PLC專(zhuān)業(yè)課程虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件建設(shè)研究

金恬

摘要：文章主要依據(jù)本校PLC實(shí)驗(yàn)室的一些實(shí)際情況，提出了采用觸摸屏仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)解決實(shí)驗(yàn)室設(shè)備老舊，更新乏力的情況，以此來(lái)提高PLC的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：觸摸屏；PLC；組態(tài)軟件

1 PLC實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀

對(duì)于PLC這門(mén)課程而言，目前還有很多職業(yè)學(xué)校的任課教師上課手段都局限于板書(shū)和PPT。這樣的教學(xué)方式效率極其低下，對(duì)于學(xué)生和教師而言，教學(xué)過(guò)程也極其痛苦。之所以會(huì)造成這種狀況，主要有3個(gè)方面的原因。

1.1 學(xué)校經(jīng)費(fèi)不足

有的學(xué)校位于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，沒(méi)有足夠的辦學(xué)經(jīng)費(fèi)。還有一些學(xué)校經(jīng)費(fèi)比較充裕，但是職業(yè)類(lèi)學(xué)校要建的實(shí)驗(yàn)室很多，PLC實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有獲得足夠的資金投入。

1.2 實(shí)驗(yàn)室維護(hù)力度不足

實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備需要定期維護(hù)，每個(gè)學(xué)校都有實(shí)驗(yàn)室管理員來(lái)負(fù)責(zé)這件事。但實(shí)驗(yàn)室管理員并沒(méi)有能力去修好這些設(shè)備，最終需要由廠家來(lái)負(fù)責(zé)售后。這樣就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，傳統(tǒng)的PLC實(shí)驗(yàn)?zāi)K很容易壞，廠家出于維護(hù)成本考慮不愿意頻繁上門(mén)服務(wù)，實(shí)驗(yàn)室損壞得越來(lái)越厲害，最終導(dǎo)致無(wú)法正常教學(xué)。

1.3 實(shí)驗(yàn)室里能做的實(shí)驗(yàn)不能滿足教學(xué)需要

（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)量少，不能滿足教學(xué)需求。目前國(guó)內(nèi)PLC實(shí)驗(yàn)室主要以傳統(tǒng)的模塊為主，輔以PLC仿真軟件。不管PLC實(shí)驗(yàn)?zāi)K還是PLC仿真軟件都只能實(shí)現(xiàn)有限的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，比較多的像天塔之光、交通燈控制、多級(jí)傳送帶控制之類(lèi)。而職業(yè)類(lèi)學(xué)校招生類(lèi)別比較多，比方說(shuō)五年制一貫制、三年制大專(zhuān)、本區(qū)招的中職生、跨地域聯(lián)合辦學(xué)的西藏班，青海班等等，使用的教材各不相同。實(shí)驗(yàn)室里能做的實(shí)驗(yàn)只有幾個(gè)，和教材上要做的實(shí)驗(yàn)很難對(duì)上號(hào)。教師往往不是根據(jù)教學(xué)來(lái)安排實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)安排教學(xué)，最終可以做的實(shí)驗(yàn)寥寥無(wú)幾。

（2）實(shí)驗(yàn)效果差，不能滿足教學(xué)需要。傳統(tǒng)的PLC實(shí)驗(yàn)?zāi)K不管模塊名字叫什么，都是一塊板上印個(gè)圖案，嵌入幾盞燈，用PLC來(lái)控制這幾盞燈的通斷，顯示效果很差。PLC仿真軟件用動(dòng)畫(huà)來(lái)顯示PLC輸出結(jié)果，顯示效果要比用模塊好得多。但學(xué)生完全在電腦上操作，徹底脫離了PLC模塊及接線過(guò)程。學(xué)生在仿真軟件內(nèi)部編程，編程界面和實(shí)際編程軟件有很大差異，編完也沒(méi)有相應(yīng)的調(diào)試過(guò)程，這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生缺乏實(shí)際操作能力，實(shí)驗(yàn)效果也很差。

（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固化，沒(méi)有辦法根據(jù)教學(xué)實(shí)際進(jìn)行調(diào)整，不能滿足教學(xué)需要。不管是傳統(tǒng)的模塊還是PLC仿真軟件，任課教師都沒(méi)有辦法根據(jù)教學(xué)需求，對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

2 理想的PLC實(shí)驗(yàn)室

作為一名PLC課程教師，需要的PLC實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該具備以下幾個(gè)條件：（1）故障率要低，不能和PLC實(shí)驗(yàn)?zāi)K一樣容易損壞；（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要形象生動(dòng)，要提升演示效果來(lái)提高對(duì)學(xué)生的吸引力；（3）實(shí)驗(yàn)要貼近實(shí)際PLC操作環(huán)境，要讓學(xué)生上完課后能獨(dú)立完成編程調(diào)試操作；（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)量要豐富，越豐富越好，要能適應(yīng)各種不同教材的實(shí)驗(yàn)需要；（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要靈活可調(diào)整，最好能讓教師根據(jù)教學(xué)情況臨時(shí)修改實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

