thích ứng với sự thay đổi trong sản xuất Một số nhà

sản xuất thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã chế tạo ra các thiết bị điều khiển

có khả năng lập trình gọi là PLC Các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng mở rộng

ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác [31]

Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công của PLC đó chính là độ tin cậy cao

và khả năng lập trình dễ dàng Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán dẫn được thiết kế thích ứng với môi trường công nghiệp Các mạch vào ra được thiết kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu được ẩm, chịu được dầu, bụi và nhiệt

độ cao Các ngôn ngữ lập trình đầu tiên của PLC tương tự như sơ đồ thang các hệ thống điều khiển logic, nên các kỹ sư đã làm quen với sơ đồ thang, dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà không cần phải qua một quá trình đào tạo nào Một số các ứng dụng của máy tính trong sản xuất trong thời gian đầu bị thất bại, cũng chính là việc học sử dụng các phần mềm máy tinh không dễ dàng ngay cả với các kỹ sư Khi các vi xử lý được đưa vào sử dụng trong các năm 1974-1975, các khả năng

cơ bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn Các PLC có trang bị vi xử lý có khả năng thực hiện các tính toán và xử lý số hiệu phức tạp, điều này làm tăng khả năng ứng dụng của PLC cho các hệ thống điều khiển phức tạp Các PLC không chỉ dừng lại ở chỗ là các điều khiển logic, mà nó còn khả năng thay thế cả các thiết bị

điều khiển tương tự Vào cuối những năm 70 việc truyền dữ liệu đã trở nên dễ dàng nhờ sự phát triển nhảy vọt của công nghiệp điện tử Các PLC có thể điều khiển các thiết bị cách xa hàng trăm mét Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và việc điều khiển quá trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn [31]

Việc dùng những bộ PLC có thể giúp cho người sử dụng không cần phải có những thao tác tháo lắp, nối dây mất nhiều thời gian khi cần thay đổi chương trình điều khiển, người sử dụng chỉ cần ngồi ở một nơi và điều khiển bàn phím với công sức và thời gian lập trình vừa phải là có thể thay đổi hoàn toàn chương trình điều khiển cũ thành chương trình điều khiển mới

Mặc dù PLC có chức năng tương tự máy tính thông thường nhưng do yêu cầu làm việc trong môi trường công nghiệp nên phần cứng của nó được thiết kế với các điều kiện sau:

Thiết kế có cấu tạo chắc chắn, có khả năng chống nhiễu cao

Dung lượng bộ nhớ lớn có thể chứa được những chương trình phức tạp,

Giá cả có thể cạnh tranh được

Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công nghiệp Chúng ta sử dụng trong công nghiệp hóa chất, công nghiệp chế biến dầu, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý nước và chất thải, công nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt, nhà máy điện hạt nhân, trong công nghiệp khai khoáng, trong giao thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an toàn giao thông, trong các hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển robot, điều khiển máy công cụ CNC…Các PLC có thể được kết nối với các máy tính để truyền, thu thập và lưu trữ số liệu bao gồm cả quá trình điều khiển bằng hệ thống, quá trình đảm bảo chất lượng, chẩn đoán sự cố trực tuyến, thay đổi chương trinh điều khiển

từ xa Ngoài ra PLC còn được dùng trong hệ thống quản lý năng lượng làm giảm giá thành và cải thiện môi trường điều khiển trong các hệ thống phục vụ sản xuất, trong các dịch vụ và các văn phòng công sở

PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới Về nguyên lý hoạt động, các PLC này có tính năng tương tự giống nhau, về ngôn ngữ lập trình thì hoàn toàn khác nhau do thiết kế của mỗi hãng sản xuất PLC khác với các máy tính là không có ngôn ngữ lập trình chung và không có hệ điều hành chung Khi được cấp điện thì PLC có điện và chỉ chạy chương trình điều khiển đã được nạp vào trong bộ nhớ thông qua phần mềm lập trình và thiết bị truyền thông Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi như: Siemens, Toshiba, Omron, Allan Bradley…Tại Việt Nam

có các hãng này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, an ninh quốc phòng phục vụ công cuộc CNH- HĐH đất nước Có thể lập trình cho PLC một cách khá dễ dàng dựa trên một tập lệnh mà nhà sản xuất cung cấp Tập lệnh bao gồm nhiều lệnh, có thể cho phép người sử dụng kết hợp các lệnh này một cách logic

để tạo nhiều chương trình điều khiển đa dạng, phức tạp Ngoài các lệnh thông thường, nhà sản xuất còn cung cấp thêm các lệnh mở rộng (Expansion Instruction) làm phong phú thêm khả năng điều khiển PLC

1.2 Cơ sở triết học và tâm sinh lý của quá trình dạy học thực hành

1.2.1 Cơ sở triết học

Lý thuyết về nhận thức của chủ nghĩa Mac - Lenin đã khẳng định rằng: Nhận thức của con người bắt nguồn từ thực tiễn và cuối cùng trở về cải tạo thực tiễn Nhận thức của con người bắt đầu từ quá trình nhận thức cảm tính, quá trình đó liên

hệ chặt chẽ với tính trực quan Tính trực quan là một thuộc tính của sự vật, hiện tượng, nó làm bộc lộ những đặc điểm của sự vật, nhờ đó mà người ta có thể nhận thức được sự vật một cách rõ ràng Vì vậy, lý luận về nhận thức coi thực tiễn là cơ

sở, là động lực, mục đich đồng thời là tiêu chuẩn kiểm tra kiến thức

tượng đến thực tiễn, đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lý, của sự

