整合軟件資源提高PLC課程教學質量

宋黎菁

摘要：在電氣類專業教學中，PLC是一門必修課程，課程實踐性較強。運用輔助教學軟件和離線仿真功能，使得在教學過程中可以不借助任何PLC硬件，只需要一臺電腦和投影儀，便可隨時隨地開展可視化實踐教學，能使抽象的教學變得很直觀、形象，易被學生接受理解；同時，也為學生課后復習、作業、實驗、自學以及能力提升等諸多方面提供了極大便利，從而提高了學生的學習興趣和教學質量。

關鍵詞：PLC課程；仿真軟件；離線仿真

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）38-0185-02

《可編程控制器技術》（PLC）是機電專業的一門重要專業課程。大多數的高職院校都以三菱FX2N系列PLC作為對象來講授它的原理和應用。因為PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，是以微處理器為核心的工業自動控制裝置。要學好這門課程，對學生在電工電子、接觸器系統等課程的理論、實操能力有一定的要求，而高職院校學生的基礎普遍較差，學習起來比較吃力。

為了激發學生的學習興趣，使學習內容更加直觀化，在日常的多媒體課堂教學和課后輔導及完成作業中，要充分利用三菱公司的軟件資源。目前用于教學的軟件主要有編程軟件GX Developer和仿真模塊GX Simulator、圖形操作終端設備（GOT）軟件GT Designer2和仿真軟件GT Simulator2、中文版教學軟件FX-TRN-BEG-C。

一、基于編程軟件GX Developer和仿真軟件GX Simulator的教學應用

GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語言程序設計，網絡參數設定，可進行程序的線上更改、監控及調試，具有異地讀寫PLC程序功能。GX Simulator仿真軟件的功能就是將GX Developer編寫好的程序在電腦中虛擬運行，而不需要連接實際的PLC硬件。

PLC離線仿真的流程為：首先在GX Developer中編制梯形圖程序并保存，點擊“工具”菜單中的“梯形圖邏輯測試啟動（L）”，PC機模擬程序下載到PLC的過程，下載結束后開始離線仿真功能，PLC程序處于監視模式。

該仿真軟件可以改變梯形圖程序中的輸入以及輔助觸點通斷狀態，從而觀察到程序中輸出繼電器線圈的得電與失電狀態、定時器的計時值及計數器的計數值變化等。在PLC課程基本指令內容的教學中，由于程序簡單，這種仿真是合適的，能較為直觀地反映出程序的運行及PLC內部的工作原理，對于學生掌握基礎知識是非常有益的。

但在后續的課程教學中，由于程序越來越復雜，實現的功能也越來越多，這種仿真對實驗過程和結果的展示逐漸變得不適宜了。PLC課程受其性質決定，本身就比較枯燥，加之如果實驗現象不直觀、不形象，不能反映設備運行狀態，就無法激發學生的好奇心和學習興趣。同時，由于PLC實驗實訓設備價格較貴且維護困難，導致設備臺套數較少，可供實驗項目的硬件不能充分保障學生通過實驗去理解和運用所學知識。因此，我們可以借助中文版教學軟件FX-TRN-BEG-C輔助教學。

二、基于中文版輔助教學軟件FX-TRN-BEG-C的教學應用

FX-TRN-BEG-C是三菱電機推出的中文版教學軟件，該軟件既能夠編制梯形圖程序，也能夠將梯形圖程序轉換成指令語句表程序，模擬寫出到PLC主機，并模擬仿真PLC控制現場機械設備運行，同時將虛擬舞臺和專家操作指導合成在一起。該教學軟件采用大量生動的圖片，介紹了在工廠自動化領域以及日常生活中應用PLC技術的許多實例。教學中根據學生的學習特點，采用任務驅動、由淺入深、專家輔導的模式，設置了六個部分的學習內容，每一部分又由不同知識點的多個真實案例組成。通過這些案例的學習可以讓學生真實地感受到PLC技術的應用性，并以此來激發學生的學習興趣和熱情。仿真運行時點擊對應控制按鈕和開關，學生可以觀察3D模擬設備的運行狀態，判斷程序設計是否正確，是什么樣的錯誤導致設備運行不正常，應該如何修改。