隨著技能大賽在全國(guó)范圍內(nèi)如火如荼地開(kāi)展，越來(lái)越多的教師接觸到了觸摸屏，開(kāi)始學(xué)習(xí)使用觸摸屏。觸摸屏可以和PLC進(jìn)行互動(dòng)，用觸摸屏上的虛擬按鈕控制PLC，可以在觸摸屏上顯示PLC的輸出結(jié)果，還能在屏幕上顯示文字和動(dòng)畫(huà)。

用PLC和觸摸屏建立一個(gè)理想的實(shí)驗(yàn)室的可能在于：（1）故障率低，觸摸屏沒(méi)有實(shí)體按鈕，不容易壞；（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容形象生動(dòng)，觸摸屏上可以做動(dòng)畫(huà)，動(dòng)畫(huà)效果和制作投入的精力成正比；（3）實(shí)驗(yàn)貼近實(shí)際PLC操作環(huán)境，學(xué)生編程采用最常用的編程軟件，可以靈活機(jī)動(dòng)地采用實(shí)體元件和觸摸屏虛擬元件相結(jié)合的方式，讓學(xué)生熟悉輸入輸出端口的接線；（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)量夠豐富，想要做實(shí)驗(yàn)只要去編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的觸摸屏程序；（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靈活，根據(jù)教學(xué)情況臨時(shí)修改實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只需對(duì)編觸摸屏程序稍作修改就行。因此，從這些方面看來(lái)還是很有希望能建立一個(gè)理想中的PLC實(shí)驗(yàn)室的。

3 如何建立PLC仿真實(shí)驗(yàn)室

要建立一個(gè)用觸摸屏進(jìn)行仿真的PLC實(shí)驗(yàn)室，可以分為5步去做。

3.1 確定硬件設(shè)施

整個(gè)系統(tǒng)需要一臺(tái)電腦、一塊觸摸屏、一個(gè)PLC，還有若干連接線。硬件設(shè)施方面電腦用了學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備。觸摸屏選用昆侖工控的TPC7062KX。TPC7062KX觸摸屏是一套以嵌入式低功耗CPU為核心（ARMCPU，主頻400MHz）的高性能嵌入式一體化的MCGS觸摸屏。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了7英寸高亮度TFT液晶顯示屏（分辨率800X480ppi）。淘寶售價(jià)450元，相信絕大多數(shù)學(xué)校都負(fù)擔(dān)得起。PLC選用了三菱公司的FX-3N，條件差一點(diǎn)的學(xué)校用FX-2N也可以。

3.2 編寫(xiě)組態(tài)程序

MCGSE組態(tài)環(huán)境是觸摸屏對(duì)應(yīng)的編程軟件。在編寫(xiě)仿真程序時(shí)，主要著重于以下幾個(gè)方面。

（1）把觸摸屏當(dāng)IPAD用?，F(xiàn)在國(guó)外一些學(xué)校用IPAD等電子設(shè)備來(lái)教學(xué)，這些電子設(shè)備的投入使用有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。其實(shí)從結(jié)構(gòu)上講TPC7062KX觸摸屏和IPAD差不多，差別在于顯示效I網(wǎng)絡(luò)通信之類(lèi)的細(xì)節(jié)問(wèn)題。但只要設(shè)備的功能能滿足教學(xué)需求，完全可以用觸摸屏來(lái)替代IPAD。把學(xué)案搬到觸摸屏上，有助于增強(qiáng)學(xué)生互動(dòng)。比如上課用PPT時(shí)經(jīng)常遇到字太小，學(xué)生看不清的情況，有了觸摸屏，可以把很多文字性的東西做進(jìn)仿真程序里面。當(dāng)然觸摸屏最大的功能是仿真實(shí)驗(yàn)，這是IPAD永遠(yuǎn)也做不了的。

（2）將接線圖應(yīng)用于仿真實(shí)驗(yàn)程序。學(xué)生在課上認(rèn)真地畫(huà)出來(lái)要花很長(zhǎng)時(shí)間，不畫(huà)從教學(xué)角度來(lái)講有所缺失。所以可以折中一下，把接線圖上面除端口以外的部分都畫(huà)出來(lái)。而端口讓學(xué)生自由選擇，如選擇不合理右方界面會(huì)有對(duì)應(yīng)提示。程序在后臺(tái)會(huì)自動(dòng)和對(duì)應(yīng)動(dòng)畫(huà)相連接。很多論文中給出的仿真方案，I/O口都是固定的。在實(shí)際的教學(xué)中，就會(huì)造成全班學(xué)生編的程序都一樣。最后很多學(xué)生相互抄襲，讓教學(xué)效果大打折扣。endprint