nhận thức hiện thực khách quan” (VILenin, bút ký triết học NXBST, 1968 tr

189).Theo quan điểm duy vật biện chứng quá trình nhận thức trải qua ba giai đoạn

Đó là: Giai đoạn nhận thức cảm tính, giai đoạn nhận thức lý tính, giai đoạn tái sinh

cụ thể và trừu tượng Như vậy trực quan sinh động – nhận thức cảm tính, nhận thức

lý tính và tư duy trừu tượng là bộ phận hữu cơ của quá trình lĩnh hội tri thức Tri thức cần được kiểm tra và vận dụng qua thực tiễn, đó là kết quả cao nhất của nhận thức Điều này lại trở thành sự trực quan sinh động cao hơn cho quá trình nhận thức mới Quá trình nhận thức là sự thống nhất giữa trực quan sinh động và tư duy trừu tượng với sự thâm nhập thực tiễn vào cả hai Để nhận thức bên trong sự vật, cần phải có thao tác xử lý bên trong não bộ những hình tượng cảm tính đã được phản ánh, loại bỏ những khía cạnh ngẫu nhiên, không bản chất và chỉ giữ lại những dấu hiệu bản chất chung nhất của sự vật, hiện tượng

Trong dạy học kỹ thuật, quá trình hình thành các khái niệm kỹ thuật cũng bắt đầu từ trực quan sinh động (các mô hình, các thiết bị kỹ thuật…) sẽ tạo cho sinh viên khả năng quan sát, nhận xét và trên cơ sở đó thực hiện các thao tác phân tích, tổng hợp, so sánh và khái quát hóa để rút ra những dấu hiệu bản chất của các sự vật, hiện tượng Trực quan sinh động đóng vai trò quan trọng để tạo ra các yếu tố: Khái niệm - Hình ảnh – Thao tác giúp cho tư duy sinh viên phát triển Trong việc bồi dưỡng năng lực kỹ thuật cho sinh viên, trực quan sinh động còn góp phần hình thành ba khâu quan trọng: Lĩnh hội kỹ thuật – Thiết kế kỹ thuật – Vận dụng kỹ thuật

1.2.2 Cơ sở tâm lý học

Dưới góc độ tâm lý học, các nhà tâm lý học sư phạm đã chứng minh rằng: Trong

sự lĩnh hội tri thức của sinh viên, tri thức càng trừu tượng thì trực quan càng có ý nghĩa Dạy học trực quan khi đó là một trong những phương tiện tốt nhất để phát triển tư duy trừu tượng cho sinh viên Quá trình nhận thức trực quan được chia làm

ba giai đoạn:

Giai đoạn nhận thức cảm tính: Gồm cảm giác, tri giác

Giai đoạn nhận thức lý tính: Gồm tư duy và tưởng tượng

Giai đoạn tái sinh cái cụ thể trong tư duy

Một nghiên cứu cho thấy rằng trong vòng 24 tiếng đồng hồ sinh viên sẽ quên đi 50% những gì họ nghe thấy được ở những ngày trước đó Sau 2 tuần họ quên đi 25% nữa [26, tr15]

Sinh viên có thể học bằng cách nghe và xem, xong họ sẽ học tốt hơn nếu họ được tham gia tích cực vào quá trình học tập Điều này giải thích tại sao sinh viên cần được khuyến khích thảo luận một vấn đề, nghĩ ra một biện pháp giải quyết và thực tập một kỹ năng Sinh viên phải có cơ hội sử dụng những gì họ học được trước khi họ quên đi hoặc gạt bỏ trong trí nhớ

Việc học tập sẽ có hiệu quả hơn khi sinh viên tích cực tham gia vào quá trình học tập Việc tham gia tích cực vào quá trình học tập sẽ giúp sinh viên tự tin hơn, và

có trách nhiệm hơn với việc học tập

Ở Ấn Độ tổng kết quá trình dạy học như sau:

Tôi nghe tôi quên Tôi nhìn tôi nhớ

Trong những nghiên cứu của các nhà tâm lý cũng chỉ ra rằng mỗi giác quan con người đều có khả năng tri giác khối lượng thông tin khác nhau trong cùng một đơn

vị thời gian Để đánh giá khả năng này, các nhà nghiên cứu đã đưa ra bản thống kê

về năng lực dẫn thông của các giác quan cho bảng 1-1

Ngoài sự ghi nhớ và khả năng dẫn thông của các giác quan đã được trình bày như trên, các nhà sư phạm còn đưa ra một kết quả nghiên cứu về sự lưu lại trong trí nhớ trên đơn vị thời gian và các giác quan theo bảng 1-2

Phương tiện trực quan Tỷ lệ ghi nhớ sau 3 giờ Tỷ lệ ghi nhớ sau 3 ngày

Bảng 1-2 Sự lưu lại của trí nhớ với thời gian và các giác quan

Bảng 1-3 Các mức độ trực quan của phương tiện dạy học

Ngoài ra tùy theo hoàn cảnh cụ thể mà vận dụng quy luật nhận thức theo các mức độ khác nhau Chúng ta có thể sử dụng bảng các mức độ trực quan của phương tiện dạy học dưới đây làm tài liệu tham khảo theo bảng 1-3

