MCGS在三菱PLC教學中的應用

陳明忠 于淑萍

南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院 江蘇南京 210015

MCGS在三菱PLC教學中的應用

陳明忠 于淑萍

南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院 江蘇南京 210015

為了解決三菱可編程控制器教學中的困難，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力與工程應用能力，采用工業(yè)組態(tài)軟件（MCGS）仿真模擬控制器外圍驅(qū)動設(shè)備。通過用戶界面的組態(tài)與可編程控制器的控制連接，可方便直觀地顯示控制器程序運行結(jié)果與控制過程狀態(tài)變化。該方法極大地降低了三菱可編程控制器對外圍實際設(shè)備的依賴，豐富了實踐教學環(huán)節(jié)的內(nèi)容，增強了學生的學習興趣，在實踐中取得了良好的教學效果。

組態(tài)軟件；工業(yè)控制；可編程控制器；教學

可編程控制器（PLC）是綜合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型自動控制裝置，它具有功能強、可靠性高、使用靈活方便、易于編程以及適應工業(yè)環(huán)境下應用等一系列優(yōu)點，已成為工業(yè)控制的核心。由于PLC在工業(yè)自動化中具有重要地位，因此許多高職高專院校都開設(shè)了可編程控制器應用方面的課程。PLC控制應用技術(shù)是實踐性非常強的一門課程。在教學中不僅要進行理論知識的學習，更重要的要通過實驗上機練習，通過理論聯(lián)系實際使學生能最大限度地深入學習是該門課程教學中需要解決的問題。這需要在實驗室的設(shè)備上進行投入，尤其是需要購置大量的外設(shè)模擬設(shè)備和裝置。如果利用組態(tài)軟件來仿真模擬PLC的控制對象，則能解決缺少實驗設(shè)備和實驗室建設(shè)經(jīng)費不足裝置購置困難的問題。利用計算機軟件模擬的低成本，設(shè)計多樣化的程序來增加學生的實驗內(nèi)容，豐富了PLC實驗課的教學效果和學生的工程實踐經(jīng)驗，有效提高學生的學習興趣。對于提高學生的編程技巧和實際動手能力，加深對PLC工業(yè)控制過程的理解起到了積極的作用。

一、MCGS簡介

MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境2個部分（如圖1）。組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應用系統(tǒng)。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標和功能。

圖1 組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)組成

MCGS組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS）由組態(tài)環(huán)境和MCGS運行環(huán)境2個系統(tǒng)組成（如圖2）。兩部分互相獨立，又緊密相關(guān)。

圖2 組態(tài)軟件的功能與結(jié)構(gòu)

MCGS運行環(huán)境是用戶應用系統(tǒng)的運行環(huán)境,在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作。MCGS具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點,已成功應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域,組態(tài)軟件具有動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等強大功能,在自動控制中占據(jù)十分重要的位置,已逐漸成為工業(yè)自動化的核心。

二、MCGS與三菱PLC的重構(gòu)

可編程序控制器原理及其應用課程是一門實用性、工程性和綜合性很強的專業(yè)課，與工程實際聯(lián)系緊密，必須壓縮理論教學課時，增加實驗課時，強化實踐性教學環(huán)節(jié)。應當通過實驗、現(xiàn)場實訓和課程設(shè)計等實踐性教學環(huán)節(jié)，整合資源形成強有力的教學工具，增強學生的綜合運用能力，倡導創(chuàng)造性思維。這就需要將組態(tài)軟件MCGS與課程有機結(jié)合起來，重新構(gòu)建學習情境和學習模塊。目前在我院PLC的教學實踐中，需要完成很多典型的編程訓練。這些被控設(shè)備由于需要數(shù)量多、費用高，很難按實際需要配置，上機試驗通常采用教儀廠的模擬裝置（裝置掛箱）進行操作。這樣做的缺點是操作連線復雜，學生難以理解，不利于學生對工業(yè)控制系統(tǒng)的整體把握和學習。因此，在三菱PLC教學實踐中，利用MCGS組態(tài)軟件技術(shù)設(shè)計開發(fā)PLC仿真教學平臺，將兩者有機結(jié)合，對教學手段和方法進行重構(gòu)，可以達到事半功倍的教學效果，同時還極大地節(jié)約了有限的教學經(jīng)費。

1.教學工具重構(gòu)

