基于Automation StudioTM的PLC任務(wù)型在線學習模式構(gòu)建研究

李華

摘 要：該文基于現(xiàn)代信息技術(shù)，針對PLC課程進行了任務(wù)型在線學習模式的探討，使得開放教育的實踐性較強且難以在課堂外學習的課程能夠通過在線學習方式教學。文中引入了一種新型的仿真軟件Automation StudioTM，該軟件是一款專業(yè)性綜合仿真軟件，可以在機、電、液、電磁、控制等多學科領(lǐng)域進行仿真設(shè)計，仿真過程直接明了，用戶界面友好。在開放學生中基于該軟件對PLC課程采用任務(wù)型在線學習方式學習，既有利于學生通過建模、編程、仿真等一系列實踐活動以直觀的方式完成PLC控制系統(tǒng)的學習，又克服了開放學生學習的時間和地域上的困難，是值得推廣的一種教學方式。

關(guān)鍵詞：PLC 任務(wù)型 Automation StudioTM 仿真 在線學習

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0020-03

現(xiàn)代科學技術(shù)的飛速發(fā)展，要求我們不停的進行專業(yè)知識的學習，將終身學習貫徹到底。目前，不僅是大量的高層次人才需要通過接受繼續(xù)教育來完善已有的知識結(jié)構(gòu)，而且越來越多的務(wù)工人員需要通過終身學習來適應(yīng)新的工作和生活，以謀求新的發(fā)展。在黨的十七大關(guān)于“發(fā)展遠程教育和繼續(xù)教育，建設(shè)全民學習、終身學習的學習型社會”的號召下，國家開放大學于2012年創(chuàng)建，她以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐，在中央廣播電視大學和地方廣播電視大學的基礎(chǔ)上組建，旨在推動全民學習、終身學習的學習型社會建設(shè)。開放大學的學生大多是在職人員，他們要邊工作邊學習，下班之后再從工作地趕往學校進行學習，特別是隨著城市的擴大和生源的鄉(xiāng)鎮(zhèn)化，使得原來的業(yè)余趕往學校學習的模式存在一定困難。基于這樣的現(xiàn)實背景，我們針對PLC課程的學習提出一種任務(wù)型的在線學習模式，在此模式下，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得學生不需到校，直接在線完成課程學習，克服了時間和地域上的困難。PLC課程是一門實踐性及應(yīng)用型較強的課程，針對該課程的特點，該文引用一種新型的學科軟件Automation StudioTM軟件，結(jié)合新興的微課教學形式，進行任務(wù)型在線學習模式的探討。

1 Automation StudioTM仿真軟件及特點

Automation StudioTM 是一款綜合仿真軟件，由加拿大Famic公司開發(fā)，該軟件能進行多領(lǐng)域建模仿真，包含機、電、液、電磁、控制等多學科領(lǐng)域，所以它是專業(yè)性仿真軟件，不是課程性仿真軟件。系統(tǒng)可由液壓、氣動、電氣之類的單一技術(shù)構(gòu)成，也可由多種技術(shù)綜合構(gòu)成。另外，軟件可動態(tài)仿真回路，觀察組件與電路之間的關(guān)系，可動態(tài)演示組件剖面，它提供了一個涵蓋多學科領(lǐng)域、仿真過程形象直觀的軟件環(huán)境。在軟件中各元件模型用圖標表示，由計算機自動生成回路的仿真描述文件和程序，用戶可實時看到仿真動作（見圖1）。

Automation Studio TM軟件通用性強，已成為流體傳動與控制領(lǐng)域設(shè)計人員進行系統(tǒng)設(shè)計與仿真優(yōu)化的一種重要工具。界面簡單、操作簡便、無需專門培訓(xùn)、易學易用是這個軟件的顯著特點。這些特點使得該軟件可以在電氣控制的輔助教學方面，發(fā)揮重要作用。特別是其生動逼真的仿真效果和強大的分析功能，能夠很好的激發(fā)學生對PLC控制的學習興趣。

該文就是利用此軟件來對PLC課程進行任務(wù)型在線學習探討，以使PLC的學習更輕松、有效。

2 基于Automation studioTM的任務(wù)型在線學習模式構(gòu)建

該文將利用Automation StudioTM作為仿真設(shè)計軟件，借鑒項目式教學以任務(wù)為驅(qū)動，結(jié)合微課和MOOC教學形式的特點，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行移動式教學。在開放學習平臺上采用任務(wù)型在線學習模式，在開放學生中開展了PLC教學實踐，現(xiàn)以二層電梯電氣控制的教學為例進行說明。