Khác với lời nói (thông tin đến với người nghe chậm, chủ yếu theo con đường theo con đường thính giác một cách từ từ, trình tự và ý nghĩa của từng từ, câu nói), việc sử dụng mỗi phương tiện dạy học thường huy động đồng thời nhiều giác quan của sinh viên, tạo nên một hình ảnh tương đối trọn vẹn về một đối tượng nhận thức Nhất là đối với sự trợ giúp của máy tính và các phương tiện nghe nhìn khác, cho

thực tế không thể quan sát hay tương tác trực tiếp được (với những đối tượng quá

to, quá bé, quá xa, điều kiện nguy hiểm, những quá trình diễn ra quá nhanh, quá chậm, không thể quan sát được trong điều kiện thực của nó…)

Càng tác động đến nhiều giác quan cùng lúc trong quá trình nhận thức thì sự ghi nhớ sẽ được giữ lại với tỷ lệ cao Càng nhiều giác quan tham gia vào quá trình nhận thức trong học tập của sinh viên thì quá trình tiếp thu càng hiệu quả, sâu sắc, nhanh

chóng và khả năng ghi nhớ, vận dụng vào thực tiễn cũng được phát triển cao hơn

1.2.4 Cơ sở khoa học của dạy học thực hành

1.2.4.1 Quá trình hình thành kỹ năng

Kỹ năng có nhiều loại nhưng chúng thường được hình thành theo những quy luật

Theo các tác giả, quá trình hình thành kỹ năng gồm ba giai đoạn:

thành các vận động vật chất…

- Giai đoạn hình thành kỹ năng

Quy trình hình thành kỹ năng kỹ thuật thể hiện theo sơ đồ tóm tắt sau:

Sơ đồ 1.1 Quá trình hình thành kỹ năng [14, tr36]

1.2.4.2 Đặc điểm tâm sinh lý của sinh viên

a Hoạt động học tập của sinh viên là hoạt động tâm lý

Hoạt động học tập của sinh viên được tổ chức một cách độc đáo bởi sinh viên, nhằm mục đích có ý thức chuẩn bị trở thành chuyên gia của một lĩnh vực nào đó phát triển toàn diện, sáng tạo, có trình độ nghiệp vụ cao, hoạt động học tập của sinh viên mang đặc điểm của bản chất quá trình học tập nói chung

Mục đích hoạt động này hướng vào làm thay đổi chính chủ thể của hoạt động Thông qua hoạt động học tập, nhân cách của họ được phát triển Mặt khác, xu hướng nhân cách lại chi phối trở lại nhu cầu hứng thú, động cơ của quá trình học tập Người dạy phải tổ chức hoạt động như là một hoạt động tích cực hóa, tìm tòi, đòi hỏi sinh viên chủ động tham gia giải quyết những nhiệm vụ học tập phức tạp nhưng vừa sức

b Một số nét đặc trưng cho hoạt động học tập của sinh viên

Hoạt động học tập của sinh viên có tính độc đáo về mục đích và kết quả hoạt động Khác với hoạt động lao động sản xuất là biến đổi đối tượng vật chất thành sản phẩm, hoạt động học tập có thể tiếp thu các tri thức khoa học hình thành kỹ năng,

kỹ xảo nghề nghiệp phát triển những phẩm chất, nhân cách người thợ trong tương lai Hoạt động học tập của sinh viên mang tính độc lập cao, là hoạt động được diễn

ra trong điều kiện có kế hoạch vì nó phụ thuộc vào mục tiêu, nội dung chương trình, phương thức và thời hạn đào tạo Phương tiện hoạt động là thư viện, sách vở, phòng thực hành với các thiết bị chuyên môn Tâm lý diễn ra trong quá trình học tập của sinh viên với nhịp độ căng thẳng, mạnh mẽ và trí tuệ

Quá trình nhận thức của sinh viên Cao đẳng khác hẳn với các lứa tuổi trung học

cơ sở, THPT về sự phát triển, về tính chọn lọc cao và tính độc lập sáng tạo Thể hiện ở các dấu hiệu: Tự đặt vấn đề, tự tìm cách giải quyết vấn đề theo nhiều công thức, có ý thức theo đuổi mục đích đến cùng và tự đánh giá kết quả làm được

Phẩm chất tư duy sáng tạo trong hoạt động học tập của sinh viên có tính chất độc đáo, không dập khuôn theo mẫu có tính chất mới lạ, biết cách chọn ra phương

án đơn giản nhưng tối ưu trong các phương án đã biết để giải quyết nhiệm vụ Động cơ học tập của sinh viên rất phong phú và thường bộc lộ tính hệ thống Việc học tập của sinh viên thường bị chi phối bởi một số động cơ nào đó như động

cơ có tính chất nhận thức, động cơ liên quan đến sự tự khẳng định, động cơ có tính chất xã hội

Những nghiên cứu về động cơ học tập của sinh viên cho thấy trong cấu trúc thứ bậc của động cơ ở sinh viên thường biểu hiện như sau:

Tuy nhiên, thứ bậc các động cơ có thể thay đổi trong quá trình học tập và ở sinh viên có trình độ học lực khác nhau

Theo nghiêm cứu của An.gheboxo, việc hình thành động cơ học tập của sinh viên phụ thuộc vào một số yếu tố sau:

Ý thức về mục đích gần và mục đích xa của hoạt động học tập

lĩnh hội

+ Nội dung mới của những tài liệu và thông tin khoa học được trình bày

tạo được các mâu thuẫn trong quá trình dạy học

tập

1.3 Thiết bị dạy học

Thiết bị dạy học là hệ thống đối tượng vật chất và những phương tiện kỹ thuật được người dạy sử dụng trong quá trình học nhằm thực hiện mục đích dạy học Bản chất của thiết bị dạy học: thiết bị dạy học là những công cụ hỗ trợ trong giờ học trên lớp nhằm làm sáng tỏ những điều cần trình bày của người dạy và trực quan hóa các nội dung giảng dạy, giúp sinh viên tiếp thu dễ dàng tham gia học tập một cách chủ động tích cực Các thiết bị dạy học được đề cập ở đây có thể sử dụng cho

giảng dạy nhiều nội dung, nhiều môn học, nhiều đối tượng khác nhau [26, tr 152]