在具體實施教學中，還可以充分利用D-F單元由易到難的設置。每個難度單元由6個案例組成，可以針對學生個體的差異，開展分層次教學及考核，使得學生各取所需，各有所獲，這樣既提升了學生的自信心，又拓展了學生的創造性思維。對于較復雜的項目，還可以讓學生分組實施，培養學生的團隊合作精神。

因為該軟件運行只需要一臺PC，不需要其他硬件，因此課內課外都可實施，不受時間空間諸多因素的限制，其真實案例的教學更是讓學生受益匪淺。但其也有一定的缺陷，該仿真教學軟件重視學生基本指令及編程思想的鍛煉，對為什么及如何設置輸入輸出元器件的訓練較少，容易被忽視，所以講授時需要重點加強；同時還缺乏一定的開放性，在功能指令等方面的教學與訓練上幾乎處于空白。

三、基于圖形操作軟件GT Designer2和仿真軟件GT Simulator2的教學應用

GT Designer2是三菱公司用于圖形操作終端設備（GOT）的軟件，它包括了程序編輯、下載和調試等功能。仿真軟件GT Simulator2為了便于調試，具有在線仿真和離線仿真功能。這種方式，使得在日常的多媒體課堂教學中，可以不攜帶任何實物，只利用離線仿真動態地展示PLC的控制效果，使學生能直觀、形象地感知，達到和在實驗室運用實物實驗講課一樣的效果。

GOT離線仿真的流程為：首先，按照步驟運行PLC離線仿真，PLC程序處于監視模式；然后，在GT Designer2中，先組態PLC監控畫面，選擇GOT型號、PLC系列，并以GTE格式文件保存；接著，運行GT Simulator2軟件，選擇好相應GOT系列，執行界面中的“仿真＼選項”菜單命令，在“選項”對話框通信設置欄中，設置連接方式，選擇GX Simulator與FX，在動作設置中，選擇相應的GOT類型和分辨率。再把GTE格式文件打開，GOT仿真也處于工作狀態。這樣在純軟件環境下，PLC和GOT就實現了聯機運行。

四、基于三菱PLC與GOT離線仿真軟件綜合應用的教學實例應用

以Y=[D0*D1-（D2+D3）]/D4四則運算為教學實例，使用PLC編程軟件與GOT軟件的聯機離線仿真功能進行教學，讓學生直觀地觀察程序運行過程與結果。

1.四則運算程序的設計。該案例主要講授參與運算的寄存器及單雙字類型的概念。學生能通過該案例直觀準確地理解寄存器單雙字的意義，直觀地看到寄存器中的數值，從而為正確地理解和使用功能指令打下基礎。

2.GOT畫面制作。畫面制作過程如下：在“視圖＼工具欄＼圖形”菜單中找到“文本”，進行畫面的標題欄、數據輸入欄以及結果顯示欄的文本編輯；在“對象”菜單中找到數值輸入項放置在“數據輸入欄”區域，雙擊該元件，設置PLC程序中與之對應的數據軟元件號，選擇數據長度是16位或者32位，設置數據類型為“有符號10進制數”，選擇需要的顯示位數個數；在“對象”菜單中找到數值顯示項放置在“結果顯示欄”區域，設置方法與數據輸入項一致。

通過PLC與GOT的離線仿真功能，能夠在電腦上隨機輸入各種數值，計算出運算結果，觀察到正確結果，如果出錯，對程序進行修改。通過這個案例，清楚地說明了如何將離線仿真軟件運用到PLC課程的日常教學中，可以讓學生更加直觀地了解PLC的工作原理及編程方法。

五、結論

輔助教學軟件和離線仿真功能的使用，使得在教學過程中可以不借助任何PLC和GOT硬件，只需要一臺電腦和投影儀，便可隨時隨地開展可視化教學，能使抽象的教學變得很直觀、形象，使得講授內容更容易被學生所理解、接受，其強大的開放性，還能仿真眾多的生產實際案例；同時，也為學生課后復習、作業、實驗、自學以及能力提升等諸多方面提供了極大便利，從而提高了學生的學習興趣和教學質量。因此，充分運用三菱軟件資源，對于提高PLC課程的教學質量有極大的幫助，也為分層次教學和考核提供了有力支撐。

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