試驗室傳統(tǒng)教學演示設(shè)備對于學習PLC無疑是不可或缺的。教研室課程教學小組為促進實踐性教學，維護實驗設(shè)備，并自己根據(jù)教材和大綱設(shè)計了相關(guān)的實驗組態(tài)模塊。使用時可以任意組合控制組態(tài)界面，可實現(xiàn)多重工業(yè)控制，且操作簡單，利用效率很高，便于學生進行驗證性實驗和設(shè)計性、綜合性實驗。利用工控組態(tài)軟件來模擬現(xiàn)場調(diào)試、模擬諸如電鍍生產(chǎn)線、污水處理、交通燈等控制系統(tǒng)的運行，對學生實踐技能的培養(yǎng),發(fā)揮學生的主觀能動性及創(chuàng)造力,起到了重要的作用,得到了良好的教學效果。課程設(shè)計的課題來自于生產(chǎn)實踐與社會生活的各個方面。通過對一個具體的控制系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試、模擬運行等過程的訓練,使學生親自體驗設(shè)計的整個過程,培養(yǎng)了學生綜合運用知識的能力,增強了學生的工程應用意識。

物理實體設(shè)備，能模擬現(xiàn)實的工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境與設(shè)備，提供一個與工業(yè)自動化環(huán)境相似的學習情境，對于PLC工業(yè)控制自動化的教學是必不可少的，在實際的教學實踐中占有重要地位。在構(gòu)建教學工具體系中，它的地位處于基礎(chǔ)模塊。這個模塊的構(gòu)建和發(fā)展是開發(fā)其它模塊的基礎(chǔ)，雖然有了MCGS組態(tài)軟設(shè)備模塊，但這個模塊不僅不能否定，而且在條件和教學費用允許的情況下，還應該得到充實和擴展。組態(tài)軟件教學工具模塊位于工具體系的上層，是基礎(chǔ)層的應用和發(fā)展。利用組態(tài)軟件的功能，可開發(fā)出任意工業(yè)控制界面和控制裝置的設(shè)備庫。設(shè)備庫由教師按照教學大綱的要求和實驗項目、實訓計劃分別開發(fā)組合而成，與運行環(huán)境一同構(gòu)成MCGS軟設(shè)備模塊。

2.學生學習心理重構(gòu)

根據(jù)基于工作過程和工作任務為驅(qū)動的課程改革要求,我們需要創(chuàng)建一種有效的PLC工程教學情境,使師生之間的交流達到最優(yōu)化,而學生的學習質(zhì)量也受到所用教學技術(shù)的積極影響。實驗室教學情境的設(shè)計也應該和課堂教學一樣嚴格,這一點尤其重要。這是因為教室的環(huán)境與實驗室的環(huán)境不同,學生的心理發(fā)生了變化而造成的。這種變化既有主觀原因,也有客觀原因。針對具體的教學情境,結(jié)合學生心理變化特點,對其學習心理進行分析和重構(gòu)。除了教學因素以外,實踐教學環(huán)境還要面對一些課堂教學中不存在的障礙。教師與學生所依賴的是具體物理設(shè)備和計算機軟件,實際設(shè)備操作時依賴于設(shè)備的工作狀態(tài)和具體操作方式,這些都會對學生的學習心理活動產(chǎn)生影響。比如設(shè)備外部顯示接線復雜,系統(tǒng)調(diào)試困難,會對學生的心理預期產(chǎn)生干擾,使學生有挫折感和畏難感而削弱了教學效果。同時過于具體的操作過程容易掩蓋真實的工業(yè)自動化控制的應用背景,使學生產(chǎn)生困惑感。

興趣是學習的動力，有了興趣才有求知的欲望，才會克服困難主動學習，向著即定的目標做不懈的努力。學生在一開始接觸可編程控制器課程時，可先接觸那些模擬工業(yè)自動控制的教學設(shè)備，使學生認識這些設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能、原理和使用方法。接下來應讓學生充分利用MCGS自動控制畫面直觀形象等特點，讓學生受到視覺沖擊。讓他們親自上機操作，以其新穎性、趣味性、真實性吸引學生，營造一個符合學生心理特點的教學環(huán)境。使學生對PLC的學習產(chǎn)生濃厚的興趣，并且有一種迫不及待地學習，急于想編制程序并看到程序輸出結(jié)果的欲望。這樣學生才會有成就感，同時獲得最大的心理滿足，不斷追求學習的層次和目標。顏色鮮艷，畫面生動的組態(tài)界面，會讓學生身臨其境地感受到“所想即所成，所見即所得，所做即所現(xiàn)”的效果。對學生的認知心理產(chǎn)生一個強化作用，這個作用會直接轉(zhuǎn)換為學習信心和學習動力。通過對教學組件工具模塊的合理配置和綜合使用，學生的學習心理就會得到重構(gòu)。其變化是克服了在實驗室上課時散漫隨意的消極心理因素，而轉(zhuǎn)向認真活躍求知的積極心理狀態(tài)。