Thiết bị dạy học được phân biệt thành:

Có một vài tài liệu còn dùng tên gọi là “Bộ đồ nghề của người thầy giáo”-Tools

of teacher

1.3.1 Một số khái niệm liên quan

Thiết bị dạy học ( phương tiện dạy học ): Trong giáo dục học, thuật ngữ phương tiện dạy học ở đây trước hết là nói đến những đối tượng vật chất được người dạy sử dụng với tư cách là những phương tiện điều khiển hoạt động nhận thức của sinh viên, nó còn là nguồn tri thức phong phú để sinh viên lĩnh hội kiến thức và rèn

luyện kỹ năng Chẳng hạn, các vật thật, mô hình, hình vẽ mô phỏng đối tượng nhận thức

Phương tiện dạy học bao gồm các phương tiện mang tin, phương tiện kỹ thuật dạy học và phương tiện tương tác được sử dụng trực tiếp trong quá trình dạy học để truyền tải nội dung tương tác với PPDH nhằm đạt mục tiêu xác định

Phương tiện dạy học là toàn bộ sự vật, hiện tượng trong thế giới, tham gia vào quá trình dạy học, đóng vai trò là công cụ hay điều kiện để người dạy và sinh viên

sử dụng làm khâu trung gian tác động vào đối tượng dạy học

Phương tiện dạy học có chức năng khơi dậy, dẫn truyền và làm tăng sức mạnh tác động của người dạy và sinh viên đến đối với người dạy học

Thiết bị dạy học ( phương tiện dạy học ) là một trong những thành tố cấu trúc của quá trình dạy học, vì thế nó có mối quan hệ với các thành tố khác của QTDH như mục đích, nội dung, phương pháp và hình thức tổ chức dạy học

Thiết bị dạy học trong nhà trường là một hệ thống phức tạp Xét theo nội dung dạy học, hệ thống thiết bị dạy học ở nhà trường bao gồm các thiết bị dạy học theo môn học, ngành học Nếu không xét theo nội dung dạy học thì bất cứ hệ thống thiết

bị dạy học của môn học nào cũng bao gồm các thành phần sau:

động…

bằng ngôn ngữ tự nhiên và ngôn ngữ nhân tạo Đó là sách giáo khoa, vở bài tập, các bảng biểu, tài liệu in ấn (bản đồ, sơ đồ…)

dụng cụ lao động sản xuất

tiện để thực hiện mối liên hệ ngược (máy kiểm tra kiến thức, máy chấm bài…) được

sử dụng kết hợp sẽ cho phép rút ngắn thời gian trình bày mà vẫn làm cho bài giảng sinh động, trực quan, hấp dẫn đối với sinh viên

Mặt khác cũng cần kết hợp sử dụng các phương tiện dạy học truyền thống như Placat, tranh vẽ, mô hình vật chất, các thiết bị thí nghiệm kỹ thuật, máy chiếu bản trong… cũng như các đồ dùng dạy học cho người dạy, sinh viên tự xây dựng cho phù hợp với hoàn cảnh của từng trường

1.3.2 Những nguyên tắc chung khi sử dụng thiết bị dạy học

Thiết bị dạy học được sử dụng đúng, có tác dụng làm tăng hiệu quả sư phạm của nội dung và phương pháp dạy học lên rất nhiều Như trên đã trình bày, thiết bị dạy học không chỉ có chức năng minh họa cho bài giảng mà còn có tác dụng thúc đẩy quá trình thu nhận kiến thức và hiểu sâu sắc nội dung kiến thức

Nếu không biết sử dụng thiết bị dạy học một cách khoa học, hợp lý theo một cách tiếp cận hệ thống, thậm chí lại lạm dụng quá nhiều phương tiện trong giờ giảng thì hiệu quả của nó không những không tăng mà còn làm chi sinh viên khó hiểu, không tập trung…

Thiết bị dạy học rất đa dạng về loại hình, mỗi loại hình có những tính năng riêng với sự ưu việt và hạn chế của nhà sản xuất Do đó, về nguyên tắc, không có phương pháp sử dụng chung cho mọi loại hình thiết bị dạy học Hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học phụ thuộc kỹ năng sử dụng thiết bị dạy học và phương pháp sử dụng chúng tương thích với thiết bị dạy học

Trong quá trình dạy học, sinh viên tiến hành nhận thức thế giới dưới sự hướng dẫn của người dạy thông qua các thiết bị dạy học Thiết bị dạy học là công cụ dạy học sư phạm của người dạy và sinh viên Sử dụng thiết bị dạy học trong quá trình dạy học phải đáp ứng với các yêu cầu sau:

hiện tượng và đối tượng nghiên cứu đầy đủ và chính xác, làm cho sinh viên hiểu sâu

và nắm vững kiến thức , tránh chủ nghĩa hình thức trong nhận thức của sinh viên

khả năng tiếp cận các đối tượng, hiện tượng

sinh viên, thỏa mãn nhu cầu nhận thức của sinh viên.,

- Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo nâng cao nhịp độ nghiên cứu tài liệu học tập cho sinh viên

tích cực hóa hoạt động nhận thức của sinh viên , tạo điều kiện để sinh viên hoạt động tự lực chiếm lĩnh tri thức, rèn luyện kỹ năng

