Ứng dụng mô hình điều khiển Điện – Tự Động Hóa trong giảng dạy tích hợp

Tình trạng kỹ thuật trước khi có sáng kiến

Hiện nay khi áp dụng phương pháp dạy học mới dạy học tích hợp vào cơ sở dạy nghề để đào tạo nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu xã hội, dạy theo từng kỹ năng nghề thì đòi hỏi phải có đầy đủ trang thiết bị và mô hình để phục vụ cho công tác giảng dạy.

Trong chương trình đào tạo nghề Điện: Hệ thống các bài tập thực hành, học sinh phải thực hiện lắp đặt, kiểm tra, vận hành, bảo trì, sửa chữa các hệ thống điều khiển. Để thực hiện được kỹ năng này trước kia khi chưa có Mô hình điều khiển Điện - Tự Động Hóa, giáo viên Trường Cao đẳng Công Thương Thái Nguyên phải mô tả trên nhiều sa bàn khác nhau, chuyển từ vị trí này sang vị trí khác gây mất thời gian, việc đầu tư nhiều sa bàn khác nhau cũng gây tốn kém cho nhà trường.

+ Xuất phát từ thực trạng trang thiết bị nhà trường chưa đồng bộ, một số thiết bị mua về còn tồn tại một số hạn chế:

- Chưa đạt được ý đồ sư phạm của giáo viên;

- Chưa có tính đa năng ứng dụng cho nhiều bài học, nhiều mô đun;

- Vận chuyển khó khăn;

 

- Giá thành cao;

 + Xuất phát từ như cầu thực tế cần bổ sung trang thiết bị nhằm nâng cao chất lượng dạy học trong điều kiện nhà trường còn hạn chế về vốn đầu tư mua sắm.

Để tạo điều kiện thuận lợi cho học viên tiếp cận với trang thiết bị tiên tiến, hiện đại, phù hợp với thực tế và chương trình đào tạo, tác giả đã thiết kế và chế tạo: “Mô hình điều khiển Điện - Tự Động Hóa” với mục đích:

- Trực quan hóa thiết bị dạy học hiện đại, tính năng kỹ thuật cao, an toàn để vận chuyển phục vụ giảng dạy và học tập;

- Giảng dạy được nhiều bài học, nhiều mô đun mà các thiết bị khác không đáp ứng được;

- Khai thác tính năng sáng tạo của thầy và trò, rèn luyện tay nghề, tiếp cận công nghệ mới;

- Giảm kinh phí đầu tư mua sắm trang thiết bị cho nhà trường;

Sau khi có sáng kiến

Mô hình điều khiển Điện – Tự Động Hóa được tích hợp việc gá lắp thiết bị trên bàn thực tập, vận dụng được nhiều mô đun môn học giúp cho quá trình thực hành có được hiện trường giống như thực tế sản xuất, qua đó giúp cho giáo viên mô tả được hoạt động của từng chi tiết, hệ thống được tổng thể tính thực tế giúp học sinh dễ tư duy và hình thành kỹ năng.

Giáo viên giảng dạy trên một mô hình tích hợp giúp tiết kiệm không gian, thời gian, chi phí cho nguyên vật liệu, phụ kiện thực tập của học sinh sinh viên. 

Thời gian giảng dạy cho học sinh hiểu bài nhanh hơn, giúp các em có thời gian thực tập đấu nối các thiết bị trên sa bàn, mô hình đủ để có thể làm việc theo nhóm.

Đối với giáo viên:

- Giải thích cho học viên những kiến thức về kết cấu và nguyên lý hoạt động các mạch điện ứng dụng.

- Sử dụng mô hình đề giới thiệu, thao tác mẫu việc kiểm tra, sửa chữa và đấu nối các mạch điện trong quá trình giảng dạy.

- Với những bài tập nâng cao, giáo viên tạo ra những sự cố tương tự như thực tế để học viên tư duy, phán đoàn và đề ra phương án xử lý.

Ngoài ra, giáo viên có thể sử dụng thiết bị để luyện tập tay nghề cho học sinh - sinh viên tham gia Hội thi tay nghề các cấp và khu vực.

 

Đối với học viên:

- Củng cố kiến thức về kết cấu và nguyên lý hoạt động.

- Thực hành kiểm tra, sửa chữa và đấu nối các mạch điện riêng rẽ theo từng bài học thuộc các mô đun: PLC cơ bản; PLC nâng cao; Chuyên đề lập trình cỡ nhỏ; Kỹ thuật cảm biến; Trang bị điện; Khí cụ điện; Đo lường điện; Điện tử cơ bản; Kỹ thuật xung - số

- Với các bài tập nâng cao, học viên tư duy, phán đoán tìm ra những hư hỏng và đề ra các phương pháp khắc phục.

