整合軟件資源提高PLC課程教學(xué)質(zhì)量

宋黎菁

摘要：在電氣類專業(yè)教學(xué)中，PLC是一門必修課程，課程實(shí)踐性較強(qiáng)。運(yùn)用輔助教學(xué)軟件和離線仿真功能，使得在教學(xué)過程中可以不借助任何PLC硬件，只需要一臺(tái)電腦和投影儀，便可隨時(shí)隨地開展可視化實(shí)踐教學(xué)，能使抽象的教學(xué)變得很直觀、形象，易被學(xué)生接受理解；同時(shí)，也為學(xué)生課后復(fù)習(xí)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、自學(xué)以及能力提升等諸多方面提供了極大便利，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：PLC課程；仿真軟件；離線仿真

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）38-0185-02

《可編程控制器技術(shù)》（PLC）是機(jī)電專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。大多數(shù)的高職院校都以三菱FX2N系列PLC作為對(duì)象來講授它的原理和應(yīng)用。因?yàn)镻LC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，是以微處理器為核心的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。要學(xué)好這門課程，對(duì)學(xué)生在電工電子、接觸器系統(tǒng)等課程的理論、實(shí)操能力有一定的要求，而高職院校學(xué)生的基礎(chǔ)普遍較差，學(xué)習(xí)起來比較吃力。

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更加直觀化，在日常的多媒體課堂教學(xué)和課后輔導(dǎo)及完成作業(yè)中，要充分利用三菱公司的軟件資源。目前用于教學(xué)的軟件主要有編程軟件GX Developer和仿真模塊GX Simulator、圖形操作終端設(shè)備（GOT）軟件GT Designer2和仿真軟件GT Simulator2、中文版教學(xué)軟件FX-TRN-BEG-C。

一、基于編程軟件GX Developer和仿真軟件GX Simulator的教學(xué)應(yīng)用

GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。GX Simulator仿真軟件的功能就是將GX Developer編寫好的程序在電腦中虛擬運(yùn)行，而不需要連接實(shí)際的PLC硬件。

PLC離線仿真的流程為：首先在GX Developer中編制梯形圖程序并保存，點(diǎn)擊“工具”菜單中的“梯形圖邏輯測試啟動(dòng)（L）”，PC機(jī)模擬程序下載到PLC的過程，下載結(jié)束后開始離線仿真功能，PLC程序處于監(jiān)視模式。

該仿真軟件可以改變梯形圖程序中的輸入以及輔助觸點(diǎn)通斷狀態(tài)，從而觀察到程序中輸出繼電器線圈的得電與失電狀態(tài)、定時(shí)器的計(jì)時(shí)值及計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值變化等。在PLC課程基本指令內(nèi)容的教學(xué)中，由于程序簡單，這種仿真是合適的，能較為直觀地反映出程序的運(yùn)行及PLC內(nèi)部的工作原理，對(duì)于學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)是非常有益的。

但在后續(xù)的課程教學(xué)中，由于程序越來越復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)的功能也越來越多，這種仿真對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果的展示逐漸變得不適宜了。PLC課程受其性質(zhì)決定，本身就比較枯燥，加之如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不直觀、不形象，不能反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，就無法激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，由于PLC實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備價(jià)格較貴且維護(hù)困難，導(dǎo)致設(shè)備臺(tái)套數(shù)較少，可供實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的硬件不能充分保障學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)去理解和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。因此，我們可以借助中文版教學(xué)軟件FX-TRN-BEG-C輔助教學(xué)。

二、基于中文版輔助教學(xué)軟件FX-TRN-BEG-C的教學(xué)應(yīng)用

FX-TRN-BEG-C是三菱電機(jī)推出的中文版教學(xué)軟件，該軟件既能夠編制梯形圖程序，也能夠?qū)⑻菪螆D程序轉(zhuǎn)換成指令語句表程序，模擬寫出到PLC主機(jī)，并模擬仿真PLC控制現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)將虛擬舞臺(tái)和專家操作指導(dǎo)合成在一起。該教學(xué)軟件采用大量生動(dòng)的圖片，介紹了在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域以及日常生活中應(yīng)用PLC技術(shù)的許多實(shí)例。教學(xué)中根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、由淺入深、專家輔導(dǎo)的模式，設(shè)置了六個(gè)部分的學(xué)習(xí)內(nèi)容，每一部分又由不同知識(shí)點(diǎn)的多個(gè)真實(shí)案例組成。通過這些案例的學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生真實(shí)地感受到PLC技術(shù)的應(yīng)用性，并以此來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。仿真運(yùn)行時(shí)點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)控制按鈕和開關(guān)，學(xué)生可以觀察3D模擬設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判斷程序設(shè)計(jì)是否正確，是什么樣的錯(cuò)誤導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不正常，應(yīng)該如何修改。

在具體實(shí)施教學(xué)中，還可以充分利用D-F單元由易到難的設(shè)置。每個(gè)難度單元由6個(gè)案例組成，可以針對(duì)學(xué)生個(gè)體的差異，開展分層次教學(xué)及考核，使得學(xué)生各取所需，各有所獲，這樣既提升了學(xué)生的自信心，又拓展了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。對(duì)于較復(fù)雜的項(xiàng)目，還可以讓學(xué)生分組實(shí)施，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。