（3）仿真界面，界面左上角是一個(gè)根據(jù)接線圖自動(dòng)生成的I/O分配表，不用學(xué)生在紙上重復(fù)勞動(dòng)，節(jié)約上課時(shí)間，在調(diào)試編程時(shí)也可以作為參考。界面右側(cè)是虛擬元件，只要在對(duì)應(yīng)按鈕下面的下拉菜單中選擇需要的中間繼電器，并在PLC程序里面用該中間繼電器作為輸入，就可以用虛擬元件替代實(shí)體元件。按下虛擬元件的按鈕還可以直接驅(qū)動(dòng)虛擬元件，方便程序調(diào)試。比如說(shuō)按下光纖傳感器2的按鈕，就相當(dāng)于虛擬光纖傳感器2提前檢測(cè)到信號(hào)。界面的左下角是動(dòng)畫(huà)仿真，其中動(dòng)畫(huà)關(guān)閉按鈕控制動(dòng)畫(huà)仿真是否開(kāi)啟。當(dāng)有真實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)施，但元器件不齊全時(shí)，可以將動(dòng)畫(huà)關(guān)閉，將觸摸屏上的虛擬元件作為輔助，手動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作。如果什么都沒(méi)有，就將動(dòng)畫(huà)打開(kāi)，動(dòng)畫(huà)會(huì)模擬真實(shí)系統(tǒng)的動(dòng)作。

3.3 師資培訓(xùn)

MCGSE組態(tài)軟件易學(xué)難精，所以對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的使用人員，就提出了兩個(gè)層次的要求。第一個(gè)層次是MCGSE組態(tài)軟件掌握到入門(mén)級(jí)別，能熟練運(yùn)用工具箱里面提供的工具制作簡(jiǎn)單的仿真程序，或?qū)ΜF(xiàn)有的程序進(jìn)行簡(jiǎn)單修改以適應(yīng)教學(xué)需求；第二個(gè)層次是需要將MCGSE組態(tài)軟件掌握到專(zhuān)家級(jí)別，能深入掌握MCGSE組態(tài)軟件里面的腳本編程，熟練運(yùn)用各種函數(shù)，快速繪制復(fù)雜圖形。第一個(gè)層次的教師可以利用實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行日常教學(xué)，第二個(gè)層次的教師除了日常教學(xué)以外，還負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)、維護(hù)。這樣的分層有利于大規(guī)?？焖偻茝V，畢竟不是每個(gè)教師都有大量時(shí)間和精力花在研宄MCGSE組態(tài)環(huán)境上的。

3.4 學(xué)生培訓(xùn)

這個(gè)系統(tǒng)對(duì)于學(xué)生來(lái)講，很容易就能掌握，上課時(shí)，學(xué)生在電腦上編程，然后把編好的程序?qū)懭隤LC，再把PLC和觸摸屏連上，就可以仿真實(shí)驗(yàn)了。整個(gè)過(guò)程比起普通實(shí)驗(yàn)板來(lái)講要簡(jiǎn)單得多。對(duì)于學(xué)生培訓(xùn)主要涉及兩個(gè)方面。一個(gè)方面是接線，就是把電腦與PLC斷開(kāi)，再用數(shù)據(jù)線把觸摸屏和PLC連接起來(lái)。另一方面就是觸摸屏上仿真實(shí)驗(yàn)界面的掌握。只要在界面上加上比較詳細(xì)的注釋?zhuān)浜辖處煹闹v解，學(xué)生很快就能熟練掌握。

3.5 日常維護(hù)

從硬件角度來(lái)講，這個(gè)系統(tǒng)對(duì)維護(hù)的需求是很低的，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不容易損壞。但從軟件角度來(lái)講需要努力的部分還很多。MCGSE組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)出來(lái)的仿真實(shí)驗(yàn)和教師平時(shí)用的PPT課件一樣，數(shù)量上越多越好，質(zhì)量也需要精益求精。這當(dāng)然不可能一蹴而就，需要不斷地編寫(xiě)和改進(jìn)，所以最好的解決方法就是和PPT課件一樣，建立一個(gè)網(wǎng)上資源共享的平臺(tái)，只有集眾人之力才能使這個(gè)系統(tǒng)邁向一個(gè)新的高度。

4 結(jié)語(yǔ)

用觸摸屏和PLC構(gòu)成的仿真系統(tǒng)可以較好地應(yīng)對(duì)現(xiàn)在PLC實(shí)驗(yàn)室面臨的困境，在教學(xué)中能解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的局P艮，不僅為PLC實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供了一條新的途徑，而且大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率。本文介紹的觸摸屏和PLC構(gòu)成的仿真系統(tǒng)，目前還處于研究和應(yīng)用的起步階段，隨著仿真實(shí)驗(yàn)的豐富，這套系統(tǒng)的作用必將充分體現(xiàn)。

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