1.4 Một số nguyên tắc khi sử dụng thiết bị chuyên dụng trong dạy học thực hành

Phương tiện dạy học dù có hiện đại đến đâu thì bản thân nó cũng không thể thay thế được vai trò của người dạy mà trước hết là PPDH, kỹ thuật dạy học của họ Ngược lại, PPDH, kỹ thuật dạy học của người dạy lại chịu sự quy định của điều kiện, phương tiện dạy học cụ thể Thành thử, giữa các yếu tố nội dung, phương tiện

kỹ thuật dạy học có mối quan hệ tác động qua lại lẫn nhau và với sinh viên Có thể

cho rằng : “Mối quan hệ đó chính là sự (tương tác) chủ yếu của các yếu tố của hệ

thống dạy học Sự tương tác đa chiều này tạo nên hiệu quả, chất lượng của quá trình dạy học” Vì vậy cần chú ý:

- Dùng phương tiện dạy học để tổ chức hoạt động học tập cho sinh viên chứ không đơn thuần là minh họa

1.4.1 Giới thiệu về PLC

được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như: Thời gian định kỳ hay các sự kiên được đếm Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hoặc OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một số bộ điều khiển lập

ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.[32]

Các thiết bị đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng rơ le dây nối và các logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả…Chính điều

lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch…, sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn… Sự phát triển của máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay rơ le

1.4.2 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng

chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương

Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc

và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với các PLC qua cổng RS232, RS422, RS458…

1.4.2.2 Nguyên lý hoạt động của PLC

a Đơn vị xử lý trung tâm

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

Hệ thống Bus: Hệ thống Bus là tuyến để dùng truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:

Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu

Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thời và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào ra thông qua Data Bus, Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song

Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Adress Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu

từ Data Bus Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC.[18]

Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O bên cạnh đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1:8MHz Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống

b.Bộ nhớ

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp:

+ Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O

ghi các Relay

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí

Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi

xử lý Bộ vi xử lý sẽ gán giá trị trong bộ đếm này lên trước khi xử lý lệnh tiếp theo Với một địa chỉ mới, nội dung của bộ nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc

Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch Trong PLC các bộ

RAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất

Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình Khuynh hướng hiện nay dùng

dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn sàng trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gần bên trong PLC Trên PG( Programer)

có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM

Môi trường ghi số liệu thứ ba là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài

c Các đầu vào ra I/O

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module (các đầu vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC) Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC

Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I/O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra

1.4.3 Các hoạt động xử lý bên trong PLC

1.4.3.1 Xử lý chương trình

PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối chương trình Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ thực hiện Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ lớn của chương trình Một chu kỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau:

+ Đầu tiên, bộ vi xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào Phần chương trình phục

vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành

+ Tiếp theo, bộ vi xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình Trong khi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu ra

đầu ra

1.4.3.2 Xử lý xuất khẩu

Gồm có hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I/O trong PLC:

+ Cập nhật liên tục: Điều này đòi hỏi CPU quét các lệnh ngõ vào (mà chúng xuất hiện trong chương trình), khoảng thời gian Delay được xây dựng bên trong để chắc chắn rằng chỉ có những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ nhớ vi xử

lý Các lệnh ngõ ra được lấy trực tiếp tới các thiết bị Theo hoạt động logic của chương trình, khi lệnh OUT được thực hiện thì các ngõ ra cài lại vào đơn vị I/O, vì thế nên chúng vẫn giữ được trạng thái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp

I/O, vì thế CPU chỉ có thể xử lý một lệnh ở một thời điểm Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi ngõ nhập phải được xét đến riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong chương trình Do chúng tao yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục trở nên rất dài và tăng theo số ngõ vào

Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các đầu I/O được cập nhật tới một vùng đặc biệt trong chương trình.Ở đây vùng RAM đặc biệt này dược dùng như một

bộ đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I/O Mỗi đầu vào ra đều có một địa chỉ I/O RAM này Suốt quá trình copy tất cả các trạng thái vào trong I/O RAM Quá trình này xảy ra ở một chu kỳ chương trình (từ Start đến End)

Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O được copy tiêu biểu là vài ms Thời gian thực thi chương trình phụ thuộc vào chiều dài chương trình điều khiển tương ứng mỗi lệnh mất khoảng từ 1÷10ms

1.4.3.3 Các p hương pháp lập trình

Cách lập trình cho S7-300 nói riêng và cho các PLC hãng Siemens nói chung

chương trình có dạng thang Đặc biệt, đối với cách lập trình này chương trình gần giống như sơ đồ đấu nối một mạch điện rất dễ kiểm soát, dễ hiểu Do đó cách lập trình được ứng dụng một cách khá phổ biến, thích hợp để lập các chương trình dài, phức tạp Để lập trình theo cách này cần một máy tính cá nhân kèm theo một trong các phần mềm hỗ trợ: SSS(Sysmax Support Softwave), CLSS(Controler Link Support Softwave), SYS Win hay SYS MAX-CPT

khối chức năng, tùy từng ứng dụng mà ta liên kết các khối chức năng thích hợp để

tạo nên chương trình Hiện nay, cách lập trình này không được dùng rộng rãi vì nó khá phức tạp và khó kiểm soát chương trình Để lập trình theo cách này cũng cần có máy tính và phần mềm hỗ trợ tương ứng

người, nên cũng khá dễ hiểu Tuy nhiên do không có dạng hình ảnh nên ta không thấy được cách liên kết các lệnh, do đó khó kiểm soát được chương trình Để lập trình theo cách này, cần có một bộ lập trình bằng tay (Programing Console) hay một máy tính cá nhân với một phần mềm hỗ trợ Programing console rất gọn nhẹ, thích hợp lập các chương trình nhỏ, đơn giản và thuận lợi cho việc thử nghiệm, kiểm tra tình trạng PLC tại hiện trường