- Qua quá trình thực tập trên mô hình, học viên kiểm tra, sửa chữa, đấu nối được các mạch điện thực tế.

Mô hình điều khiển Điện - Tự Động Hóa được sử dụng để dạy lý thuyết, thực hành hoặc theo phương pháp tích hợp cho các mô đun môn học nghề: Điện tử công nghiệp, Điện công nghiệp và phần đào tạo cơ bản của các nghề Cơ khí, Động lực thiết bị ở trình độ Trung cấp và Cao đẳng. Mô hình được ứng dụng với các hình thức đào tạo tập trung, đào tạo thường xuyên, đào tạo nghề lao động nông thôn. Bao gồm:

- Module: PLC cơ bản	- Module: Khí cụ điện
- Module: PLC nâng cao	- Module: Điện tử cơ bản
- Module: Chuyên đề lập trình cỡ nhỏ	- Module: Kỹ thuật xung - số
- Module: Kỹ thuật cảm biến	- Module: Đo lường điện
- Module: Trang bị điện	- Module: Kỹ thuật lắp đặt điện

Tính mới của sáng kiến

Điểm mới của mô hình

Để giúp người học có thể tiếp cận với công nghệ hiện đại, tác giả đã thiết kế modul hiển thị màn hình HMI giúp người học thực hiện được giao diện màn hình với hoạt động của hệ thống.

Màn hình HMI có cổng Ethernet kết nối mạng LAN thu thập dữ liệu, hiển thị trạng thái hoạt động, cảnh báo lỗi, ra lệnh điều khiển các máy sản xuất, máy công cụ thông qua PLC. Nhờ giao diện màn hình cảm biến HMI có thể mô phỏng được quá trình làm việc của hệ thống một cách thực tế. Đồng thời người vận hành có thể dễ dàng theo dõi, phát hiện được lỗi khi xảy ra sự cố và điều khiển hệ thống làm việc từ xa thông qua kết nối mạng của màn hình HMI.

Trên mô hình, tác giả xây dựng ứng dụng của PLC trong điều khiển trộn được điều khiển thông qua màn hình cảm biến HMI: nguyên liệu chứa trong bình A và B được đưa qua bình trộn nhờ PLC lập trình điều khiển.

Thiết bị điều khiển PLC S7-200 được nâng cấp thay thế bằng PLC S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn như:

+ S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

+ S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.

 

 

Điểm sáng tạo

Mô hình đã đề cập được phương pháp học tập tích cực, chủ động của học sinh góp phần thực hiện mục tiêu của giáo dục hiện đại nhằm “Đào tạo học sinh thành những con người năng động, sáng tạo và độc lập, tiếp thu được tri thức khoa học kỹ thuật hiện đại”.

Mô hình phát huy được tính tích cực trong hoạt động học tập của học sinh, đưa kiến thức vào thực tế, phát huy tối đa tính chủ động của người học. Vận dụng được các kỹ năng thực hành.

Từ trước đến nay các mô hình giảng dạy thường chỉ phục vụ từng modul riêng biệt, nay đã kết hợp nhiều modul để giảng dạy giúp tiết kiệm được rất nhiều kinh phí đầu tư cơ sở vật chất cũng như thời gian của giáo viên và học sinh.

Đặc biệt ở mô hình này, tác giả đã kết hợp đưa thiết bị điều khiển thông minh vào giảng dạy giúp người học tiếp cận được với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong cuộc sống hàng ngày để phục vụ cho sinh hoạt và công việc của mình.

 

Giá trị làm lợi đối với sáng kiến

Thiết bị ngoài thị trường: 220.000.000đ

Tác giả tự mua về lắp ráp trong 01 mô hình: 58.500.000đ

Giá trị làm lợi: 161.500.000đ

Sáng kiến đã và đang được áp dụng: Mô hình sau khi tham gia hội thi thiết bị dạy học tự làm cấp Trường, cấp Tỉnh, cấp Toàn Quốc năm 2019 đã được ứng dụng trong quá trình giảng dạy tại nhà trường từ năm 2019. Tháng 2/2021 đã cải tiến và tiếp tục ứng dụng trong quá trình giảng dạy tại Khoa Điện - Tự Động Hóa Trường Cao đẳng Công Thương Thái Nguyên nay là Trường Cao đẳng Công nghệ và Thương mại.