三、實踐環(huán)節(jié)設(shè)計與實施

在講述PLC控制器編程指令時,先講幾條指令,然后引導學生用所講的指令,編幾個簡單的程序運行，即完成幾個簡單小項目并且用組態(tài)軟件來現(xiàn)場模擬。然后,教師再提出幾個簡單項目的要求,鼓勵學生自己用已學過的指令,編控制程序來實現(xiàn)這些小項目。

在練習中，學生就會自然而然地掌握指令的應用、編程方式、PLC與計算機之間程序的相互傳遞過程、程序調(diào)試方法等，避免了學生死記指令的枯燥學習過程。在教師引導編程和學生自己獨立編程的過程中，一次次創(chuàng)造學生的學習成就感，使其更渴望學習后面的指令，編制出功能更多，控制更復雜的程序，為后面課程內(nèi)容的學習打下良好的基礎(chǔ)。不斷地學習不斷地練習，既鞏固和提高了學生的理論水平又強化了學生的現(xiàn)場操作技能，實現(xiàn)理論與操作都得以提高。實施操作過程中把硬件模塊與MCGS軟組件模塊的應用貫穿始終，而不用單獨地學習枯燥的硬件知識。

在項目教學工具的實施過程中，要注重兩方面的問題。一個是避免學生的注意力和學習精力過多地投在MCGS軟件本身上。軟件的使用開發(fā)對于學生來說是不要求的，防止增大學生的學習負擔。組態(tài)軟件僅提供一個模擬設(shè)備平臺，讓學生看到程序運行的結(jié)果，感受工業(yè)自動化控制的效果。另一個是開發(fā)的組態(tài)軟件學習模塊呈現(xiàn)的層次結(jié)構(gòu)和使用的方式方法要有利于學習效率的提高，使學生的創(chuàng)造性、積極性得到好的發(fā)展。隨著邊講邊練式教學的進行，控制指令逐漸為廣大學生所掌握。這時候就可以進入實踐的提高階段，為學生提供一些稍具規(guī)模的綜合性項目。在這些項目的練習過程中，指導學生對所學指令進行比較歸納，從而總結(jié)出解決同類問題的最佳方案，以實現(xiàn)對知識的融會貫通。在教學過程中，學生由認知到熟悉，從熟悉到理解，從理解到應用，完全符合學生的認知規(guī)律。不僅實現(xiàn)了教學大綱確定的目標要求，而且培養(yǎng)了學生的實踐創(chuàng)新能力和工程應用能力。

四、實施效果與結(jié)論

組態(tài)軟件MCGS引入本學期三菱PLC教學實踐中近一個學期。經(jīng)過教學實踐檢驗和對考核表的分析，學生對可編程控制器課程的學習興趣有了明顯改變。實驗和實訓的出勤率提高，學習過程中的態(tài)度變得更加積極主動，更愿意獨立地完成某一項目訓練。更為重要的變化是，在教室的理論課堂上，學生也表現(xiàn)出了較好的學習狀態(tài)。如課堂提問回答的準確率提高，課后作業(yè)完成的質(zhì)量也有所提高。越來越多的學生開始認識到PLC的專業(yè)知識和工業(yè)控制應用離他們很近，而他們掌握這些知識和技能對他們來說是有益的。這就是說組態(tài)軟件的應用，拉近了靜態(tài)課本知識與知識應用的距離,使他們更加愿意學習,愿意探索和創(chuàng)新。

專業(yè)課教師應該有目的地完善組態(tài)軟件的設(shè)備模塊，不斷開發(fā)和優(yōu)化以MCGS為運行平臺的教學工具，使其更好地應用于三菱PLC的教學實踐中。也可吸收有興趣的學生參加組態(tài)軟件模塊的開發(fā)，引導學生參加工程實踐活動，以期最大限度地提高學生的實踐動手能力，為學生將來能夠立足社會、服務社會打下良好的基礎(chǔ)。

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The using MCGS for mitsubishi PLC’ teaching

Chen Mingzhong, Yu Shuping
Nanjing institute of railway technology, Nanjing, 210015, China

In order to solution the difficulty in mitsubishi PLC teaching, promote the ability of p ractice innovation and engineering automation control project to students, this paper proposes the method that MCGS is used to simulated external equipment of the controller. The result of PLC program can be display view directly and indefinitely through MCGS configuration graphical user interface connect to PLC’s communicated connection.This method mostly reduces denpendce mitsubishi PLC to outside equipments.In additionally, students are attracted by the rich teaching materials and vivid means, effort has been achieved in teaching practice.

configuration software; industrial control; programmable controller; teaching

2009-10-21

陳明忠，碩士，工程師。于淑萍，碩士，副教授，動電學院院長。