虛實結(jié)合的PLC立體課堂的構(gòu)建

劉洋洋

【摘 要】PLC立體課堂的“虛”指在理論教學(xué)過程中注重仿真，“實”指在實踐教學(xué)過程中注重控制對象的真實性。通過虛實結(jié)合的方式，將PLC技術(shù)、觸摸屏技術(shù)和組態(tài)技術(shù)融合應(yīng)用，將教師對知識的靜態(tài)傳授轉(zhuǎn)化為學(xué)生對知識的動態(tài)接受。

【關(guān)鍵詞】PLC立體課堂 虛實結(jié)合 構(gòu)建方式

一、引言

PLC（Programmable Logic Controller）、機器人和CAD/CAM并稱工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱，PLC是工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用最多的控制設(shè)備之一，因此高職機電類專業(yè)學(xué)生必須掌握此技術(shù)。隨著高職教育規(guī)模的擴大，伴隨出現(xiàn)的是學(xué)生入校門檻的降低，入校學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，自我學(xué)習(xí)和約束能力低。PLC注重實踐，實際應(yīng)用中常與觸摸屏和組態(tài)控制技術(shù)相融合，教學(xué)中必須理論與實踐并行，職業(yè)院校學(xué)生掌握起來難度高。

《教育部辦公廳關(guān)于開展2014年國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》中明確指出虛擬仿真實驗教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容。虛擬仿真實驗教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互等技術(shù)，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展實驗，達到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果。基于這樣的思想，本文提出“構(gòu)建虛實結(jié)合的PLC立體課堂”的教學(xué)理念。

二、虛實結(jié)合的PLC立體課堂的構(gòu)建方式

虛實結(jié)合的PLC立體課堂的構(gòu)建方式如圖1所示。課堂理論教學(xué)以程序仿真為抓手，動態(tài)顯示程序執(zhí)行過程；以控制虛擬對象為手段，體現(xiàn)人機交互；實踐教學(xué)結(jié)合真實的PLC控制設(shè)備，融入觸摸屏和組態(tài)技術(shù)，實現(xiàn)知識的綜合應(yīng)用，真實再現(xiàn)理論課堂中虛擬仿真的結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力。

（一）以程序仿真為抓手

三菱FX系列PLC的編程和仿真軟件分別為GX Developer、GX Simulator，將GX Simulator嵌入GX Developer中，可以仿真程序的執(zhí)行過程，將抽象的程序分析轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的視覺觀察，使學(xué)生更易理解。如講解FX2N系列PLC定時器，以T0為例，定時時間為10s。圖2是仿真結(jié)果，使位軟元件X0接通，T0得電定時開始，當(dāng)前值在內(nèi)部時鐘電路作用下每隔100ms加1，當(dāng)其等于設(shè)定值100時，定時時間到，T0常開觸點閉合，線圈Y0得電；使X0斷開，T0失電，T0自動復(fù)位，當(dāng)前值清零，觸點復(fù)位，線圈Y0失電。通過仿真使T0工作原理與過程完全展現(xiàn)在學(xué)生面前。

（二）以控制虛擬對象為手段

GT Simulator2是三菱觸摸屏的仿真軟件，聯(lián)合GX Developer、GX Simulator和GT Simulator2，可實現(xiàn)對觸摸屏和PLC組成的電氣控制系統(tǒng)的仿真。方法是在GX Developer設(shè)計程序，通過GX Simulator啟動程序在線邏輯測試；在GT Designer2設(shè)計觸摸屏畫面，將圖形對象與PLC軟元件連接，通過GT Simulator2啟動觸摸屏畫面仿真[1]。程序的執(zhí)行結(jié)果通過觸摸屏畫面體現(xiàn)，實現(xiàn)系統(tǒng)操作和程序執(zhí)行結(jié)果的圖形化，將抽象的程序分析結(jié)果轉(zhuǎn)化成直觀的畫面認知。

以四組搶答器設(shè)計為例，使用GT Designer2設(shè)計四組搶答器觸摸屏畫面，在GX Developer中啟動梯形圖邏輯測試后，使用GT Simulator2仿真搶答器的操作。圖4為第二組搶答成功的畫面，虛擬出的四組搶答器，其設(shè)計和操作過程可見，實現(xiàn)了人機交互。

（三）以真實PLC控制系統(tǒng)為平臺

組態(tài)軟件以畫面的方式運行和監(jiān)控生產(chǎn)流程，使工作人員能夠形象直觀了解生產(chǎn)的實時狀態(tài)，將組態(tài)軟件引入PLC實踐教學(xué)中，使學(xué)生在掌握PLC的同時，理解組態(tài)的含義和其在工業(yè)控制中的應(yīng)用，使課程內(nèi)容變得豐富、生動，利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。以真實PLC控制系統(tǒng)為平臺，構(gòu)建基于PLC和力控ForceControl V6.1監(jiān)控組態(tài)軟件的控制系統(tǒng)，其方法是：在GX Developer設(shè)計程序，并將其寫入PLC；在ForceControl V6.1中設(shè)計組態(tài)畫面，建立數(shù)據(jù)庫變量，將組態(tài)畫面中的圖形對象與數(shù)據(jù)庫變量連接；將組態(tài)軟件與PLC建立通信連接，將數(shù)據(jù)庫變量與PLC軟元件連接。

使用力控ForceControl V6.1開發(fā)設(shè)計十字路口交通燈控制項目，建立數(shù)據(jù)庫變量，共7個，分別為NBR、NBY、NBG、DXR、DXY、DXG、SD，將組態(tài)畫面中的圖形對象分別連接數(shù)據(jù)庫變量（如開關(guān)連接變量SD）。在組態(tài)軟件與PLC建立通信連接后，將數(shù)據(jù)庫變量分別連接PLC軟元件，如圖4所示。

圖5是南北紅燈東西綠燈亮的執(zhí)行結(jié)果。設(shè)置車的流動屬性，當(dāng)綠燈亮起時，車會模擬運動起來，增強了實驗結(jié)果的形象性[2]。在控制系統(tǒng)操作過程中，既可以通過控制系統(tǒng)中的實際開關(guān)來實現(xiàn)對交通燈系統(tǒng)的控制，還可以通過組態(tài)畫面中的虛擬開關(guān)來實現(xiàn)對交通燈系統(tǒng)的控制。

三、結(jié)論

基于GX Developer、件GX Simulator、GT Designer2、GT Simulator2和ForceControl V6.1所構(gòu)建的虛擬仿真學(xué)習(xí)模式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。虛擬仿真之后，再在實訓(xùn)設(shè)備上進行實訓(xùn)操作，學(xué)生對知識的理解進一步深入，綜合創(chuàng)新能力進一步提升，這種虛擬與真實結(jié)合的立體課堂教學(xué)模式，在教學(xué)實踐過程中取得了良好的效果，是行之有效的。

【參考文獻】

[1]李昀昭.基于虛擬仿真和觸摸屏技術(shù)的PLC實驗教學(xué)平臺的研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2014.

[2]華玉明.組態(tài)軟件在PLC實驗教學(xué)中的應(yīng)用之探析[J].才智，2015（34）.