淺談PLC仿真軟件在PLC教學(xué)中的應(yīng)用

新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 姜 坤

引言

PLC是可編程控制器的簡稱，PLC技術(shù)是在繼電接觸器控制和計算機基礎(chǔ)上開發(fā)的工業(yè)自動控制裝置。由于它可以通過軟件來改變控制過程，且編程較為簡單，所以目前PLC在工業(yè)控制中占據(jù)了主導(dǎo)地位，得到了非常廣泛的應(yīng)用。為適應(yīng)這種形勢需求，PLC技術(shù)已成為各類職業(yè)技術(shù)院校電子電氣專業(yè)的一門專業(yè)課，我院也不例外。PLC是我院電氣自動化專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課之一，教材版本以學(xué)習(xí)三菱FX2N系列PLC的基本指令和應(yīng)用為主。

一、PLC課程教學(xué)中存在的問題

1.課程要求高，學(xué)生學(xué)習(xí)有困難。PLC課程具有信息量大、編程枯燥的特點。在PLC編程過程中學(xué)生要根據(jù)控制要求來確定控制方案，這就要求學(xué)生有一定的理論基礎(chǔ)和自主學(xué)習(xí)意識，因此導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)這門課有困難。

2.配套實訓(xùn)設(shè)備不足，學(xué)生實踐不夠。一套PLC實訓(xùn)設(shè)備價格較高，而很多高職院校的資金又相對緊張，因此購買的PLC實訓(xùn)設(shè)備數(shù)量有限，而且近年來相關(guān)專業(yè)招生人數(shù)激增，根本無法保證學(xué)生一人一套。其次只要是做硬件實訓(xùn)，肯定存在設(shè)備的故障損壞和材料的損耗，這一方面增加了維修維護成本，另一方面也降低了實訓(xùn)的開出率。

3.實踐遠遠落后于理論學(xué)習(xí)，抑制學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。按照通常的教學(xué)過程，一般是任課教師按照教材的順序進行教學(xué)，就是先將全部基本指令講解完畢，再講解PLC的編程方法，然后再讓學(xué)生去做實訓(xùn)，實踐遠遠落后于理論。以上問題在現(xiàn)在的高職院校PLC教學(xué)中還是比較多見，針對這些問題，筆者經(jīng)過教學(xué)實踐和探索，認為將PLC的仿真軟件應(yīng)用于PLC教學(xué)中是解決這些問題的理想方案。

在這種情況下，如何尋找到PLC教學(xué)的突破口，提高教學(xué)質(zhì)量呢？通過教學(xué)實踐和探索，筆者認為利用PLC仿真學(xué)習(xí)軟件(該軟件名稱為FXTRN-BEG-C)，可以輕松有趣地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)PLC，取得事半功倍的教學(xué)效果。FX-TRN-BEG-C是三菱電機最新推出的中文版教學(xué)軟件，它將虛擬舞臺和專家操作指導(dǎo)合成在一起，學(xué)習(xí)通用梯形圖邏輯編程。將該軟件安裝在學(xué)校多媒體教室的電腦上，學(xué)生上PLC實訓(xùn)課時只要到多媒體教室上機，就可以身臨其境地感受到PLC的無窮魅力了。

二、仿真軟件的作用

該軟件在教學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面。

1.大量生動的圖片，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)PLC的興趣和熱情

教育心理學(xué)認為，學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)動機的重要組成部分，是推動學(xué)生努力學(xué)習(xí)的強大動力。學(xué)生只有對PLC學(xué)習(xí)有了濃厚的興趣，才會有求知的欲望，才能勤于思考。該教學(xué)軟件一共分六個單元，分別是A～F。A是PLC簡介單元，它用大量的圖片介紹了在工廠自動化領(lǐng)域以及日常生活中應(yīng)用PLC技術(shù)的許多實例，通過A單元的入門學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生充分認識到PLC技術(shù)的實用性。PLC已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€角落，在提高我們的生活質(zhì)量方面扮演著很重要的角色，以此來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)PLC的興趣和熱情。這些生動的圖片演示，比在教室里枯燥的講述有趣，學(xué)生更樂于接受。