SFC, chúng tập trung giải quyết các bài toán lập trình tuần tự (sequensy) trong công nghiệp Bên trong cấu trúc mạng SFC ta vẫn sử dụng một trong ba ngôn ngữ STL, LAD, FBD Ngôn ngữ này giúp ta có cái nhìn tổng thể về thuật toán điều khiển (công nghệ điều khiển), rất phù hợp với những bài toán lớn

trạng thái Mealy chúng tập trung giải quyết các bài toán mang tính logic dãy (một dạng của lập trình truần tự), rất phù hợp với những người quen với cách thiết kế với mạng logic dãy trong điện tử số

ngôn ngữ PASCAL Ngôn ngữ này rất gần với cách lập luận và tư duy của con người, mặt khác cũng rất phù hợp với các bài toán lớn và phức tạp

1.5 Nh ững đặc điểm cơ bản của trường Cao đẳng Điện tử Điện lạnh Hà nội 1.5.1 Đối tượng học

Nhìn chung tâm lý của sinh viên vào các trường cao đẳng không được thoải mái, hầu như do thi trượt Đại học, hoặc các đối tượng sinh viên học hết THCS sau đó

bản bị hổng rất nhiều, do không còn con đường lựa chọn nào khác nên đại bộ phận sinh viên đều học tập trong trạng thái không thoải mái

Phần còn lại là học để lấy một nghề sau này kiếm sống phần rất nhỏ là học theo sự đam mê nghề nghiệp

1.5.2 Trang thiết bị học tập

Để đáp ứng những đòi hỏi khắt khe của thị trường lao động cũng như trang bị những kiến thức cơ bản cho sinh viên sau khi ra trường có thể đáp ứng được yêu cầu của nhà tuyển chọn lao động Năm 2009 Khoa Điện – Trường Cao đẳng Điện

tử Điện lạnh Hà nội đã được trang bị 01 phòng thực hành PLC bao gồm 20 máy tính và 110 module thực hành PLC S7-300 ngoài ra còn có hệ thống các băng tải,

trình có thể kiểm tra tính thực tế của bài tập thông qua các thiết bị mô phỏng

1.5.3 Về đội ngũ giáo viên

Do được đào tạo từ nhiều nguồn khác nhau ( các trường Đại học, HVKTQS, Đại học sư phạm, Đại học Bách khoa…) nên trình độ chuyên môn của đội ngũ giáo viên trực tiếp giảng dạy cũng rất khác nhau Do đó việc truyền thụ kiến thức cho sinh viên cũng có những hạn chế nhất định Yêu cầu đối với một giáo viên dạy thực

người giáo viên dạy thực hành còn phải luôn luôn tìm tòi, nghiên cứu, tự học nhằm nâng cao trình độ hiểu biết kỹ thuật, năng lực hướng hẫn thực hành để đáp ứng kịp với sự phát triển của khoa học công nghệ và sự đổi mới của xã hội Đặc biệt khi

điều này cũng làm ảnh hưởng lớn đến tư tưởng khi lựa chọn nghề học

Với các lý do đã nêu trên nên đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng nội dung các

chương trình khung, chương trình chi tiết đã được quy định Nhằm ôn lại kiến thức môn Trang bị điện, thủy lực khí nén và một số môn cơ sở đã được học nhưng đồng thời củng cố kiến thức mới trong môn thực hành PLC

KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Qua nghiên cứu, phân tích cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài, có thể rút ra một

số kết luận như sau

cách con người lao động ngày càng cao Đặc biệt là kỹ năng chuyên biệt đối với nghề nghiệp, khả năng thực hiện có kết quả hệ thống thao tác phức hợp của hoạt động nghề nghiệp trong những điều kiện cụ thể nhằm đạt tới yêu cầu của xã hội đòi hỏi ngày càng cao Việc hình thành và rèn luyện hệ thống kỹ năng cho sinh viên được diễn ra trong quá trình đào tạo tại nhà trường và được hoàn thiện dần trong thực tế lao động sản xuất ngoài xã hội Vì vậy để nâng cao chất lượng rèn luyện kỹ năng tay nghề cho sinh viên phải sử dụng phối hợp nhiều phương pháp, trong đó xây dựng quy trình và sử dụng hệ thống các bài thực hành trong quá trình dạy học là một trong các giải pháp quan trọng

2 Bài thực hành là những nhiệm vụ thực hành mà người dạy đặt ra cho sinh viên thực hiện trong quá trình học tập nhằm giúp sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết

đã học, tập vận dụng những kiến thức đó vào hoạt động nghề nghiệp cụ thể, rèn luyện và phát triển kỹ năng, kỹ xảo nghề

nhiệm vụ cụ thể, với những thao tác cụ thể được lập trình sẵn thay thế thao tác của con người Vì vậy, để học tốt môn học các nội dung dạy học môn thực hành PLC cần nắm những kiến thhức liên quan, khi đó người học không chỉ học cách sử dụng PLC đơn thuần mà còn giúp nâng cao năng lực làm việc trong tương lai

