虛實結合的PLC立體課堂的構建

劉洋洋

【摘 要】PLC立體課堂的“虛”指在理論教學過程中注重仿真，“實”指在實踐教學過程中注重控制對象的真實性。通過虛實結合的方式，將PLC技術、觸摸屏技術和組態技術融合應用，將教師對知識的靜態傳授轉化為學生對知識的動態接受。

【關鍵詞】PLC立體課堂 虛實結合 構建方式

一、引言

PLC（Programmable Logic Controller）、機器人和CAD/CAM并稱工業生產自動化的三大支柱，PLC是工業自動化領域應用最多的控制設備之一，因此高職機電類專業學生必須掌握此技術。隨著高職教育規模的擴大，伴隨出現的是學生入校門檻的降低，入校學生基礎薄弱，自我學習和約束能力低。PLC注重實踐，實際應用中常與觸摸屏和組態控制技術相融合，教學中必須理論與實踐并行，職業院校學生掌握起來難度高。

《教育部辦公廳關于開展2014年國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》中明確指出虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設的重要內容。虛擬仿真實驗教學依托虛擬現實、多媒體、人機交互等技術，學生在虛擬環境中開展實驗，達到教學大綱所要求的教學效果?；谶@樣的思想，本文提出“構建虛實結合的PLC立體課堂”的教學理念。

二、虛實結合的PLC立體課堂的構建方式

虛實結合的PLC立體課堂的構建方式如圖1所示。課堂理論教學以程序仿真為抓手，動態顯示程序執行過程；以控制虛擬對象為手段，體現人機交互；實踐教學結合真實的PLC控制設備，融入觸摸屏和組態技術，實現知識的綜合應用，真實再現理論課堂中虛擬仿真的結果，培養學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，可以仿真程序的執行過程，將抽象的程序分析轉變為直觀的視覺觀察，使學生更易理解。如講解FX2N系列PLC定時器，以T0為例，定時時間為10s。圖2是仿真結果，使位軟元件X0接通，T0得電定時開始，當前值在內部時鐘電路作用下每隔100ms加1，當其等于設定值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自動復位，當前值清零，觸點復位，線圈Y0失電。通過仿真使T0工作原理與過程完全展現在學生面前。

（二）以控制虛擬對象為手段

GT Simulator2是三菱觸摸屏的仿真軟件，聯合GX Developer、GX Simulator和GT Simulator2，可實現對觸摸屏和PLC組成的電氣控制系統的仿真。方法是在GX Developer設計程序，通過GX Simulator啟動程序在線邏輯測試；在GT Designer2設計觸摸屏畫面，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]。程序的執行結果通過觸摸屏畫面體現，實現系統操作和程序執行結果的圖形化，將抽象的程序分析結果轉化成直觀的畫面認知。

以四組搶答器設計為例，使用GT Designer2設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，其設計和操作過程可見，實現了人機交互。

（三）以真實PLC控制系統為平臺

組態軟件以畫面的方式運行和監控生產流程，使工作人員能夠形象直觀了解生產的實時狀態，將組態軟件引入PLC實踐教學中，使學生在掌握PLC的同時，理解組態的含義和其在工業控制中的應用，使課程內容變得豐富、生動，利于培養學生的創新意識。以真實PLC控制系統為平臺，構建基于PLC和力控ForceControl V6.1監控組態軟件的控制系統，其方法是：在GX Developer設計程序，并將其寫入PLC；在ForceControl V6.1中設計組態畫面，建立數據庫變量，將組態畫面中的圖形對象與數據庫變量連接；將組態軟件與PLC建立通信連接，將數據庫變量與PLC軟元件連接。

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

圖5是南北紅燈東西綠燈亮的執行結果。設置車的流動屬性，當綠燈亮起時，車會模擬運動起來，增強了實驗結果的形象性[2]。在控制系統操作過程中，既可以通過控制系統中的實際開關來實現對交通燈系統的控制，還可以通過組態畫面中的虛擬開關來實現對交通燈系統的控制。

三、結論

基于GX Developer、件GX Simulator、GT Designer2、GT Simulator2和ForceControl V6.1所構建的虛擬仿真學習模式，提高了學生的學習興趣，激發了學生的學習欲望。虛擬仿真之后，再在實訓設備上進行實訓操作，學生對知識的理解進一步深入，綜合創新能力進一步提升，這種虛擬與真實結合的立體課堂教學模式，在教學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的PLC實驗教學平臺的研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2014.

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