2.專家指導(dǎo)式的編程提示，可突破學(xué)生學(xué)習(xí)PLC的難點

在PLC學(xué)習(xí)中，學(xué)會編程是重點，如何繪制梯形圖是難點。利用該軟件可以較容易突破難點，掌握重點。因為該軟件的B單元就是基本程序的學(xué)習(xí)單元，它主要介紹了基本輸入輸出程序、標準程序、控制優(yōu)化程序、輸入狀態(tài)讀取程序等等。在每一個程序的學(xué)習(xí)單元中，它都列出了詳細明了的操作步驟，一步一步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會編制簡單的梯形圖，以及進行仿真運行，使學(xué)生對基本程序的編程有初步的認識。該軟件的C單元是輕松的練習(xí)單元，它詳細介紹了基本定時器和計數(shù)器的編程要領(lǐng)，并介紹了應(yīng)用定時器和基本計數(shù)器來編程的兩個典型實例。通過這個單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生對常用的定時器和計數(shù)器的編程有了基本的了解。在B、C兩個單元的基本編程訓(xùn)練中，它都采用了專家指導(dǎo)式的編程提示，為基礎(chǔ)較差的學(xué)生學(xué)習(xí)PLC提供了非常有用的幫助。通過這兩個單元基本編程的訓(xùn)練，學(xué)生能基本了解PLC編程的特點，對PLC的基本編程方法有了一定的認識，突破了學(xué)習(xí)PLC的難點，為后續(xù)的實際應(yīng)用題的編程學(xué)習(xí)打下較扎實的基礎(chǔ)。

3.模擬場景中的仿真運行，可幫助學(xué)生更好地理解PLC的工作原理

要讓學(xué)生對PLC的工作過程有全面的認識和了解，除具備一定的編程能力，掌握基本的編程技巧外，還要讓學(xué)生按照實際的控制要求進行仿真運行和調(diào)試，從而找到程序中的不足和漏洞，進行反復(fù)修改，達到優(yōu)化程序、熟悉編程的目的。而FX-TRN-BEG-C教學(xué)軟件就是這樣一個能提供各種控制要求、仿真運行各種控制程序的教學(xué)平臺。它操作簡單，利用3D虛擬空間設(shè)計，模擬出各種真實場景。例如，交通信號燈控制、正反轉(zhuǎn)控制、分揀和分配線控制、舞臺裝置控制、升降機控制等等，每一個場景都惟妙惟肖，圖文并茂。學(xué)生可以在任意一個場景中按照控制要求進行編程，繪出梯形圖，并對PLC進行仿真運行操作，在仿真運行中可以觀察運行結(jié)果是否符合設(shè)計要求。同時，在運行中還可以確認各個元件與程序的狀態(tài)，適時監(jiān)控各個元件的工作過程。通過運行監(jiān)控，學(xué)生更好地理解和掌握PLC各個元件的作用，鞏固課堂上所學(xué)的理論知識。

4.循序漸進式的課程設(shè)置，科學(xué)合理，可以照顧到全體學(xué)生

教學(xué)是面向全體學(xué)生的。從心理學(xué)的角度來講，人的個性特征及心理傾向不盡相同，學(xué)生在智力上有差異，在觀察力、理解力、想象力、記憶力、模仿力、表達及思維能力方面有所不同。因此，在PLC教學(xué)中，筆者采用了“因人施教”的分層教學(xué)法。而PLC教學(xué)軟件就提供了一個分層教學(xué)的良好平臺。因為該軟件的D、E、F單元分別是初級、中級、高級挑戰(zhàn)單元，每一單元均有6道設(shè)計題，難度不等，其中初級挑戰(zhàn)題難度較低，難度系數(shù)為1～2顆星；中級挑戰(zhàn)題的難度稍大，難度系數(shù)為2～3顆星；高級挑戰(zhàn)題的難度最大，難度系數(shù)為3～4顆星。在具體教學(xué)過程中，對程度較低的學(xué)生，采用“初級挑戰(zhàn)單元”中的部分內(nèi)容進行訓(xùn)練。對程度較好的學(xué)生采用“中級挑戰(zhàn)單元”或“高級挑戰(zhàn)單元”中的部分內(nèi)容進行訓(xùn)練。學(xué)生各取所需，各有所獲，這樣既提升了學(xué)生的自信心，又拓展了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。另外，對于較復(fù)雜的設(shè)計題，如自動門操作控制、輸送帶控制等等，還可以采用讓學(xué)生分工合作的教學(xué)形式，將全班學(xué)生分成不同的小組，明確各小組的設(shè)計任務(wù)和目標，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)協(xié)作的團隊精神。