2.1 任務(wù)解讀模塊

首先布置任務(wù)，對任務(wù)要求進行解讀。

2.1.1 控制要求

要求用西門子PLC控制一二層簡易電梯，電梯內(nèi)分別有去一層按鈕、去二層按鈕、開門按鈕、關(guān)門按鈕，梯外一樓有上行按鈕（并有指示燈），二樓有下行按鈕（并有指示燈），電梯在一樓或二樓時有對應(yīng)的指示燈顯示。電梯原始狀態(tài)為一樓且所有門關(guān)閉。

2.1.2 轉(zhuǎn)換過程

（1）在梯內(nèi)按相應(yīng)按鈕時必須有對應(yīng)的功能，如開門、關(guān)門、去一樓、去二樓。（2）在梯外一樓按上升按鈕則電梯行至一樓，停穩(wěn)后開門，待人進入后關(guān)門并行至二樓，停穩(wěn)后開門，待人出去后關(guān)門。（3）在梯外二樓按下降按鈕則電梯行至二樓，停穩(wěn)后開門，待人進入后關(guān)門并行至一樓，停穩(wěn)后開門，待人出去后關(guān)門。

2.2 微課視頻--知識點學習模塊

本項目所涉及的控制任務(wù)較復(fù)雜，是基于前面的梯形圖設(shè)計基礎(chǔ)知識點后較綜合的一個案例，要求學生邏輯縝密，運用基本的觸點串、并聯(lián)連接、定時器等實現(xiàn)控制。教師在課前需將相關(guān)內(nèi)容做成微課視頻供學生在線學習。

2.3 I/O口分配模塊

在網(wǎng)絡(luò)學習平臺上布置完設(shè)計任務(wù)后，由學生基于網(wǎng)絡(luò)與同學進行討論，對I/O口進行分配，然后教師在大家討論的基礎(chǔ)上進行點評，統(tǒng)一I/O端口的分配情況，明確有幾個輸入信號、幾個負載需要控制（見表1）。

2.4 模型搭建模塊

在Automation StudioTM中搭建模型，主要鍛煉學生對于項目所需元器件的選擇與應(yīng)用，以對整個系統(tǒng)有整體的把握，學生將各自的模型搭建完后，教師給出參考模型（見圖2）。

2.5 軟件設(shè)計模塊

進行軟件設(shè)計以驅(qū)動上述模型中的二層電梯能完成3.1要求的功能，并運用Ladder for Siemens PLC模塊庫，將程序錄入Automation StudioTM中。

2.6 在Automation StudioTM中進行仿真觀察階段

運行程序仿真，觀察模型工作情況，并根據(jù)仿真情況對程序進行修改。在此階段，可在同一界面上顯示程序和模型，且實時對應(yīng)顯示每一仿真步的模型運行情況和程序運行情況。

2.7 檢查評價階段

以上三步學生單獨完成，完成項目后，將成果通過郵件發(fā)給教師。教師對學生的任務(wù)設(shè)計情況逐個進行點評，有問題的幫助找到解決的方法，并作出最后的評價。項目實施后給出一個參考，供學生借鑒。

2.8 任務(wù)延伸階段

項目結(jié)束后，對學生布置新的任務(wù)，在實現(xiàn)二層電梯控制的基礎(chǔ)上，增加難度，實現(xiàn)三層電梯甚至四層電梯控制。作為課后作業(yè)請學生完成。

通過以上8個步驟，實現(xiàn)由布置任務(wù)到目的性學習，再到利用所學知識逐步完成任務(wù)的探索，最后教師總結(jié)評論，有利于學生對整個PLC控制系統(tǒng)有個整體把握，包括硬件的組合關(guān)系和軟件的編程；對所編程序的控制作用能以一種更直接明了的方式來驗證，在Automation StudioTM軟件平臺上對任務(wù)的控制結(jié)果以一種非常直觀的方式進行了仿真；對于學生來講，在學習使用了該軟件后，亦可直接在工作中用此軟件進行相關(guān)的設(shè)計仿真，且在機電專業(yè)其余課程的學習中，亦可使用此軟件進行仿真。

3 結(jié)語

該文借鑒了 MOOC的利用網(wǎng)絡(luò)進行互動式教學、微課的移動學習模式，基于Automation StudioTM軟件平臺對PLC課程進行了任務(wù)型在線學習模式探討，該學習模式的優(yōu)勢在于：（1）學生能針對個人學習情況反復(fù)觀看微課視頻，根據(jù)個人進度安排學習時間，使得時間的安排相對自由化。（2）對于到校上課有困難的學生，能以在線學習的方式參與課程學習，克服了地域上的困難，實現(xiàn)了較小空間滿足較大班級的教學。使得PLC在線學習模式得以實現(xiàn)的關(guān)鍵是Automation StudioTM軟件的使用，該軟件的簡單易學、生動逼真的仿真效果等特點使得PLC的在線學習變得生動和易于操作，且破解了開放大學硬件實驗設(shè)施短缺的難題。

