虛擬仿真軟件在專業群課程S7-1200 PLC教學中的應用

溫玉春 王京

摘?要：電氣控制與PLC控制技術作為我院機械制造與自動化專業群的一門核心專業課，其實踐性和應用性都很強。但新冠肺炎疫情爆發后，很多高校進入線上教學，學生無法接觸到PLC實際設備，給本來教學難度就很大，設備資源不足的PLC課程教學提出了新的要求。將仿真軟件引入教學，采用虛實結合教學模式，以提高教學效果。本文以S7-1200PLC為例，就虛擬仿真軟件的選擇、虛擬仿真軟件在S7-1200PLC教學中應用實踐及教學效果等方面進行闡述。

關鍵詞：線上教學；虛擬仿真軟件；S7-1200PLC教學

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.10.088

0?引言

隨著工業“4.0”和“中國制造2025”的出臺，企業的升級改造勢在必行，我國需要大批量從事自動化工程技術的高技能人才，而高職學生將會占據較大比重?！峨姎饪刂婆cPLC控制技術》作為我院專業群的一門核心課程，旨在培養學生PLC控制系統的設計、安裝、調試的能力以及從事相關職業崗位所具備的職業素養。PLC課程的專業性和應用性非常強，自2020年新冠疫情爆發以來，很多高校轉入線上教學，學生無法接觸到配套設備，他們嚴重缺乏實踐訓練，教學難度很大。為解決這一問題，將仿真軟件應用到PLC教學中，配合任務驅動教學法，能夠培養學生開發PLC控制系統的基本工程能力和相關職業能力。

一個PLC控制系統，包括硬件電路和軟件程序兩個部分，這就要求學生既能進行硬件電路的設計、安裝及調試；又能進行PLC控制程序的編寫和調試。因此，要選擇滿足以上兩個要求的仿真軟件。

1?仿真軟件的選擇

西門子系列PLC在國內的市場占比第一，S7-1200系列屬于中小型PLC，是順應時代發展的產物，因其產品序列多，通信功能強、擴展模塊豐富被廣泛應用在工業生產、自動化產線、智能制造、機器人等各行各業。以下就S7-1200PLC教學中如何選擇合適的仿真軟件進行分析。

1.1?TIA（博途）PLC?SIM仿真軟件

S7-1200PLC對應的編程軟件是TIA（博途），該軟件是西門子公司發布的一款全新的全集成自動化軟件，功能強大。TIA軟件有其配套的仿真軟件PLC?SIM仿真器，在安裝TIA軟件時，如果安裝了PLC?SIM軟件就可以使用，需要注意的是CPU的固件版本必須在4.0以上才支持仿真功能。該軟件除了對一般的邏輯控制程序進行仿真外，還可以仿真PLC與觸摸屏之間的通信。但這款軟件無法對外圍硬件設備進行直觀地演示，也做不到學生關于硬件電路的安裝與調試方面的訓練。這對于還不了解PLC控制系統的構成、不理解PLC控制系統工作過程的初學者來說，這款仿真軟件顯然不能滿足教學要求，無法突破課程難度。該軟件的使用需要學生具有一定的PLC控制系統的知識儲備，這就需要一款過渡的仿真軟件。

1.2?宇龍機電控制仿真軟件

應用宇龍仿真軟件，學生可以自由搭建硬件平臺，還可以編制對應的控制程序。該仿真軟件是由上海宇龍軟件工程有限公司參照職業標準，結合典型職業能力的要求研發的，能基本實現教學過程與生產過程的對接。軟件分為桌面軟件和在線仿真兩種，桌面軟件需要密鑰；在線仿真需要賬號，在線仿真配備了強大的實訓平臺。實訓平臺中，教師可以創建課程，發布任務，查看學生完成的進度。學生完成任務后系統會自動評分。該仿真軟件能模擬仿真場景，讓原本枯燥的理論知識通過仿真軟件生動地展現在學生的眼前，也提升了學生的學習興趣。但是該仿真軟件不能完全仿真出TIA編程軟件的強大功能，比如PLC與其他設備的通信、觸摸屏的組態等，該仿真軟件暫時還無法實現，因此這款軟件也不能完全滿足教學要求。