Để làm rõ các ý tưởng xây dựng quy trình xây dựng bài thực hành và nội dung các bài thực hành PLC cho sinh viên cao đẳng chuyên ngành điện, những vận dụng

cụ thể sẽ được trình bày trong chương 2

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG NỘI DUNG BÀI THỰC HÀNH PLC CHO SINH VIÊN CAO ĐẲNG CHUYÊN NGÀNH TỰ ĐỘNG HÓA KHOA ĐIỆN TRƯỜNG

CAO ĐẲNG ĐIỆN TỬ ĐIỆN LẠNH HÀ NỘI 2.1 Mục tiêu, nội dung môn học “ thực hành PLC” ở trường cao đẳng điện tử Điện lạnh Hà Nội

2.1.1 M ục tiêu của môn học

sinhviên đã được học các môn cơ sở và các môn chuyên ngành như: trang bị điện, tin học……

đầu ra, các sơ đồ nối dây điều khiển thong thường

có thể nghiên cứu sử dụng các loại PLC của các hãng khác

tích lũy kiến thức nghề, có khả năng vận dụng kiến thức nghề trong sản xuất và quản lý, có cơ sở để tự rèn luyện và nâng cao trình độ sau này

2.1.2 Phân phối chương trình PLC

2 Bài 1: Điều khiển đổi nối Y/∆và đảo chiều động cơ

3 Bài 2: Điều khiển đếm sản phẩm trên băng tải 15 2 13

5 Bài 4: Điều khiển đèn giao thông ngã tư 10 2 8

6 Bài 5: Điều khiển thang máy 5 tầng 15 3 12

7 Bài 6: Điều khiển hệ thống trộn và phun sơn tự động 15 3 12

Tổng số 90 15 75

3 Bài 2: Điều khiển đếm sản phẩm trên băng tải

II Bài toán kết hợp điều khiển băng tải

4 Bài 3: Điều khiển máy trộn

II Bài toán tổng quát

5 Bài 4: Điều khiển đèn giao thông ngã tư

đồng hồ đếm ngược thời gian

6 Bài 5: Điều khiển thang máy 5 tầng

I Phân tích đối tượng điều khiển

II Xác lập vào/ra cho đối tượng điều khiển

III Viết chương trình, kết nối và vận hành

7 Bài6: Điều khiển hệ thống trộn và phun sơn tự đông

I Phân tích hệ thống

II Xác lập vào/ra cho hệ thống

III Viết chương trình, kết nối và vận hành

2.2 Nội dung môn học bổ trợ cho môn học thực hành PLC

Để nâng cao chất lượng giảng dạy cho môn học thực hành PLC và mở rộng khả năng áp dụng của quy trình sang một số môn học có liên quan khác trong khoa Điện

và trong nhà trường Tác giả đã nghiên cứu mở rộng khả năng áp dụng của quy trình sang một số môn học sau

2.2.1 Thực hành truyền động và điều khiển bằng khí nén

Được xây dựng chi tiết ở (Phụ lục 1)

Mô tả vắn tắt nội dung

Tổng TH

1 Bài 1: Thao tác và đấu nối điều khiển các van khí nén 10 10

2 Bài 2: Điều khiển hệ thống trộn nguyên liệu bằng PLC 20 20

2.2.2 Thực hành truyền động và điều khiển bằng dầu ép

Được xây dựng chi tiết ở (Phụ lục 2)

Mô tả vắn tắt nội dung

1 Bài 1: Thao tác và đấu nối điều khiển các van thuỷ lực 10 10

2 Bài 2: Điều khiển hệ thống nâng hàng bằng thuỷ lực 15 15

3 Bài 3: Điều khiển hệ thống đóng -mở cửa bằng thuỷ lực 15 15

4 Bài 4: Điều khiển hệ thống thang máy bằng thuỷ lực 20 20

2.3 Quy trình xây dựng nội dung các bài thực hành PLC

Trong nhiều tài liệu, khái niệm quy trình được diễn đạt theo nhiều cách khác

(bước), các hành động hay thao tác được sắp xếp theo một trình tự hợp lý để thực hiện một hoạt động nhất định nhằm đạt tới mục đích xác định Quy trình chứa đựng trong đó hai dấu hiệu bản chất:

Thứ nhất là cơ cấu các thao tác

Thứ hai là các thao tác được sắp xếp theo trình tự (logic) nhất định và có mối liên hệ mật thiết với nhau Theo nghĩa đó tác giả xin đề xuất quy trình xây dựng nội dung các bài thực hành PLC theo các bước như sau:

Bước1: Xác định mục tiêu của bài thực hành trên cơ sở nội dung các bài thực hành và mục tiêu của chương trình học phần

Trong các bài thực hành việc xác định mục tiêu rất quan trọng Xác định đúng mục tiêu sẽ định hướng cho sinh viên những công việc cần phải đạt được sau khi luyện tập mục tiêu của từng bài học bao giờ cũng xác định theo các mặt: Mục tiêu

về kiến thức, mục tiêu về kỹ năng và mục tiêu giáo dục thái độ nghề nghiệp

Bước 2: Lựa chọn nội dung kiến thức phù hợp với nội dung chương trình và thực tế

Để đảm bảo nguyên tắc xây dựng các bài thực hành PLC phù hợp với nội dung, chương trình, điều kiện dạy học nhưng vừa phải phản ánh được thực tiễn của quá trình sản xuất cần phải lựa chọn các nội dung kiến thức từ nhiều nguồn khác nhau

Vì vậy cần phải:

có liên quan theo chương trình

nghiệp và định hướng mục tiêu, nội dung phương pháp dạy học đang triển khai

Bước 3: Tiến hành xây dựng nội dung các bài giảng thực hành PLC trong chương trình học phần