參考文獻

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運行程序仿真，觀察模型工作情況，并根據(jù)仿真情況對程序進行修改。在此階段，可在同一界面上顯示程序和模型，且實時對應(yīng)顯示每一仿真步的模型運行情況和程序運行情況。

2.7 檢查評價階段

以上三步學生單獨完成，完成項目后，將成果通過郵件發(fā)給教師。教師對學生的任務(wù)設(shè)計情況逐個進行點評，有問題的幫助找到解決的方法，并作出最后的評價。項目實施后給出一個參考，供學生借鑒。

2.8 任務(wù)延伸階段

項目結(jié)束后，對學生布置新的任務(wù)，在實現(xiàn)二層電梯控制的基礎(chǔ)上，增加難度，實現(xiàn)三層電梯甚至四層電梯控制。作為課后作業(yè)請學生完成。

通過以上8個步驟，實現(xiàn)由布置任務(wù)到目的性學習，再到利用所學知識逐步完成任務(wù)的探索，最后教師總結(jié)評論，有利于學生對整個PLC控制系統(tǒng)有個整體把握，包括硬件的組合關(guān)系和軟件的編程；對所編程序的控制作用能以一種更直接明了的方式來驗證，在Automation StudioTM軟件平臺上對任務(wù)的控制結(jié)果以一種非常直觀的方式進行了仿真；對于學生來講，在學習使用了該軟件后，亦可直接在工作中用此軟件進行相關(guān)的設(shè)計仿真，且在機電專業(yè)其余課程的學習中，亦可使用此軟件進行仿真。

3 結(jié)語

該文借鑒了 MOOC的利用網(wǎng)絡(luò)進行互動式教學、微課的移動學習模式，基于Automation StudioTM軟件平臺對PLC課程進行了任務(wù)型在線學習模式探討，該學習模式的優(yōu)勢在于：（1）學生能針對個人學習情況反復(fù)觀看微課視頻，根據(jù)個人進度安排學習時間，使得時間的安排相對自由化。（2）對于到校上課有困難的學生，能以在線學習的方式參與課程學習，克服了地域上的困難，實現(xiàn)了較小空間滿足較大班級的教學。使得PLC在線學習模式得以實現(xiàn)的關(guān)鍵是Automation StudioTM軟件的使用，該軟件的簡單易學、生動逼真的仿真效果等特點使得PLC的在線學習變得生動和易于操作，且破解了開放大學硬件實驗設(shè)施短缺的難題。

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以上三步學生單獨完成，完成項目后，將成果通過郵件發(fā)給教師。教師對學生的任務(wù)設(shè)計情況逐個進行點評，有問題的幫助找到解決的方法，并作出最后的評價。項目實施后給出一個參考，供學生借鑒。

2.8 任務(wù)延伸階段

項目結(jié)束后，對學生布置新的任務(wù)，在實現(xiàn)二層電梯控制的基礎(chǔ)上，增加難度，實現(xiàn)三層電梯甚至四層電梯控制。作為課后作業(yè)請學生完成。

通過以上8個步驟，實現(xiàn)由布置任務(wù)到目的性學習，再到利用所學知識逐步完成任務(wù)的探索，最后教師總結(jié)評論，有利于學生對整個PLC控制系統(tǒng)有個整體把握，包括硬件的組合關(guān)系和軟件的編程；對所編程序的控制作用能以一種更直接明了的方式來驗證，在Automation StudioTM軟件平臺上對任務(wù)的控制結(jié)果以一種非常直觀的方式進行了仿真；對于學生來講，在學習使用了該軟件后，亦可直接在工作中用此軟件進行相關(guān)的設(shè)計仿真，且在機電專業(yè)其余課程的學習中，亦可使用此軟件進行仿真。

3 結(jié)語

該文借鑒了 MOOC的利用網(wǎng)絡(luò)進行互動式教學、微課的移動學習模式，基于Automation StudioTM軟件平臺對PLC課程進行了任務(wù)型在線學習模式探討，該學習模式的優(yōu)勢在于：（1）學生能針對個人學習情況反復(fù)觀看微課視頻，根據(jù)個人進度安排學習時間，使得時間的安排相對自由化。（2）對于到校上課有困難的學生，能以在線學習的方式參與課程學習，克服了地域上的困難，實現(xiàn)了較小空間滿足較大班級的教學。使得PLC在線學習模式得以實現(xiàn)的關(guān)鍵是Automation StudioTM軟件的使用，該軟件的簡單易學、生動逼真的仿真效果等特點使得PLC的在線學習變得生動和易于操作，且破解了開放大學硬件實驗設(shè)施短缺的難題。

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