三、仿真軟件應(yīng)用在PLC教學(xué)中取得的效果

1.提高了學(xué)生學(xué)習(xí)PLC課程的興趣

由于使用仿真軟件在計算機上就可以直觀生動地顯示執(zhí)行程序結(jié)果，使抽象的程序得到了形象化的演示。而且學(xué)生對程序做的每一點改進都能導(dǎo)致仿真結(jié)果的變更，這使得學(xué)生很有成就感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動參與意識。

2.培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)能力、解決問題能力

當(dāng)學(xué)生掌握了基本的編程指令，具備一定的編程能力后，教師可運用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，放手讓學(xué)生自己完成某一個明確的編程任務(wù)，讓學(xué)生自己去想方法、查指令、編程序，教師只是適時予以點撥，讓學(xué)生在仿真軟件的輔助下反復(fù)地查找程序漏洞、查看結(jié)果，反復(fù)修改、優(yōu)化程序，直至仿真的結(jié)果達到預(yù)期的任務(wù)目標。在這個過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、解決問題能力及編程能力可以得到很好的鍛煉與提高。

3.充分發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)新思維

有了仿真軟件來驗證程序，學(xué)生不再依賴教師的判定，教師主要起點撥、答疑作用。學(xué)生完全可以按照自己的思路進行編程，然后驗證正確與否，總結(jié)經(jīng)驗。這樣也就最大限度地發(fā)揮了學(xué)生的主體性，使學(xué)生在主動探索過程中真正理解PLC控制技術(shù)的知識，真正掌握根據(jù)生產(chǎn)要求設(shè)計控制程序的方法，能最大限度地發(fā)揮學(xué)生的想象能力，學(xué)生的創(chuàng)造思維在完成任務(wù)的過程中得到了很好的培養(yǎng)，大大地提高學(xué)生的創(chuàng)新意識。

總之，通過教學(xué)實踐，用PLC仿真學(xué)習(xí)軟件進行PLC輔助教學(xué)是可行的，能收到較好的教學(xué)效果。學(xué)生通過電腦上機，仿真實踐，可以更好地觀察和消化所學(xué)的理論知識，同時通過PLC仿真學(xué)習(xí)軟件實現(xiàn)人機交互，可以嘗試改變某些指令、程序，再觀察試驗結(jié)果，立竿見影，能極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生體會到成功的快樂，有成就感，學(xué)習(xí)時興趣盎然，產(chǎn)生不斷深入學(xué)習(xí)PLC的動力。在筆者所教授的學(xué)生當(dāng)中，就涌現(xiàn)了不少學(xué)習(xí)積極性高、編程能力強的尖子生，通過這些尖子生可帶動班級同學(xué)共同學(xué)習(xí)、共同進步。筆者所教授班級的大部分學(xué)生都具備了初步的編程能力，掌握了一定的編程技巧，取得了較為顯著的教學(xué)效果。

[1]龐廣信.可編程控制器技術(shù)應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[2]李俊秀,趙黎明.可編程控制器技術(shù)應(yīng)用實訓(xùn)指導(dǎo)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[3]姜新橋,石建華.可編程控制器應(yīng)用基礎(chǔ)[M].華中科技大學(xué)出版社,2007.

[4]楊進.談PLC仿真學(xué)習(xí)軟件在PLC教學(xué)中的應(yīng)用[J].職業(yè)教育研究,2007,5.