+ Các trang thiết bị sử dụng trong mạch điều khiển

+ Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển hoặc hệ thống

b Chuẩn bị trang thiết bị, dụng cụ, vật tư

+ Kiểm tra hoạt động của thiết bị

+ Đấu nối các khối trong hệ thống

+ Kiểm tra các đầu đấu nối

c Thiết lập chương trình

+ Phân tích yêu cầu bài toán

+ Quy định địa chỉ đầu vào ra

+ Khởi động phần mềm SIMATIC Manager đối với S7-300

+ Khai báo phần cứng cho PLC S7-300

+ Viết chương trình điều khiển

+ Kết nối PC với module thực hành PLC

+ Nạp chương trình

Bước 4: Thử nghiệm nội dung các bài thực hành đã xây dựng

Mục đích của bước này nhằm kiểm tra, phân tích, đánh giá tính khả thi của nội dung các bài tập đã xây dựng thông qua việc thực hiện các bài tập Xác định các tình huống bất ngờ có thể xẩy ra trong quá trình thực hành và biện pháp xử lý của giáo viên

Bước 5: Đánh giá quá trình thử nghiệm và hoàn thiện

Giảng dạy thử nghiệm các bài đã xây dựng để đánh giá, hiệu chỉnh, sửa đổi và

bổ xung vào nội dung các bài thực hành những chỗ chưa hợp lý Để hoàn thiện bài giảng thực hành một cách tốt nhất

Bước 6: Tiến hành giảng dạy

Đây là bước sau khi đã bổ xung, thử nghiệm và hoàn thiện bài thực hành được đưa ra tiến hành giảng dạy trong quá trình đào tạo

Chú ý:Hàng năm phải xây dựng,chỉnh sửa và bổ xung các bài thực hành cho phù hợp với yêu cầu thực tế

Có thể tóm tắt quy trình xây dựng nội dung các bài thực hành theo sơ đồ

2.4 Chi tiết xây dựng bài thực hành PLC theo quy trình trên

Trên cơ sở quy trình xây dựng các bài thực hành PLC, có thể triển khai xây dụng các bài thực hành cho sinh viên cao đẳng Điện tử điện lạnh Hà nội theo các bước được tiến hành cụ thể như sau

Tên bài thực hành

( Thời gian………….)

Bước 1 Xác định mục tiêu

Sau khi học xong bài này sinh viên đạt được các nội dung sau:

a Thiết lập được chương trình điều khiển trên máy tính

thuật

Bước 2 Lựa chọn nội dung kiến thức phù hợp với nội dung chương trình và thực tế

Trong bước này giáo viên nghiên cứu những nội dung kiến thức liên quan đến nội dung của bài thực hành PLC mà sinh viên phải tiến hành, cơ sở vật chất hiện có

và những yêu cầu thực tế của xã hội dự kiến những vấn đề sinh viên còn chưa rõ, từ

đó có kế hoạch đặt vấn đề củng cố kiến thức cho sinh viên Khi làm điều này sẽ

khai thác tối đa kiến thức đó vận dụng vào bài thực hành Nói cách khác, đây là bước không những giúp sinh viên củng cố kiến thức cũ mà còn có kiến thức tổng hợp, có khả năng giải quyết một cách sáng tạo những tình huống thực tế trong sản xuất

Bước 3 Xây dựng nội dung bài thực hành

- Nêu các trang thiết bị sử dụng trong mạch

- Nhắc lại nguyên lý hoạt động của mạch, trên cơ sở đó xây dựng phần điều khiển dùng PLC

b Chuẩn bị trang thiết bị trang thiết bị ,vật tư

Điều đầu tiên cần biết là đối tượng điều khiển của hệ thống, mục đích chính của PLC là phải điều khiển được các thiết bị ngoại vi Các chuyển động của đối tượng điều khiển được kiểm tra thường xuyên bởi các thiết bị vào, các thiết bị này gửi tín hiệu đến PLC và tiếp theo đó PLC sẽ đưa tín hiệu điều khiển đến các thiết bị để điều khiển chuyển động của đối tượng Để đơn giản, qui trình điều khiển

có thể mô tả theo lưu đồ (hình 2.2)

U

Công việc 2 Xác định tín hiệu vào ra:

PLC Thiết bị vào có thể là tiếp điểm, cảm biến Thiết bị ra có thể là Rơle điện từ, Motor, đèn.Mỗi vị trí kết nối được đánh số tương tự ứng với PLC sử dụng

U

Công việc 3 Soạn thảo chương trình:

Chương trình điều khiển được soạn thảo dưới dạng lưu đồ hình thang như đã trình bày ở bước 1

U

Công việc 4 Nạp chương trình vào bộ nhớ:

Cấp nguồn cho PLC, cài đặt cấu hình khối giao tiếp I/O nếu cần (Phụ thuộc vào từng loại PLC) Sau đó nạp chương trình soạn thảo trên màn hình vào bộ nhớ của PLC Sau khi hoàn tất nên kiểm tra lỗi bằng chức năng tự chuẩn đoán và nếu có thể thì chạy chương trình mô phỏng hoạt động của hệ thống (Ví dụ chương trình S7-SIM, S7- VISU, )

U

Công việc 5 Chạy chương trình:

thiết bị ngoại vi là đúng, trong quá trình chạy kiểm tra có thể cần thiết phải thực hiện các bước tinh chỉnh hệ thống nhằm đảm bảo an toàn khi đưa vào hoạt động thực tế