PLC技術在工控組態軟件課程中的應用研究

吳其 楊田

1、沈陽工學院信息與控制學院2、遼寧省重大技術裝備戰略基地建設工程中心

引言

在計算機測控系統中，實現監控功能的組態軟件具有舉足輕重的作用[1-2]。近年來，計算機軟件技術的快速發展帶動了組態軟件技術的發展進程，其中，圖形界面設計、面向對象編程等技術的發展尤為迅速。目前，除了一些小型的測控系統需要開發者自己編寫應用程序外，大中型的測控系統，都需要選擇一個合適的組態軟件。基于此，電氣專業和自動化專業的本科生應該掌握工控組態軟件的課程內容，并能靈活運用到實際工程項目中。

工控組態軟件及應用是一門綜合應用性課程，內容涵蓋監視與控制通用系統（Monitor and Control Generated System，MCGS）組態軟件的應用基礎、MCGS組態軟件高級應用以及MCGS組態軟件應用實例等內容。MCGS作為一款通用型的組態軟件具備易學易懂、上手快、應用廣，且對操作系統要求不高等優點，因此，為了使學生能夠較好地了解上位機監控系統的概念以及掌握監控系統的開發過程，需要學習MCGS組態軟件。為了滿足應用型技術人才的培養目標，筆者嘗試在本門課程的教學過程中，從以下幾方面進行改革。

1 成果導向，以學生為中心

為了培養高素質應用型人才，并滿足教學大綱要求，基于成果導向教育（Outcome Based Education，OBE）理念，本門課程選用自編教材。課程以項目教學為導向，選用5個經典工程案例作為教材主體內容，通過這些實際案例，引出組態軟件的教學內容，可以使學生較為全面地掌握組態軟件的開發過程及使用方法。

OBE教育理念主要聚焦在學習成果上，不采用單一手段評價教學效果，通常用多元和梯次的方法進行教學評價。通過引入OBE教學理念，可以很好地使學生掌握本課程內容，教學效果較顯著。

教學設計采用解讀課前任務、以項目為導向學習當堂課的內容、通過練習案例、檢驗學習效果的方式進行。通過各種項目案例比如簡易交倒計時、簡易電梯升降設計等案例由淺入深地進行設計，使學生在各種典型案例設計中，逐步提升個人能力，通過多方位的考核方式，如學生當堂展示作品、小組測評等方式，多元評價作品成果，較為全面地掌握學生的真實情況，使學生能夠更好地掌握課程內容，教學效果較為顯著。

2 引入PLC技術，提升應用性特點

MCGS為上位機監控系統，在實際工程中通過通信模塊控制PLC使受控對象完成相應操作，具體控制流程如圖1所示。因此，孤立的學習MCGS組態軟件已經不能滿足實際工程項目的需要。基于此，將PLC技術引入組態軟件教學中，學生通過組態軟件搭建監控畫面后，將PLC與組態軟件建立連接與通信，可逼真模擬實際設備的工作狀態，完成各種復雜多樣的工程案例，提升了本門課程綜合應用的特點。

圖1 控制系統框圖

比如控制流水燈閃爍案例，要求PC與PLC之間建立數據通信，要求PC接收PLC發送的開關量輸入信號狀態值，并在程序中顯示出來。通過編程電纜將PC串口與PLC編程口連接起來，實現兩者的連接，使學生在運行程序時，在PLC上輸入信號點亮指示燈，則程序畫面中的對應虛擬信號燈由綠色變成紅色，較為逼真地模擬了實際設備的工作狀態，提升了學生的學習興趣和應用特點。

3 采用翻轉課堂，培養學生的創造力

教學改革后，本課程在教學過程運用啟發性教學、探究性教學、協作學習以及翻轉課堂等現代教育理念，同時根據每節課的授課內容以及個體學生特征，設計教學方法。

為了提升學生的學習熱情，同時培養學生的創造力，本門課程采用翻轉課堂的方式進行授課。在教學環節設計中，針對部分實驗內容，采用只給出設計題目和基本要求，在滿足基本功能要求的基礎上，充分發揮學生的想象力，讓學生自主設計實驗內容，并在課堂上進行展示、講解。通過此方式，極大地調動了學生的主觀能動性，培養了他們的創造力，收效顯著。

本課程在教學過程中引入調研環節，采用協作學習的方式，使學生按照不同的題目進行分組調研。學生利用課余時間分組查閱資料并將研究成果以書面和口頭的形式進行匯報。這種教學方式調動了學生學習的積極性和主動性，使學習過程真正成為學生在教師引導下探求知識的過程。培養學生自我學習能力，通過課堂講解和課后查閱相關文獻資料，使學生能夠對本課程進行自我探索和學習。

4 基于創新創業理念，培養全方位人才

教育部明確指出，在高等學校開展創新創業教育，是深化高等教育教學改革，培養學生創新精神和實踐能力的重要途徑。根據本門課程特點，基于教育部和高校倡導的深挖課程中創新創業教育理念的要求，本課程將創新創業教育理念同課程內容相融合，培養學生理論與實踐相結合的能力，從而提高教學質量，增強學生社會責任感和創新創業能力。

創新創業教育的廣義定義是指以培養具有創業基本素質和開創型個性的人才為目標，不僅僅是以培育在校學生的創業意識、創新精神、創新創業能力為主的教育，而是要面向全社會，針對那些打算創業、已經創業、成功創業的創業群體，分階段分層次地進行創新思維培養和創業能力鍛煉的教育[3-5]。針對高校教育而言，使學生具備創新創業能力，可以通過以下三方面進行培養：創新性、創造性和實踐性。

表1 創業意識與創新精神

工控組態軟件課程的培養目標和創新創業教育理念相契合，通過多個工程案例以及學生自主設計實驗等教學環節，提升學生創新性、創造性和實踐性的能力。本門課程的理論學時和實驗學時各占一半，同時在理論學時中穿插具有典型功能的工程小案例，提高學生操作時間，讓學生在課堂中通過多學、多練、多用來提升綜合設計能力。同時，教師會在教學過程中引入使用組態軟件企業的相關介紹，使學生了解本課程和企業的聯系，認清自身所學的知識對于企業有什么用處，能為企業解決什么樣的問題。從而極大地刺激學生對理論內容的學習興趣、增強學生的求知欲。從而對就業、創業、創新等產生興趣、愛好，提高學生創新意識和創業能力。