通過以上分析，以上任何一款軟件都無法獨自滿足教學要求，本文綜合應用以上兩款仿真軟件展開教學，取長補短以提高教學效果。

2?仿真軟件在S7-1200PLC教學中的應用

在S7-1200PLC教學中，先利用宇龍機電仿真軟件，使學生對PLC控制系統有了基本認識，再利用TIA（博途）配合PLC?SIM仿真軟件重點訓練指令的應用。虛實結合，S?7-1200PLC整門課程的教學大致分為三個階段。

2.1?利用宇龍仿真軟件搭建小型PLC控制系統

課程開始階段，利用宇龍機電仿真軟件，讓學生按照老師的啟發，一步一步搭建硬件平臺，完成程序編輯和系統調試，使學生初步建立PLC控制系統的概念，了解PLC控制系統的組成，理解PLC控制系統的工作過程，能完成簡單PLC控制系統的安裝和調試。安裝好軟件，在桌面形成該軟件的快捷方式，雙擊打開后，在彈出的窗口中輸入申請的賬號和密碼進行登錄，登錄完成后默認進入“宇龍機電控制仿真軟件”的“機電控制系統”功能界面，如圖1所示，空白部分即為機電控制仿真平臺。

在“機電控制系統”功能界面中，學生點擊左邊“元器件”即可選擇所需的元器件，包括繼電器、主令電器、低壓斷路器、接觸器、熔斷器、PLC、各種電源、電動機等。選中后，在繪圖區域單擊鼠標左鍵即可放下元件。各元件的位置可以根據需要進行調整；然后通過選擇工具欄中的“導線”，即可完成各個元器件之間的連接，在接線的過程中，可利用工具欄中切換視圖按鈕進行視圖的切換。圖2為利用宇龍仿真軟件搭建的“PLC實現電動機正反轉”的硬件電路，右鍵點擊PLC，可進入編程界面進行控制程序的編寫、調試及運行，這一階段鍛煉學生的硬件搭建和PLC初步編程能力。

2.2?利用宇龍在線仿真實訓平臺訓練學生編程能力

學生熟悉了PLC控制系統的設計流程，具備PLC控制系統的硬件接線能力后，重點練習編程指令的應用。利用宇龍仿真實訓平臺中的實訓任務進行強化訓練，平臺中每一個任務，都配有自動評分功能，學生可根據得分情況反復練習，進一步鞏固所學知識和技能，突破課程重難點。圖3為在線實訓平臺任自動門卷簾門控制程序任務硬件系統區（場景區）和程序編輯區。程序編輯區仿真TIA博途編程軟件，具有程序的編輯、下載和調試功能。學生根據控制要求，直接在編程區編寫程序，配合給定硬件和場景進行系統的調試和運行。實踐證明，教師布置的任務，學生的完成度在90%以上，平均分在80分以上，與傳統理論相比，學生的主觀能動性明顯提高。

2.3?利用TIA博途PLC?SIM軟件完成虛擬仿真調試

通過以上兩個階段的訓練，關于PLC控制系統的工作過程，學生從觀察到實際動手操作，完全理解了軟硬件之間的關系，可以脫離硬件設備進行編程和調試。該階段利用真正的TIA軟件和自帶的仿真軟件PLC?SIM進行教學，進行編程拔高訓練。該階段先挑選已完成的任務進行實操訓練，培養學生知識遷移的能力；然后利用TIA軟件學習觸摸屏組態，利用仿真軟件進行PLC與觸摸屏的通信等方面的學習。打開TIA編程軟件，完成設備組態和程序的編寫后，點擊工具欄中的啟用仿真圖標，即可啟用仿真，新建仿真項目。圖4是利用PLC?SIM完成流水燈的控制程序調試界面。這一階段除了進行編程拔高訓練外，也讓學生認識到仿真軟件的作用和局限性，更讓學生明白學無止境的道理。

3?結論

本文提出將仿真軟件應用在PLC教學中，配合任務驅動教學法，實現了控制對象實際運行的計算機仿真。通過完成仿真任務，使學生理解PLC控制系統的工作過程，學會如何設計一個PLC控制系統，學會PLC編程指令的用法，能夠運用常用的編程方法完成小型控制系統的程序設計，提高了教學質量。

參考文獻

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