因?yàn)樵撥浖\(yùn)行只需要一臺(tái)PC，不需要其他硬件，因此課內(nèi)課外都可實(shí)施，不受時(shí)間空間諸多因素的限制，其真實(shí)案例的教學(xué)更是讓學(xué)生受益匪淺。但其也有一定的缺陷，該仿真教學(xué)軟件重視學(xué)生基本指令及編程思想的鍛煉，對(duì)為什么及如何設(shè)置輸入輸出元器件的訓(xùn)練較少，容易被忽視，所以講授時(shí)需要重點(diǎn)加強(qiáng)；同時(shí)還缺乏一定的開放性，在功能指令等方面的教學(xué)與訓(xùn)練上幾乎處于空白。

三、基于圖形操作軟件GT Designer2和仿真軟件GT Simulator2的教學(xué)應(yīng)用

GT Designer2是三菱公司用于圖形操作終端設(shè)備（GOT）的軟件，它包括了程序編輯、下載和調(diào)試等功能。仿真軟件GT Simulator2為了便于調(diào)試，具有在線仿真和離線仿真功能。這種方式，使得在日常的多媒體課堂教學(xué)中，可以不攜帶任何實(shí)物，只利用離線仿真動(dòng)態(tài)地展示PLC的控制效果，使學(xué)生能直觀、形象地感知，達(dá)到和在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用實(shí)物實(shí)驗(yàn)講課一樣的效果。

GOT離線仿真的流程為：首先，按照步驟運(yùn)行PLC離線仿真，PLC程序處于監(jiān)視模式；然后，在GT Designer2中，先組態(tài)PLC監(jiān)控畫面，選擇GOT型號(hào)、PLC系列，并以GTE格式文件保存；接著，運(yùn)行GT Simulator2軟件，選擇好相應(yīng)GOT系列，執(zhí)行界面中的“仿真＼選項(xiàng)”菜單命令，在“選項(xiàng)”對(duì)話框通信設(shè)置欄中，設(shè)置連接方式，選擇GX Simulator與FX，在動(dòng)作設(shè)置中，選擇相應(yīng)的GOT類型和分辨率。再把GTE格式文件打開，GOT仿真也處于工作狀態(tài)。這樣在純軟件環(huán)境下，PLC和GOT就實(shí)現(xiàn)了聯(lián)機(jī)運(yùn)行。

四、基于三菱PLC與GOT離線仿真軟件綜合應(yīng)用的教學(xué)實(shí)例應(yīng)用

以Y=[D0*D1-（D2+D3）]/D4四則運(yùn)算為教學(xué)實(shí)例，使用PLC編程軟件與GOT軟件的聯(lián)機(jī)離線仿真功能進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生直觀地觀察程序運(yùn)行過程與結(jié)果。

1.四則運(yùn)算程序的設(shè)計(jì)。該案例主要講授參與運(yùn)算的寄存器及單雙字類型的概念。學(xué)生能通過該案例直觀準(zhǔn)確地理解寄存器單雙字的意義，直觀地看到寄存器中的數(shù)值，從而為正確地理解和使用功能指令打下基礎(chǔ)。

2.GOT畫面制作。畫面制作過程如下：在“視圖＼工具欄＼圖形”菜單中找到“文本”，進(jìn)行畫面的標(biāo)題欄、數(shù)據(jù)輸入欄以及結(jié)果顯示欄的文本編輯；在“對(duì)象”菜單中找到數(shù)值輸入項(xiàng)放置在“數(shù)據(jù)輸入欄”區(qū)域，雙擊該元件，設(shè)置PLC程序中與之對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)軟元件號(hào)，選擇數(shù)據(jù)長度是16位或者32位，設(shè)置數(shù)據(jù)類型為“有符號(hào)10進(jìn)制數(shù)”，選擇需要的顯示位數(shù)個(gè)數(shù)；在“對(duì)象”菜單中找到數(shù)值顯示項(xiàng)放置在“結(jié)果顯示欄”區(qū)域，設(shè)置方法與數(shù)據(jù)輸入項(xiàng)一致。

通過PLC與GOT的離線仿真功能，能夠在電腦上隨機(jī)輸入各種數(shù)值，計(jì)算出運(yùn)算結(jié)果，觀察到正確結(jié)果，如果出錯(cuò)，對(duì)程序進(jìn)行修改。通過這個(gè)案例，清楚地說明了如何將離線仿真軟件運(yùn)用到PLC課程的日常教學(xué)中，可以讓學(xué)生更加直觀地了解PLC的工作原理及編程方法。

五、結(jié)論

輔助教學(xué)軟件和離線仿真功能的使用，使得在教學(xué)過程中可以不借助任何PLC和GOT硬件，只需要一臺(tái)電腦和投影儀，便可隨時(shí)隨地開展可視化教學(xué)，能使抽象的教學(xué)變得很直觀、形象，使得講授內(nèi)容更容易被學(xué)生所理解、接受，其強(qiáng)大的開放性，還能仿真眾多的生產(chǎn)實(shí)際案例；同時(shí)，也為學(xué)生課后復(fù)習(xí)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、自學(xué)以及能力提升等諸多方面提供了極大便利，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量。因此，充分運(yùn)用三菱軟件資源，對(duì)于提高PLC課程的教學(xué)質(zhì)量有極大的幫助，也為分層次教學(xué)和考核提供了有力支撐。

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